Шпаргалка по "Физике"

1.Характеристики  звукового поля

Акустическое  поле может возникнуть с помощью  тела, которое совершает колебания. Такие колебания являются источником звуковой энергии.

Акустическое  поле - это область какой-либо упругой поверхности, которая выполняет роль передачи акустических волн, и характеризуется звуковым давлением и акустическим сопротивлением.

Звуковое  давление - это показатель который измеряется в разнице давления в среде распространения волн и обычным атмосферным давлением.

Акустическое  сопротивление - это отношение звукового давления к скорости колебания микроскопических частиц среды . Акустическое поле также характеризуется интенсивностью   и мощностью звука, направленностью звукового излучения. На формирование акустического поля в помещении влияют явления реверберации (процесс постепенного уменьшения интенсивности звука при его многократных отражениях) и диффузии. Звуковое поле проявляется в виде кинетической энергии, которая волнообразно распространяется не только в газообразной среде, а и в твердых и жидких средах.

Частоты звуковых волн находятся в диапазонах от 20 до 20000 Гц. Звуковое поле которое распространяется с частотой до 20Гц называется инфразвуком, а с частотой более 20000Гц - ультразвуком.

 

 

 

 

 

2. Механические и акустические колебательные системы

  Явление резонанса оказывает влияние на все колебательные процессы - механические, электрические, звуковые. Акустика - одна из таких прикладных дисциплин, где влияние резонанса особенно ощутимо. Динамические головки, используемые в системах воспроизведения звука - пример механической колебательной системы, работающей с заходом в область резонанса.

     Кроме  механических колебательных систем, в электроакустических преобразователях  широко используются акустические  колебательные системы, в которых отдельные элементы представляют собой газообразную среду. Акустические колебательные системы используются в виде полостей, каналов, объемных резонаторов, которые в сочетании могут образовывать сложные устройства, по своему действию аналогичные резонансным контурам, фильтрам и т.д. С их помощью можно выделять или подавлять определенные участки звукового диапазона частот.

Примером простейшей акустической колебательной системы  является резонатор Гельмгольца.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Устройство  и принцип работы микрофонов

Микрофон — электроакустический прибор, преобразовывающий звуковые колебания в колебания электрического тока. Принцип работы микрофона заключается в том, что давление звуковых колебаний воздуха, воды или твёрдого вещества действует на тонкую мембрану микрофона. В свою очередь, колебания мембраны возбуждают электрические колебания; в зависимости от типа микрофона для этого используются явление электромагнитной индукции, изменение ёмкости конденсаторов или пьезоэлектрический эффект.

Любой микрофон состоит из двух систем: акустико-механической и механоэлектрической.

Свойства акустико-механической системы сильно зависят от того, воздействует ли звуковое давление на одну сторону диафрагмы (микрофон давления) или на обе стороны, а во втором случае от того, симметрично ли это воздействие  или на одну из сторон диафрагмы действуют колебания, непосредственно возбуждающие ее, а на вторую - прошедшие через какое-либо механическое или акустическое сопротивление или систему задержки времени.

По принципу преобразования звуковой энергии микрофоны могут быть:

-электродинамические;      -пьезоэлектрические;

-конденсаторные;           -полупроводниковые.

Чувствительность  микрофона определяется отношением ЭДС, развиваемой микрофоном, к звуковому давлению в той точке поля, в которой помещен микрофон.

Зависимость чувствительности микрофона называется частотной характеристикой чувствительности микрофона.

Неравномерность частотной характеристики показывает, что микрофон вносит искажения при  преобразовании звуковых колебаний  в электрические, причем эти искажения в большей степени сказываются на резонансных частотах.

4. Угольные  микрофоны

Первым получил  распространение угольный микрофон, который и до сих пор используют в телефонии. Действие его основывается на изменении сопротивления между зернами угольного порошка при изменении давления на их совокупность.

Угольный  микрофон — один из первых типов микрофонов. Угольный микрофон содержит угольный порошок, размещённый между двумя металлическими пластинами и заключённый в герметичную капсулу. Стенки капсулы или одна из металлических пластин соединяется с мембраной. При изменении давления на угольный порошок изменяется площадь контакта между отдельными зёрнышками угля, и, в результате, изменяется сопротивление между металлическими пластинами. Если пропускать между пластинами постоянный ток, напряжение между пластинами будет зависеть от давления на мембрану.

Угольный микрофон практически  не требует усиления сигнала, сигнал с его выхода можно подавать непосредственно  на высокоомный наушник или громкоговоритель. Однако угольный микрофон отличается плохой амплитудно-частотной характеристикой и узкой полосой пропускания, высоким уровнем шумов и искажений. Кроме того, в отличие от наиболее распространённого динамического микрофона, угольный требует питания постоянным током. 

 

 

 

 

5. Электродинамический  микрофон

Электродинамический микрофон — наиболее распространённый тип конструкции микрофона. Он представляет собой мембрану, соединённую с лёгким токопроводом, который помещен в сильное магнитное поле, создаваемое постоянным магнитом. Колебания давления воздуха воздействуют на мембрану и приводят в движение токопровод. Когда токопровод пересекает силовые линии магнитного поля, в нём наводится ЭДС индукции. ЭДС индукции пропорциональна как амплитуде колебаний мембраны, так и частоте колебаний.

Динамический микрофон практически  аналогичен по конструкции динамическому  громкоговорителю. Это, в сущности, «обращение» динамика: вместо подачи напряжения на катушку динамика для  создания звука с этой катушки снимается напряжение, созданное внешним звуком. В электродинамическом микрофоне катушечного типа применена диафрагма связана с катушкой индуктивности, находящейся в кольцевом зазоре магнитной системы. В электродинамическом микрофоне ленточного типа вместо катушки в магнитном поле располагается гофрированная ленточка из алюминиевой фольги

 

 

 

6. Конденсаторные  микрофоны

Конденсаторный микрофон представляет собой конденсатор, одна из обкладок которого выполнена из эластичного материала которая при звуковых колебаниях изменяет ёмкость конденсатора. Если конденсатор заряжен, то изменение ёмкости конденсатора приводит к изменению напряжения, которое и является полезным сигналом с микрофона.

 Для работы  такого микрофона между обкладками  должно быть приложено поляризующее напряжение.

Конденсаторный  микрофон имеет очень высокое  выходное сопротивление. В связи  с этим, в непосредственной близости к микрофону располагают предусилитель  с высоким входным сопротивлением, выполненный на электронной лампе  или полевом транзисторе. Как правило, напряжение для поляризации и питания предусилителя подаётся по сигнальным проводам.

 Конденсаторные микрофоны  обладают весьма равномерной  амплитудно-частотной характеристикой  и обеспечивают высококачественный  захват звука, Недостатками их являются высокая стоимость, необходимость во внешнем питании и высокая чувствительность к ударам и климатическим воздействиям.

 

 

 

 

 

7. Электретные  микрофоны

Электретный микрофон — разновидность конденсаторного микрофона. Принцип действия электретного конденсаторного микрофона основан на способности некоторых диэлектрических материалов сохранять поверхностную неоднородность распределения заряда в течение длительного времени.

Принцип действия гомоэлектретного микрофона

Тонкая плёнка из гомоэлектрета помещается в зазор  либо наносится на одну из обкладок. Это приводит к появлению некоторого постоянного заряда конденсатора. При изменении ёмкости, вследствие смещения мембраны, на конденсаторе проявляется изменение напряжения, соответствующее акустическому сигналу. В самой конструкции микрофона находится предусилитель, поэтому необходимо соблюдать полярность и обеспечить питанием транзистор находящийся в паре с микрофоном, в аудиокартах предусмотрено обеспечение питанием микрофона.

Принцип действия гетероэлектретного микрофона

В таком микрофоне  сама гетероэлектретная плёнка служит мембраной. При её деформации на её поверхностях возникают разноимённые заряды, которые можно зарегистрировать, расположив электроды непосредственно на поверхности плёнки (на поверхность напыляют тонкий слой металла (алюминий, золото, серебро и т. п.).

 

 

 

 

 

 

 

8. Пьезоэлектрический  микрофон

Основой микрофона  пьезоэлектрической системы является пьезоэлемент, на который воздействуют звуковые волны (либо непосредственно, либо через мембрану), в результате чего на нем возникают напряжения, изменяющиеся в такт изменениям звукового давления.

Микрофон этой системы характеризуется простотой конструкции и достаточно хорошей частотной характеристикой. Однако он чувствителен к воздействию температуры и влаги.

Микрофоны этой системы бывают двух конструкций:

- ячейковой

-мембранной.

 Ячейковый  микрофон состоит из двух пьезоэлементов, разделенных между собой прокладкой из вязкого материала. Вся ячейка заклеивается снаружи тонкой бумагой. Воздушные звуковые волны воздействуют непосредственно на пьезоэлемент. Микрофон ячейковой конструкции характеризуется довольно низкой чувствительностью.

Мембранный микрофон состоит из диффузора, выполненного из бумаги или тонкой алюминиевой фольги, скрепленной с пьезоэлементом. Звуковое давление воздействует на диффузор, а через него на пьезоэлемент. Чувствительность у мембранного микрофона значительно выше, чем у ячейкового.

 

 

 

 

 

 

9. Принцип  работы громкоговорителей

Громкоговоритель — устройство для преобразования электрических сигналов в акустические и излучения их в окружающее пространство (обычно — воздушную среду). Состоит из одной или нескольких излучающих головок, которые собственно и являются источниками звука, а также акустического оформления, необходимого для более эффективного излучения звука в заданной полосе частот. 

Громкоговоритель (или динамический громкоговоритель) состоит из излучающей части — конического диффузора и звуковой катушки, помещенной в постоянное магнитное поле. Переменный ток звуковой частоты, протекающий через цилиндрическую звуковую катушку, взаимодействует с постоянным магнитным полем, в которое помещена эта катушка. Под действием возникающей силы диффузор колеблется как поршень, излучая звук всей своей поверхностью.

В зависимости  от величины среднего стандартного звукового  давления громкоговоритель может быть нормальной (менее 0,2 Па), повышенной (не более 0,3 Па) и высокой (менее 0,4 Па) чувствительности.

 

10. Принцип  работы телефонных капсюлей

Телефонный  капсюль — миниатюрный преобразователь электрических колебаний в звуковые, выполненный в виде закрытого неразборного устройства. В отличие от головки громкоговорителя, капсюль не имеет диффузора или рупора, и предназначен для воспроизведения относительно слабых звуков.

По устройству и принципу действия электроакустические  преобразователи подразделяются на:

- электромагнитные (самый распространённый вид),

- динамические

- пьезоэлектрические.

 Капсюль электромагнитного типа включает в себя электромагнит, к которому подводится входной сигнал переменного тока, постоянный магнит и гибкую мембрану из ферромагнитного сплава, способную притягиваться под действием магнитного поля, создаваемого магнитами. Постоянный магнит нужен для того, чтобы поле было не переменным, а пульсирующим, так как в переменном поле при полуволнах различной полярности мембрана изгибалась бы в одну и ту же сторону.

Капсюль электродинамического типа основан на взаимодействии электромагнита или катушки с постоянным магнитом, один из взаимодействующих объектов является подвижным, другой - неподвижным.

Капсюль пьезоэлектрического типа использует явление пьезоэффект, в качестве материала рабочего тела обычно применяется пьезоэлектрическая синтетическая плёнка или пьезокерамика.

 

 

11.Диффузорные  громкоговорители и их конструкция

 Громкоговоритель — устройство для преобразования электрических сигналов в акустические и излучения их в окружающее пространство.  
Диффузорные громкоговорители в настоящее время строятся исключительно на электродинамическом принципе. Для получения оптимальных условий излучения диффузорный громкоговоритель необходимо оформить акустически, т. е. установить его в плоский экран, ящик или шкаф. Внутренние поверхности ящиков частично или полностью покрывают звукопоглощающим материалом, например, ватой, затянутой в ткань. Большинство диффузорных громкоговорителей дает удовлетворительное воспроизведение звуков в полосе частот от 100 до 6000 гц. В диффузорном громкоговорителе переменное напряжение звуковой частоты подводится к звуковой катушке, которая колеблется в кольцевом зазоре магнита. Колебания катушки передаются конусообразному диффузору круглого или эллиптического сечения, отштампованному из специальной бумажной массы.