книги из ГПНТБ / Римский-Корсаков А.В. Электро-акустика
.pdfи ы м |
с д в и г о м |
ф а з |
э л е м е н т о в . |
Р а с п о л а г а я п |
|
элементов |
||||||||
на окружности, в вершинах правильного /г-угольника, |
и |
вводя |
в |
|||||||||||
электрических |
цепях элементов |
фазовые |
сдвиги |
(рис. |
4.8): |
срд |
= |
|||||||
=—ife/?sin8g , |
Qq = 2nq/n, |
q = 0, 1,..., |
(« — 1), |
мы |
как |
бы |
переносим |
|||||||
все элементы на диаметр окружности, соответствующий |
q = 0. |
Если |
||||||||||||
т а к а я антенна |
принимает плоскую |
волну, |
направление |
распростра |
||||||||||
нения |
которой |
л е ж и т в |
плоскости |
антенны, |
а ее |
фронт |
п а р а л л е л е н |
|||||||
диаметру q = 0, то |
все |
н а п р я ж е н и я , снимаемые |
с |
элементов, |
ока |
|||||||||
жутся синфазными после прохождения цепей, создающих |
ф а з о в ы е |
|||||||||||||
сдвиги <pf/. Т а к и м образом, в направлении, перпендикулярном |
диа |
|||||||||||||
метру ? = 0, в |
плоскости антенны |
будет максимум |
характеристики |
|||||||||||
направленности. Д л я характеристики направленности в |
этой |
плос |
||||||||||||
кости |
получим: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
q=n— 1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ф ( в ' ) = |
п - 1 |
У |
cos 2kR |
sin2 - і - 0 ' sin |
(2nq/n) |
|
|
|
(4.37) |
Здесь угол 9' отсчитывается от перпендикуляра к диаметру В = 0.
Распределенные антенны
Если элементы антенны расположены весьма близко друг к другу (на расстояниях, значительно меньших длины в о л н ы ) , то можно считать, что вся база является непрерывно излучающей линией. Характеристики направленности таких баз м о ж н о найти, з а м е н я я суммирование излучения конечного числа элементов ин
тегрированием излучения бесконечно |
м а л ы х участков |
линии базы . |
||||||||||||
Д л я |
непрерывной синфазной |
прямолинейной базы получим: |
|
|||||||||||
|
Ф |
(0) = |
2sin {-j |
kl |
sin |
0 j |
(kh |
sin в ) - |
1 . |
(4.38) |
||||
Д л я |
круговой |
непрерывной |
базы |
с дополнительными |
сдвигами |
ф а з |
||||||||
kR s'mQ |
относительно |
д и а м е т р а 6 = 0 |
|
получим: |
|
|
||||||||
|
ф |
(0) = / 0 [kR (1 + |
cos 2©)]. |
|
|
|
|
(4.39) |
||||||
Вводя |
сдвиги |
фаз по закону }zRs'm(Q—0о) |
вместо &^sini0, получим |
|||||||||||
возможность |
направить |
максимум |
чувствительности |
антенны |
под |
|||||||||
ж е л а е м ы м углом 0О |
к направлению |
0 = 0. |
|
|
||||||||||
|
Антенна бегущей волны |
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
П р я м о л и н е й н а я |
|
распределенная |
антенна, ф а з ы |
возбуждения |
элементов |
которой изменяются пропорционально расстоянию этих |
||||||||||
элементов |
от одного из концов базы, называется антенной |
бегущей |
|||||||||
волны. Если |
ф а з а колебаний |
элемента |
антенны, |
находящегося на |
|||||||
расстоянии х |
от |
одного |
из |
ее |
концов, |
составляет |
k&x, т а к |
что |
объ |
||
емная скорость |
элемента |
dx |
антенны |
dv |
= umexp{—ikax}dx, |
то |
сум- |
121
м и руя по длине антенны д а в л е н и я |
dp = iaр0й?у(4я£>)_Іехр{ |
|
+ і ^ л Х |
|||||||||||
Xcos6 } в дальней зоне |
(рис. 4.9), |
получим: |
|
|
|
|
|
|
||||||
р = ісор0 |
V0 (4я Dj~x |
(sin а)/а, |
|
|
|
|
|
|
|
|
( 4 - 4 0 > |
|||
а = KL ( c o s 0 — с 0 / а ) / 2 . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(4.41) |
||||
Здесь |
k&=a/a, |
а — ф а з о в а я |
скорость волны возбуждения |
антенны, |
||||||||||
VQ = vmL — полная объемная |
скорость, которую |
с о з д а в а л а |
бы ан |
|||||||||||
тенна |
при синфазном возбуждении |
по всей длине L , Ах cos 8 — опе- |
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
.режение по фазе волны, иду- |
||||||||
|
|
|
|
^ - у |
|
щей на |
бесконечно |
удаленную |
||||||
|
|
|
/ ' |
\ |
точку |
в направлении |
9. |
|
||||||
|
|
|
|
|
\в |
М а к с и м у м характеристики |
||||||||
|
|
/ ' |
|
|
\ |
направленности |
соответствует |
|||||||
|
|
d!)-pmsxp{-ih4^ |
. ' |
і |
У Г Л У |
|
в і = а г с cos (со/а), |
если |
||||||
|
|
|
|
~+" |
' |
а^Со. |
|
Пр и а / с 0 = 1 |
|
м а к с и м у м |
||||
|
|
|
|
|
|
чувствительности |
антенны сов |
|||||||
|
|
|
|
|
|
п а д а е т |
с |
направлением |
базы, |
|||||
|
|
|
|
|
|
п р и |
а > с 0 |
в о з б у ж д е н и е |
прак |
|||||
п |
л п v ~ |
|
|
|
|
тически становится |
с и н ф а з н ы м |
|||||||
|
|
|
и м а к с и м у м п е р е м е щ а е т с я к |
|||||||||||
Рлс. 4.9. К определению направленности |
|
|
J |
|
|
г |
|
|
|
|||||
антенны бегущей волны |
|
|
|
направлени ю |
перпендикуляра |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
к линии базы . В ряде случаев |
||||||||
антенна бегущей волны, б л а г о д а р я тому, |
что она |
вытянута |
в на |
правлении максимума чувствительности, оказывается в конструк
тивном отношении удобней |
антенны, база которой перпендикуляр |
на направлению м а к с и м у м а |
чувствительности. |
А н т е н на из направленных элементов |
|
Пусть многоэлементная антенна состоит из элементов, имею |
|
щих характеристику направленности Фо(ср, Э), которые расположе |
ны так, что направления их осевой |
чувствительности (Ф =0, 8 = 0) |
|||
совпадают . Пр и вычислении характеристики направленности |
такой |
|||
антенны, суммируя давления от ее элементов, коэффициент |
нап |
|||
равленности Ф 0 |
м о ж н о вынести за з н а к суммы |
и суммировать |
дав |
|
ления ка к бы |
от ненаправленных |
элементов. |
Следовательно, ре |
з у л ь т и р у ю щ а я характеристика направленности антенны из направ ленных элементов Ф будет произведением:
Ф = Ф 0 Ф Н , |
|
(4.42) |
|
где Ф н — - характеристика многоэлементной антенны |
той ж е |
конфи |
|
гурации, но из ненаправленных элементов. |
|
|
|
Оптимизация характеристики направленности антенны |
|||
Требования к характеристике |
направленности |
электроакусти |
|
ческого а п п а р а т а могут быть различными, в зависимости |
от его |
||
назначения . Д л я воспроизведения |
речи и музыки, |
как правило, |
122
требуется излучать и принимать широкую полосу частот при не
изменной |
характеристике |
направленности . |
Д л я |
аппаратов, рабо |
|
т а ю щ и х |
в устройствах пеленгования или |
акустической связи, |
мо |
||
ж е т потребоваться либо |
большой коэффициент |
концентрации |
при |
относительно узкой полосе рабочих частот, либо вполне определен ная ширина главного лепестка направленности при минимальной чувствительности в м а к с и м у м а х боковых лепестков характеристики, либо в о з м о ж н о больший коэффициент концентрации при минималь ной чувствительности в максимумах боковых лепестков. Характери стики типа (sin а) /а, которыми о б л а д а ю т антенны с равномерным распределением объемной скорости по базе или с элементами, име ющими одинаковые объемные скорости, предоставляют конструк тору в этом отношении м а л о возможностей . Коэффициент концен трации таких антенн, в предельном случае, очень длинной антенны, просто пропорционален отношению ее длины к длине волны, а
максимумы |
боковых |
лепестков |
у б ы в а ю т |
приблизительно к а к |
|
(2q+l)-\ |
где |
q — номер лепестка, |
при этом |
с увеличением длины |
|
антенны число |
боковых |
лепестков |
растет. |
|
Существует много способов оптимизации характеристики нап равленности антенны электроакустического а п п а р а т а по тем или
иным п а р а м е т р а м . В конечном итоге они сводятся |
к |
подбору |
не |
||
которого |
неравномерного |
распределения |
|||
объемных |
скоростей |
по элементам антен |
|||
ны, о с л а б л я ю щ е г о |
боковые |
лепестки |
и |
||
позволяющего приблизить форму глав |
|||||
ного лепестка к требуемой |
|
оптимальной. |
|||
Например, составив |
линейную антенну |
из |
Ряс. |
4.10. |
Компенсация |
боко |
Рис. 4.Ы. К расчету направленности |
вых лепестков сложением дей |
линейной распределенной антенны |
|||
ствия |
двух |
линейных |
много- |
|
элементных антенн (1 я 2)
элементов с одинаковыми о б ъ е м н ы м и скоростями, (можно подобрать к ней другую антенну, у которой ф а з ы звукового д а в л е н и я в боко
вых лепестках о к а ж у т с я о б р а т н ы м и |
по отношению « первой. В сум |
||
ме две такие |
антенны |
д а д у т характеристику направленности с ос |
|
л а б л е н н ы м и |
боковыми |
лепестками |
(рис. 4.10). |
123
Д л я создания |
|
антенны |
с главным лепестком |
заданной |
ширины |
|||||||||||
можно предложить следующее. Возьмем на отрезке |
прямой |
|||||||||||||||
—Ц2^.х^.£/2 |
|
функцию f(x) = x, —as^x^a, |
и f(x)=0 |
в |
области |
|||||||||||
L/2^\x\>a |
|
(рис. 4.11). |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
Р а з л о ж и м |
f(x) |
|
в ряд Фурье |
по синусам, та к что |
|
|
|
|
||||||||
|
|
со |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
/ (л-) = £ |
Ад sin (2я qxIL). |
|
|
|
|
|
|
(4.43) |
||||||||
|
(7=1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Величина |
|
F(x)=x~lf(x) |
|
= 1 |
при |
— a ^ . t ^ a |
и |
F(x) |
= 0 при |
|||||||
|
|.v| > а |
|
будет соответствовать «идеальной» антенне с |
постоян |
||||||||||||
ной чувствительностью |
в |
пределах |
— а ^ . х ^ а |
и без боковых |
ле |
|||||||||||
пестков. И з |
(4.43) |
видно, |
что |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
F |
(х) = |
(Ь/2я) |
V |
qA„ (sin 2 я qx\L) |
(2я qx/L)~l . |
|
|
|
(4.44) |
|||||||
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
(7=1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Н о |
(sin 2 я gx/L) ( 2 n g x / L ) - 1 |
будет характеристикой |
направлен |
|||||||||||||
ности |
линейной |
антенны, |
если |
положить |
2 я x/L— (AD/2) sin 0: |
|
||||||||||
Ф (в) = |
|
F |
|
AD sin в j IF (0) = |
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
CD |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
(J |
ф4, s i |
n ( - ^ - ^ D s i n ; e ^ |
AD sin в |
<И, |
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(7=1 |
(4.45) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
И з |
(4.45) |
следует, |
|
что |
д л я |
получения |
«идеальной» |
характери |
||||||||
стики |
F(x) |
нужно н а л о ж и т ь друг на друга бесконечное число |
ли |
|||||||||||||
нейных антенн с относительными чувствительностями qAq |
и |
дли |
||||||||||||||
нами Dq. При этом необходимо, чтобы kD-^2n, |
та к ка к только в |
|||||||||||||||
этом случае |
|
х меняется монотонно с 0 в |
пределах |
— я / 2 ^ і б ^ я / 2 . |
||||||||||||
Вопрос о том, каковы |
будут остаточные |
лепестки |
характеристики |
|||||||||||||
направленности |
из-за |
|
того, что на |
практике приходится |
оборвать |
сумму р я д а на некотором разумном номере, требует дополнитель
ного |
исследования . |
|
|
|
|
Р у п о р н ая антенна |
|
|
|
|
Рупорную антенну используют д л я |
согласования собственно |
||
го сопротивления излучателя, малого по |
сравнению с длиной |
вол |
||
ны, |
с волновым сопротивлением |
среды. |
Она представляет |
собой |
р а с ш и р я ю щ у ю с я по определенному закону трубу, в узком |
конце |
|||
которой (в горле) помещается |
п о д в и ж н а я механическая система |
антенны. Н а и б о л е е часто применяются рупорные антенны с попе речным сечением трубы, н а р а с т а ю щ и м по экспоненциальному за кону (рис. 4.12).
Теория бесконечного экспоненциального рупора дает дл я со-
.124
противления излучения поршневой |
д и а ф р а г м ы , |
установленной |
в |
||||||||
горле |
рупора, |
следующую зависимость: |
|
|
|
|
|
||||
|
/'и + і А'„ = |
p0 c0 S0 [ (1 — сок/со2 |
J1 / 2 + |
і сок/со] |
, |
|
|
(4.46) |
|
||
где |
тц = СоВ/2; |
р — показатель |
расширения |
сечения |
рупора, |
кото |
|||||
рое |
с |
расстоянием г |
от горла |
рупора меняется |
по |
закону S(z) |
= |
||||
= S0 e.\p{pz}. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
wK |
носит название |
критической частоты |
рупора, |
т а к к а к |
ниже |
ее /'1 Г =0, и сопротивление рупора становится чисто реактивным .
Однако у ж е начиная |
с |
со~2,Зсок , |
г и |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
составляет |
более, |
чем |
0.9 |
от |
пре |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
дельного |
|
значения |
poCoS0. |
|
Таким |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
образом, |
|
активное |
сопротивление |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
рупора |
'М0Ж.НО |
считать |
|
постоянным |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
в широком диапазоне частот со>шц. |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
При |
этом |
ХЦ сравнительно |
быстро |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
убывает и при со>2,Зсо„ при ориен |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
тировочных расчетах им часто пре |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
небрегают. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
Приведенные ВеЛіИЧІ-ШІЬІ Гц |
и |
Л'„ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
получены |
д л я |
бесконечного |
рупора |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
в |
предположении, |
|
что |
плоская |
вол |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
на |
распространяется |
в |
нем |
в |
сторо |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
ну |
2 > 0 , |
т. е. в |
сторону |
|
расширения |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
сечения. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
Реально |
приходится |
|
иметь |
дело |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
с |
рупором |
конечной |
длины, |
у |
вы |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
ходного |
отверстия |
которого |
(устья) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
происходят |
о т р а ж е н и я |
волн, |
нару |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
шающие |
плавный |
|
ход |
ги |
|
и |
ха |
при |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
изменении частоты так, что в этих |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
характеристиках |
могут |
|
наблюдать |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
ся резонансные максимумы и 'ми |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
нимумы . Экспериментальные иссле |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
дования показывают, что в том слу |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
чае, |
когда |
диаметр |
устья |
|
рупора |
|
|
|
|
|
|
и/и>к |
||||||||||||
' приблизительно |
|
равен |
|
-Х-к/л, {Хк |
= |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
= 2ясо/сок ) |
д л я со>2,Зсок |
о т р а ж е н и я |
іРлс. 4Л2. |
Рупорная |
амтенна: |
|||||||||||||||||||
от |
устья |
оказываются |
м а л ы м и |
и |
в |
|||||||||||||||||||
расчет |
м о ж н о |
принимать |
значення |
а — зависимость |
сечения |
рупо |
||||||||||||||||||
ра от расстояния вдоль |
оси |
г; |
||||||||||||||||||||||
ги |
и Л'ш приведенные |
в ы ш е . |
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
антен |
б — характеристика |
направлен |
|||||||||||||||||||||
|
Направленность |
рупорной |
ности |
рупорной |
|
антенны |
||||||||||||||||||
ны |
с |
таким |
диаметром |
устья |
в |
до- |
(сплошная |
крлвая |
— |
прибли |
||||||||||||||
вол ын о |
широких |
пределах |
(от |
4со! ; |
жение |
эллипсом, |
точки—ре |
|||||||||||||||||
зультат измерений); в — зави |
||||||||||||||||||||||||
до 24сок ) 'Практически |
остается |
по |
симость |
эксцентриситета |
эллип |
|||||||||||||||||||
стоянной |
и |
ее |
можно |
представить |
соидальной |
приближенной |
ха- |
|||||||||||||||||
в виде |
эллипса |
с |
|
эксцентриситетом |
р аістеристлкд |
и апр авлен ноети |
||||||||||||||||||
|
от отношения частоты |
излуче |
||||||||||||||||||||||
е = 0 , 9 |
|
(рис. 4.12): |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ния к критической частоте ру |
||||||||||||||
ф (в) = |
(1 — <?2) cos © [1 — е 2 |
cos2 в]"-1 . |
|
пора |
|
|
|
|
|
|
|
125
4.4.Т Р Е Б О В А Н И Я К Э Л Е К Т Р О А К У С Т И Ч Е С К О Й
А П П А Р А Т У Р Е Р А Д И О В Е Щ А Н И Я И Т Е Л Е В И Д Е Н И Я
Основные требования к электроакустической а п п а р а т у р е ра диовещания и телевидения (микрофонам и громкоговорителям) вытекают, с одной стороны, из свойств источников звуков, участ вующих в п р о г р а м м а х передач — музыкальных инструментов и голоса человека и, с другой, из свойств слуха человека. Выполне ние этих требований обеспечивает впечатление естественности зву
чания, |
незаметности искажений звуков, переданных |
а п п а р а т а м и , |
|||
по сравнению с натуральным звучанием |
при непосредственном слу |
||||
шании. |
|
|
|
|
|
Специальные |
измерения |
показывают, |
что различные |
музыкаль |
|
ные инструменты |
излучают |
звуки в широком диапазоне частот от |
|||
15 до |
15 000 Гц. Некоторые |
звуки, например, звон ключей или ши |
|||
пящие |
звуки речи, содержат д а ж е ультразвуковые частоты в об |
ласти 20—25 кГц. Пиковые уровни звуковых давлений, т. е. уров
ни, которые измеряются |
приборами с |
постоянной |
времени |
около |
||||
2 мс, при передаче оркестровой |
музыки |
могут |
достигать величины |
|||||
115—120 д Б . Д л я иллюстрации |
приведем д а н н ы е измерений |
квази |
||||||
м а к с и м а л ь н ы х уровней источников, полученные с |
помощью |
при |
||||||
бора, интегрирующего за время 0,25 с. |
|
|
|
|
||||
Н а |
расстоянии 6 |
м спереди |
от источника |
к в а з и м а к с и м а л ь н ы е |
||||
уровни звуковых давлений, дБ , следующие: |
|
|
|
|||||
медные |
тарелки |
|
L12 |
хор |
|
|
107 |
|
большой |
барабан . . |
. |
. 1 1 2 |
речь |
мужская |
|
|
79 |
орган |
|
|
113 |
речь женская |
|
|
76 |
|
рояль |
|
|
97 |
|
|
|
|
|
оркестр |
|
|
107 |
|
|
|
|
|
Ш у м ы аудитории |
(в концертном з а л е и в жилой |
комнате) по |
в ы ш а ю т порог слышимости примерно на 30—36 дБ , в киноаудито рии — на 40 д Б . П о этим д а н н ы м д и а п а з о н уровней, которые мо жет воспринимать человек при слушании оркестра, находясь в первых рядах з а л а , составляет 107—(30-=-35) =72-4-77 д Б , при слу шании речи ~ 4 8 д Б . Эт и результаты были получены по исследо ваниям, проводившимся в СШ А в 30-х годах. Более поздние из
мерения, проводившиеся |
в Ф Р Г , привели |
к следующим |
динамиче |
||
ским д и а п а з о н а м , д Б : |
|
|
|
|
|
танцевальная музыка . . . |
. 30 |
большой |
симфонический |
оркестр |
63 |
салонный оркестр |
46 |
драматическая речь . |
. . . |
60 |
Распределение уровней по частотам звукового д и а п а з о н а у раз личных источников, конечно, различно . Статистические исследо вания сигнала, идущего по тракту низкой частоты во время радио
вещательной |
передачи (работы |
Н . Л . Б е з л а д н о в а ) , показали,' что |
наибольшие |
уровни встречаются |
на частотах 200—1500 Гц (рис. |
4.13). Отсюда вытекает, что составляющие передаваемого |
звука, |
|||
л е ж а щ и е в |
области |
очень низких и очень высоких |
частот, |
меньше |
влияют на |
качество |
передачи, чем составляющие |
средних |
частот. |
126
-Специальные опыты по прослу- |
/А^-з^-йдб |
|
ш и ї в а н и ю |
музьыси большой |
' ' |
группой экспертов через элек
троакустический |
т р а к т |
с огра |
|||
н и ч е н н ы м |
диапазоном |
частот, |
|||
проводившиеся |
в |
различное |
|||
в р е м я |
в |
разных |
странах и, з |
||
частности, последние |
исследо |
||||
в а н и я , проводившиеся |
в С С С Р |
||||
рядом |
институтов |
Министерст |
|||
ва с в я з и |
(работы |
А. В. Римско - |
го - Корсакова, А. М. Заездного,
Р:пс. 4.13. Приближенный тип распре
деления уровней радиовещательного сигнала по частоте
Г. С. Гензеля, И. Е. Горона), позволили установить |
диапазоны час |
||||||
тот, которые |
д о л ж н а |
передавать р а д и о в е щ а т е л ь н а я |
а п п а р а т у р а в |
||||
зависимости от класса ее качества: |
|
|
|
||||
— высший класс |
— |
30—15 000 Гц — ограничение |
частотного |
||||
д и а п а з о н а практически |
незаметно; |
|
|
|
|||
— первый |
класс |
— 50—10 000 Гц — 30% экспертов |
г-амечают |
||||
ограничение |
д и а п а з о н а ; |
|
|
|
|
||
— второй |
класс |
— 100—6000 Гц — 75% экспертов |
замечает |
||||
ограничение |
д и а п а з о н а ; |
|
|
|
|
||
— третий |
класс — 200—4000 Гц — более 90 % экспертов |
заме |
|||||
чает ограничение |
диапазона . |
|
|
|
|||
Ухо не очень |
чувствительно к неравномерности |
передачи |
уров |
ней по частоте. Исследования показывают, что пики в частотной характеристике электроакустического т р а к т а (величина + Д на рис. 4.1) могут достигать 3 д Б и провалы (—Д) — 5 д Б без замет ного влияния на качество передачи. Слышимость нелинейных ис
кажений т а к ж е |
подробно изучалась и |
на |
основании упомянутых |
выше последних |
работ, проводившихся |
в |
С С С Р , установлены до |
пустимые значения нелинейных искажений в зависимости от клас са передачи. Допустимый коэффициент гармоник в зависимости от частоты при синусоидальном сигнале номинального уровня да н в табл . 4.1.
Т А Б Л И Ц А |
4.1 |
|
|
|
|
|
|
Класс качества |
Коэффициент гармоник kr. ?о, на частоте. Гц |
||||||
тракта |
|
|
|
|
|
|
|
|
60 |
100 |
200 |
400 |
1000 |
5000 |
7500 |
Высший |
4 |
2 |
1 |
1 |
1 |
2 |
6 |
Первый |
5 |
3 |
1 ,6 |
1,5 |
1,5 |
3 |
— |
Второй |
— ' |
6 |
4 |
3 |
3 |
— |
— |
Третий |
— |
— |
6 |
6 |
6 |
— |
— |
К а к видно, |
коэффициент гармоник |
нормируется |
только |
до ча |
стоты 7500 Гц в а п п а р а т у р е высшего класса . Это объясняется тем,
127
что только |
самая |
низкая |
с о с т а в л я ю щ а я нелинейных |
искажений — |
|
вторая гармоника |
частот |
7500 Гц еще л е ж и т на границе |
пере |
||
д а в а е м о г о |
диапазона частот в аппаратуре высшего |
класса . |
С по |
нижением класса качества диапазон нормируемых искажений еще более сужается, а допустимые значения искажений растут. Некото
рые устройства |
тракта |
могут |
вызывать |
заметные искажения не |
||||||||||
только |
при |
больших уровнях |
сигнала, |
близких |
к |
номинальному, |
||||||||
но и при слабых сигналах . Поэтому |
при контрольных |
измерениях |
||||||||||||
на частоте 1000 Гц следует убедиться, |
что коэффициент |
гармоник |
||||||||||||
не превосходит |
у к а з а н н ы е в табл . 4.1 |
величины |
при сигнале, |
име |
||||||||||
ющем |
уровень на 20 д Б ниже, чем номинальный . |
|
|
|
|
|
||||||||
Н а |
качество |
воспроизведения музыки |
и речи |
сильно |
влияет на |
|||||||||
личие посторонних шумов, прослушивающихся во время |
передачи. |
|||||||||||||
Источником |
их может |
быть и электроакустическая |
аппаратура — |
|||||||||||
микрофоны |
и |
з в у к о з а п и с ы в а ю щ а я |
аппаратура . |
Приведем |
ре |
|||||||||
зультаты исследования |
слышимости |
шумов при передаче |
звуковых |
|||||||||||
программ . В табл . 4.2 д а н ы в децибелах |
значения |
уровня |
помехи, |
|||||||||||
л е ж а щ е й на |
пороге заметности, относительно |
номинального |
уров |
|||||||||||
ня сигнала. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Эти |
данные |
показывают, что требования к входным |
цепям и |
|||||||||||
микрофонам трактов передачи музыки и речи весьма |
жестки . |
|||||||||||||
Слушатель, |
находящийся |
непосредственно |
в концертном |
или |
театральном зале, ощущает звуковую перспективу — направление
на |
отдельные |
источники звука (музыкальные инструменты |
оркест |
|||
ра, |
актеров, |
певцов) |
благодаря |
бинауральному |
слуху. При слу- |
|
|
Т А Б Л И Ц А |
4.2 |
|
|
|
|
|
|
|
Уровень помехи при характере шума |
|
||
|
|
|
Тональные составляющие фоны пере |
|
|
|
|
Класс качества тракта |
менного тока питающей сети |
равномерный по |
|||
|
|
|
|
спектру («белый») |
||
|
|
|
на частотах |
на частотах |
шум |
|
|
|
|
50—100 Гц |
150—200 н 600 Гц |
|
|
|
Высший |
|
—75 |
—80 |
—80 |
|
|
Первый |
|
—70 |
—80 |
—75 |
|
|
Второй |
|
- 6 0 |
—80 |
—70 |
|
|
Третий |
|
—50 |
- 8 0 |
—70 |
|
шании той ж е программы, воспринимаемой одним |
микрофоном или |
|||||
д а ж е группой |
микрофонов, при передаче сигнала |
по одному |
кана |
лу этот эффект теряется и натуральность передачи страдает . По этому современные высококачественные передачи и звуковое соп ровождение кинокартин (в основном широкоэкранных и п а н о р а м ных) делаются многоканальными .
128
И д е я восстановления звуковой перспективы путем передачи по
нескольким |
раздельным к а н а л а м |
от нескольких |
микрофонов, рас |
||
ставленных |
вдоль |
эстрады |
(оркестра, сцены), |
была р е а л и з о в а н а |
|
Флетчером |
в С Ш А |
в 1937 |
г. К а к |
оказалось, с |
помощью трех- и |
пятиканальных систем удается достаточно хорошо воспроизвести звуковую перспективу. Качество воспроизведения звуковой перс пективы зависит от целого ряда условий в такой системе: от вида характеристик направленности микрофонов и громкоговорителей системы, от способа их р а з м е щ е н и я и от места расположения слу шателя относительно системы громкоговорителей. Характеристики
таких |
систем |
и требования к ним в настоящее время |
исследуются. |
||
4.5. |
Л Е Н Т О Ч Н Ы Е Э Л Е К Т Р О Д И Н А М И Ч Е С К И Е |
М И К Р О Ф О Н Ы |
|||
|
Микрофоны с косинусоидальной |
характеристикой |
|||
направленности |
|
|
|
||
Схематическое и з о б р а ж е н и е этого |
микрофона |
дано на рис. |
|||
4.14а. |
Л е г к а я |
гофрированная алюминиевая ленточка |
натянута в |
||
з а з о р е |
м е ж д у полюсными наконечниками сильного постоянного маг- |
Рис. 4.14. Ленточный электродинамический микрофон с косинусоидальной харак
теристикой направленности:
а — схематическое изображение; б— механическая система; в — электрическая эквивалентная схема
нита. Звуковые волны могут воздействовать на ленточку с обеих
сторон. Если, как показано на |
рисунке, плоская |
звуковая |
волна |
падает на микрофон нормально |
(по направлению |
стрелки |
а), т о |
5 - 3 |
! ; |
129 |
д а в л е н ия по обе стороны ленточки будут разными вследствие за поздания волны по фазе к обратной стороне микрофона . При па
дении волн |
под углом |
9 0 ° к |
нормали |
(вдоль стрелки б), |
очевидно, |
||||
амплитуды |
и ф а з ы с |
обеих |
сторон ленточки |
будут |
одинаковы . |
||||
В первом случае ленточка будет двигаться и на |
ее концах появит |
||||||||
ся |
э л е к т р о д в и ж у щ а я |
сила, |
а во втором |
она |
будет |
неподвижна . |
|||
К а к |
видно, |
такой микрофон |
обладает |
направленностью . |
|
||||
Так как |
микрофон |
д е л а ю т небольшим, |
т а к |
что почти |
во всем |
рабочем диапазоне частот его размеры малы по сравнению с дли
ной |
волны, то |
волна огибает микрофон, практически не |
изменяясь |
||||||
по |
амплитуде |
и |
лишь з а п а з д ы в а я |
по |
фазе . |
З а п о з д а н и е |
по |
фазе |
|
пропорционально |
толщине |
полюсного |
б а ш м а к а и зависит от |
угла |
|||||
падения волны. Пусть АА' |
и ВВ'— |
передняя |
и з а д н я я |
плоскости |
полюсов микрофона . Если отбросить одинаковые по величине запо здания звуковой волны от этих плоскостей до обеих сторон ленточ
ки и отсчитывать фазу волны от плоскости СС, проходящей через |
||
середину |
ленточки, то запоздание волны, подходящей к плоско |
|
сти |
ВВ', |
составит —(corfcos8)/2с 0 , а опережение волны, подходя |
щей |
к АА', |
составит + (tod cos 6)/2с 0 . |
Таким образом, механико - акустическая система такого микро фона, его приемная антенна, может быть уподоблена малой ди - польной антенне, д л я которой характеристика направленности имеет вид (4.32), a d приблизительно соответствует ширине полюс
ных |
б а ш м а к о в . |
Так |
как |
в основной части д и а п а з о н а |
рабочих |
ча |
стот |
М < с 1 , то |
д л я |
Ф(Э) |
м о ж н о принять значение из |
(4.326). |
Ч у в |
ствительность антенны может быть получена на основании данных
сопротивления |
излучения и коэффициента концентрации д л я |
малой |
||
колеблющейся |
сферической антенны |
и формул (4.26) и |
(4.23): |
|
EUp=SkD~\/r~Q, |
где |
Q — коэффициент |
концентрации, в данном слу |
|
чае равный трем, S |
и D — поверхность и диаметр некоторой |
колеб |
лющейся сферы, эквивалентной антенне микрофона . Точное_опре-
деление 5 и D |
затруднительно . Обычно считают, что SD УQ |
соот |
||
ветствует произведению п л о щ а д и ленточки Sn |
на ширину |
полюс |
||
ных б а ш м а к о в |
d, т а к что в направлении перпендикуляра |
к |
ленточ |
|
ке EnpttStfkd, |
и тогда д л я любого н а п р а в л е н и я |
падения |
волны си |
ла, д е й с т в у ю щ а я |
на ленточку, |
|
F (в) = ЕПрр |
cos 0 = pSn kd cos 0. |
(4.47) |
Чувствительность микрофона м о ж н о рассчитать, воспользовав
шись |
общей |
ф-лой |
(3.63). Д л я |
этого |
|
положим, что сторона |
2 — |
|||||||
электрическая сторона |
микрофона, |
а |
1 |
— механическая . |
|
Тогда |
||||||||
Vr+-i |
— Т о к |
в сопротивлении нагрузки |
(zB), |
подключенной |
к |
|
з а ж и |
|||||||
мам |
микрофона . |
Эту нагрузку |
м о ж н о |
считать активной |
( 2 |
Н = ^ Н ) - |
||||||||
f j - ^ p ^ ) — с и л а , |
действующая |
на |
механическую систему |
микрофо |
||||||||||
на, в ы р а ж а ю щ а я с я |
ф-лой (4.47), |
Мг |
— коэффициент |
преобразова |
||||||||||
ния, который д л я рассматриваемого электродинамического |
микро |
|||||||||||||
фона |
равен |
В.1; В — |
магнитная |
индукция |
м е ж д у полюсными |
|
нако |
|||||||
нечниками; |
/ — длина |
ленточки; |
гг^у*- |
электрическое |
сопротивле- |
130