43) Э электромаг полей.

Электромаг Э – Э с использованием вихревых токов, обеспечивающих одновременное ослабление магнитных и эл полей. Физ сущность электромаг Э сводится к тому, что под действием источника электромаг энергии на стороне экрана, обращ к источнику, возникают заряды, а в его стенках токи, поля которых во внешнем пространстве по интенсивности близки к полю источника, а по направлению – противоположны ему и происходит взаимная компенсация полей. С точки зрения волновых представлений – эффект экранирования проявляется из-за многократного отражения электромаг волн от поверхности экрана и затухания энергии волн в его металлической толще. Отражение электромаг энергии обусловлено несоответствием волновых характеристик диэлектрика, в котором распложен экран и его материала экрана. Чем больше это несоответствие, тем больше волновые сопротивления и эффект Э. Эффективность эл замкнутого экран, опр-ся формулой: Э_о=Э_отр*Э_погл*Э_{внутр.отр.}. где Э_отр – ослабление энергии падающей волны за счёт отражения на границе сред, Э_погл – ослабление в следствие затухании энергии в толще экрана, Э_{внутр.отр} – ослабление из-за внутренних отражений в самом экране. Чем меньше сопротивление стенок экрана и больше их толщина, тем меньше разница между напряженностью поля вихревых потоков, протекающих по экрану и напряженностью поля экранируемого витка, создаваемого вне экрана.

45) Упругие волны и их характеристики.

Упругими или механическими волнами называются механические возмущения (деформации), распространяющиеся в упругой среде. Деформации в теле или среде называются упругими, если они полностью исчезают после прекращения внешних воздействий. Тела, которые воздействуют на среду, вызывая колебания, называются источниками волн. Распространение упругих волн не связано с переносом вещества. Они осуществляют перенос энергии, создаваемый источниками колебаний путем передачи этих колебаний от одной частицы среды к другой, как бы убегая от источника, поэтому упругие волны называются бегущими волнами. Все упругие волны делятся на два вида: продольные и поперечные. Поперечные волны (волны сдвига) – упругие волны, при распространении которых частицы среды совершают колебания в направлении, перпендикулярном направлению распространения волны. Поперечные упругие волны возникают только в твердых телах, в которых возможны упругие деформации сдвига. Продольные волны (волны сжатия) – упругие волны, при распространении которых частицы среды совершают колебания вдоль направления распространения волны. Характеристики упругих волн.

1) Длина волны – это минимальное расстояние, на которое распространяется волна за время, равное периоду колебания точки среды около положения равновесия2) Фазовая скорость волны – это скорость распространения гармонического волнового процесса в пространстве при условии, что среда является однородной, то есть ее физические свойства постоянны в каждой точки пространства. Формулы для определения фазовой скорости vф могут иметь различный вид: где Т – периода колебаний; f – линейная частота волны; w – циклическая частота волны; k – волновое число, показывающее, сколько длин волн укладывается в периоде 2p . Из выражения (1) следует, что волновой процесс характеризуется периодичностью во времени и в пространстве. Фазовая скорость различна для разных сред. 3) Фронт волны. Волновая поверхность. При прохождении волны по среде ее точки вовлекаются в колебательный процесс последовательно друг за другом. Геометрическое место точек, до которого к некоторому моменту времени дошел колебательный процесс, называется волновым фронтом. Геометрическое место точек, колеблющихся в фазе, называется волновой поверхностью. Форма волнового фронта определяет вид волны: - сферическая, создаваемая точечным изотропным (ненаправленным) источником; эллиптическая, создаваемая точечным анизотропным источником; - цилиндрическая, создаваемая протяженным источником; - плоская волна – это небольшой участок любого фронта на большом расстоянии от источника. 4) Уравнение бегущей волны – это зависимость от координат и времени скалярных или векторных величин, характеризующих колебания среды при прохождении по ней волны, где x – смещение частицы точки среды от положения равновесия, w - частота, А – амплитуда колебаний, r – расстояние точки среды от источника колебания.

5) Волновое уравнение – дифференциальное уравнение с частными производными 2-го порядка, описывающее процесс распространения колебаний в среде. Уравнение бегущей волны является решением волнового уравнения, имеющего вид:

7) Энергия упругих волн. Плоская упругая волна переносит энергию, величина которой в объеме ΔV равна: упругим волнам присущ ряд свойств, как и всем волновым процессам. К ним относятся:

1) Затухание волн.

2) Отражение волн.

3) Интерференция волн.

4) Преломление волн.

5) Дифракция волн.

где vф - фазовая скорость волны.

46) ХАРАКТЕРНЫЕ ОСОБЕННОСТИ ЗВУКОВЫХ ВОЛН

физической точки зрения, звук – это механические колебания, которые распространяются в упругой среде: воздухе, воде твердом теле и т.п. Звуковыми (или акустическими) волнами называются распространяющиеся в среде упругие волны, обладающие частотами в пределах 16 – 20000 Гц. Звуковые волны в газах и жидкостях могут быть только продольными, так как эти среды обладают упругостью лишь по отношению к деформациям сжатия. В твердых телах звуковые волны могут быть как продольными, так и поперечными, так как твердые тела обладают упругостью по отношению к деформациям сжатия (растяжения) и сдвига. Характеристики акустических волн подразделяются на линейные и энергетические. Линейными характеристиками являются: - акустическое давление Р, смещение, удельное акустическое сопротивление, скорость звука (волны) v (м/с). Энергетическими характеристиками являются: - интенсивность акустических колебаний I или звука, плотность энергии v. Акустическое поле в открытом однородном пространстве при наличии единичного анизотропного источника мощности характеризуется интенсивностью звука, рассчитываемой по формуле .Интенсивность звука является величиной, объективно характеризующей волновой процесс. Волновые свойства в акустических волнах.

1) Затухание волн. Затухание звука обусловлено в значительной мере его поглощением в среде, связанным с необратимым переходом звуковой энергии в другие формы энергии (в основном в тепловую). 2) Отражение звука. Если звуковая волна встречает на своем пути, какое либо препятствие или другую среду с другими параметрами, то происходит отражение звуковой волны. Законы отражения звуковой волны аналогичны законам отражения световых волн. 3) Интерференция звуковых волн. Она возникает при одновременном распространении двух или нескольких волн в различном направлении. Интерференцией волн называется явление наложение двух и более волн. 4) Преломление звука. Звуковая волна, падая на поверхность раздела двух сред, частично проходит в другую среду. При этом происходит преломление волны. 5) Дифракция волн. Если размеры препятствия имеют величину меньше длину звуковой волны или волна падает близко к краю препятствия (по сравнению с l), то волна дифрагирует (изгибается) вокруг препятствия.

Таким образом, показано, что звуковые волны обладают всеми свойствами волновых процессов.

47)основы акустики речи.

Процесс образования и восприятия речевых сигналов, схематически показанный на рисунке 1, включает в себя следующие основные этапы:

- формулировка сообщения,

- кодирование в языковые элементы,

- нейромускульные действия,

- движения элементов голосового тракта,

- излучение акустического сигнала,

- спектральный анализ и выделение акустических признаков в периферической слуховой системе,

- передача выделенных признаков по нейронным сетям,

- распознавание языкового кода (лингвистический анализ),

- понимание смысла сообщения. Речь с физической точки зрения состоит из последовательностей звуков с паузами между ними или их группами. звуки являются физической реализацией ограниченного числа фонем. Фонема – то, что человек хочет произнести, а звук – то, что фактически произносит, поэтому вводится понятие артикуляции, то есть разборчивости звуков. В русском языке насчитывается 42 основных и 3 неопределенных фонемы. Звуки делятся на звонкие и глухие. Структура голосообразующего аппарата состоит из трех основных частей:

1) Генератора – дыхательной системы, состоящей из воздушного резервуара (легких), где запасается энергия избыточного давления, мускульной системы и выводного канала (трахеи) со специальным аппаратом (гортанью), где воздушная струя прерывается и модулируется.

2) Вибраторов – голосовых связок, воздушных турбулентных струй (создающих краевые тоны), импульсных источников (взрывов).

3) Резонаторов – разветвленной и перестраиваемой системы резонансных полостей сложной геометрической формы (глотки, ротовой и носовой полости), называемой артикуляционной системой. При образовании звуков речи используются три основных механизма генерации звука (и их различные сочетания): процесс фонации, турбулентный шум, импульсные источники. Процесс фонации, т.е. модуляция воздушного потока за счет колебаний голосовых связок, что используется при образовании гласных звуков и звонких согласных, формирует последовательность импульсов, которые затем подвергаются фильтрации в голосовом тракте. Турбулентный шум проявляется при прохождении струи воздуха через узкое отверстие голосового тракта с достаточно большой скоростью, в результате в струе может происходить вихреобразование, образующее турбулентный шум, который затем определенным образом трансформируется в резонансных полостях тракта. Импульсный источник звука образуется при скачкообразном изменении давления воздуха за счет кратковременного (примерно 30 мс) перекрытия выход воздуха. Амплитуда такого импульса зависит от величины давления позади смычки, поэтому в речи более громкими будут те согласные, место скачка давления для которых находится ближе к гортани – там давление накапливается быстрее, и его уровень выше. Импульсный звук такого типа имеет сплошной спектр. Трансформация звукового сигнала голосовых связок в звуки осуществляется в вокальном тракте, выполняющем функцию резонатора, т.е. усиливает и фильтрует входной сигнал. Возможности перестройки параметров вокального тракта огромны, присущи только человеку, что и позволяет ему произносить все многообразие звуков речи. Этот процесс перестройки называется артикуляцией.

51) Характеристика инфразвука и ультразвука

Инфразвук (от лат. infra – ниже, под) – упругие волны, аналогичные звуковым, но с частотами ниже области слышимых человеком частот. Обычно за верхнюю границу инфразвуковой области принимают частоты 16 – 25 Гц. Источником инфразвуковых колебаний являются грозовые разряды (гром), а также взрывы и орудийные выстрелы. Инфразвук содержится в шуме атмосферы, леса и моря вследствие вихрей, которые появляются при обтекании волн ветровым потоком. Инфразвуки серьезным образом влияют на человека. могут быть для человека смертельными или вызвать серьезные нервно-психические и соматические расстройства, вплоть до паралича сердечной мышцы. Способами защиты от инфразвука являются:

1) Использование глушителей интерференционного типа при наличии дискретных составляющих в спектре инфразвука.

2) Использование звукопоглощающих панелей, кожухов резонансного типа.

3) Применение наушников, вкладышей, защищающих ухо от неблагоприятного действия сопутствующего шума. Для инфразвука характерно малое поглощение в различных средах вследствие чего инфразвуковые волны в воздухе, воде и в земной коре могут распространяться на очень далёкие расстояния.

Ультразвук (от лат. ultra – выше, сверх) – упругие колебания и волны, частота которых превышает 15 – 20 кГц. Нижняя граница области ультразвуковых частот, отделяющая ее от области слышимого звука, определяется субъективными свойствами человеческого слуха и является условной, так как верхняя граница слухового восприятия у каждого человека своя. Верхняя граница ультразвуковых частот обусловлена физической природой упругих волн, В зависимости от длины волны и частоты ультразвук обладает различными специфическими особенностями излучения, приема, распространения и применения, поэтому область ультразвуковых частот подразделяют на три области:

- низкие ультразвуковые частоты (1,5×104 – 105 Гц);

- средние ультразвуковые частоты (105 – 107 Гц);

- высокие (107 – 109 Гц).

Упругие волны с частотами 109 – 1013 Гц называются гиперзвуком. Общие законы распространения, которым подчиняется ультразвук:

1) Законы отражения звука и преломления звука на границах различных сред.

2) Законы дифракции звука и рассеяния звука при наличии препятствий и неоднородностей в среде и неровностей на границах.

3) Законы волноводного распространения в ограниченных участках среды.

Специфические особенности ультразвука:

1) Малость длины волны определяет лучевой характер распространения ультразвуковых волн.

2) Фокусировка ультразвука позволяет не только получать звуковые изображения (системы звуковидения и акустической голографии), но и концентрировать звуковую энергию. С помощью ультразвуковые фокусирующих систем можно формировать заданные характеристики направленности излучателей и управлять ими.

3) Периодическое изменение показателя преломления световых волн, связанное с изменением плотности в ультразвуковой волне, вызывает дифракцию

света на ультразвуке, наблюдаемую на частотах мегагерцевого – гигагерцевого диапазона. Ультразвуковую волну при этом можно рассматривать как дифракционную решетку.

4) Важнейшим нелинейным эффектом в ультразвуковом поле является кавитация – возникновение в жидкости массы пульсирующих пузырьков, заполненных паром, газом или их смесью.

57)физические эффекты акустооптического преобразования.

Для преобразования акустического сигнала в оптический, могут быть использованы следующие физические эффекты:

1) Эффект изменения светопроводимости под действием механической силы, деформирующей световод (оптоволокно).

2) Эффект звуколюминесценции, который проявляется в возникновении вспышек света при схлопывании кавитационных пузырьков, рождённых в жидкости, мощной ультразвуковой волной.

3) Эффект модуляции оптического (лазерного) луча поверхностью отражения, деформируемой звуковыми колебаниями.

Съем информации осуществляется с плоской поверхности, колеблющейся под действием акустической волны, лазерным лучом в ИК-диапазоне, что обеспечивает невидимость его невооруженным глазом. В качестве поверхности, на которую оказывает воздействие акустическая волна, используется внешнее стекло окна. Стекло облучается источником лазерного излучения с внешней стороны, например из окна соседнего дома. На поверхности соприкосновения лазерного луча со стеклом происходит модуляция лазерного луча акустическими сигналами, генерируемыми в помещении (речь, звуковые колебания работающих технических систем). схему акустооптического преобразователя на основе лазерной системы (рис. 1).

На эффективность работы лазерной системы существенное влияние оказывает воздушная среда, через которую проходит прямой (мощный) и отраженный (маломощный) оптический сигнал. В воздушной среде проявляется эффект светопроводимости. Увеличение дальности прослушивания может быть осуществлено либо увеличением мощности генератора ИК-излучения, либо повышением чувствительности приемника, либо тем и другим вместе.