9.5. Пружинные ревербераторы

В ревербераторах этого типа рабочим органом является стальная спиральная пружина Пр, состоящая из двух частей, с витками, на- мотанными в противоположном направлений (рис. 9.6). Концы пру- жины крепятся к роторам электромагнитных датчика Д и прием- ника П, которые через демпферы с помощью проволочек соединены с неподвижными опорами. Как показано на-схейе рис. 9.6, часть сиг- нала звуковой частоты подводится к катушке возбуждения первого электромагнита, поле которого вынуждает ротор датчика совершать крутильные колебания. Последние передаются пружиной ротору приемника, в результате чего в обмотке второго электромагнита ин- дуцируются электрические сигналы, подобные сигналам, поступаю- щим к датчику. Часть энергии крутильных колебаний отражается от ротора приемника в сторону датчика и вновь отражается, воз- вращаясь к ротору приемника с некоторым запаздыванием. Потеря энергии при каждом* отражении приводит к постепенному их зату- ханию. -

Собственные частоты колебаний системы могут быть найдены, если известна скорость распространения их вдоль пружины. Эта скорость

где /"и р — радиус поперечного сечения проволоки и плотность ма- териала, из которого она сделана; L и R — длина и радиус витка пружины; е — модуль упругости Юнга.

Если считать пружину однбмерной системой, то согласно выра- жению (9.7), ее собственные частоты ^определяются как:

(9.17)

Так как пружину только условно можно отнести к одномерным си- стемам, то для нее это выражение имеет несколько другой вид, а именно: ^

В этом выражении т — число витков пружины, а

(9.18)

168

представляет собой так называемую частоту среза, т. е. частоту, вы- ше которой плотность частотного спектра пружины становится рав- ной нулю. Учитывая это, выражение (9.18) можно переписать в виде:

(9Л9)

Отсюда, интервал между соседними частотами спектра определится как:

(9.20)

а время задержки отраженных сигналов выразится равенством:

Из выражений (9.19), (9.20) и (9.21) видно, что как значения - собственных частот, их плотность спектра, так и время задержки отраженных сигналов зависят прежде всего от материала и пара- метров пружины ревербератора. Для расширения частотного диада- зона ревербератора нужно увеличить частоту среза fm путем увели- чения отношения t к R, что приводит, однако; к нежелательному увеличению интервала А/_п между соседними частотами спектра. Чтобы избежать этого, ревербераторы делаются из двух и более пружин, имеющих все более высокую частоту срэза. Из формулы (9.20) следует* что по мере увеличения собственной частоты f_n -инК: тервал Afn сначала почти не меняется. Только при приближении In к частоте _л среза /wU>n начинает быстро сокращаться, а спектр все больше уплотняться. _v

Почти постоянными и малыми по величине будут временные ин- тервалы Д£ между отражениями. Следовательно, спектр собственных частот ревербератора в начале слабо уплотнен, что вызывает флюк- туации в процессе затухания, а временной спектр уплотцен слишком, что не отвечает спектрам, реальных помещений. Очевидно, ревербе- ратор с несколькими пружинами может устранить флюктуации, но устранить несоответствие в плотности временного спектра он не в состоянии. -.-г ..-•''•

- Данные улучшенных пружинных ревербераторов, например типа ПР-3 с шестью пружинами, для которых At равно 29, 33, 43, 63, 71 и 77 мс, хорошо отвечают теоретическим расчетам. Они позво- ляют получить Гис от 2 до 5,5 с (на /=400 Гц), достаточно широ- кий частотный диапазон 150—4000 Гц и отношение полезного сиг- нала к шуму больше 50 дБ. Однако и у таких ревербераторов име- ется ряд недостатков: -

1. Их время реверберации не изменяется в процессе ^работы.

, ' . - -169

2. Структура первых отражений неуправляема и не отвечает структуре реальных помещений. Нужны дополнительные линии за- держки.,

3. Не всегда удается устранить металлический призвук.

4. Уровень собственных шумов недостаточно низок.

Рис. 9.8. Схема включения маг- нитного ревербератора (а) и спектр поступающих от него сиг- налов (б)

Рис. 9.7. Снижение качества звучания при увеличении искусственной • реверберации (Г_и) и уровня подмешиваемого сигнала

Vw

Магнитные ревербераторы являются ревербераторами электро- акустического типа и моделируют одномерную .акустическую систему, для которой, судя по формуле (9.7), время задержки Д£ определя- ется отношением: ,

В этом случае L соответствует расстоянию между * головками вос- произведения, ас — скорости звуконосителя. Следовательно, разум- но выбирая эти параметры, можно управлять структурой ранних отражений и создавать условия, характерные для помещений боль- ших объемов. Но, в отличие от таких помещений, последующие «от- раженные» сигналы, обусловленные обратной связью, не уплотняют- ся, а многократно повторяют структуру начального этапа ревербе^ рационного процесса. Эта связь, так же как и при звукоусилении [15], приводит к тому, что прямые сигналы uq, принятые головками^ и их повторения Щ имеют сдвиг по фазе на угод Ф .== 2тг/Д£. Уровень самого сигнала в этом случае выражается суммой:

(9.22)

В связи с этими недочетами экспериментально был установлен ряд ограничений в использовании ревербераторов. Как видно из рис. 9.7, если нужно иметь Г_ис = 2 с, то только при JV = ~2QfrE для речи (сплошные кривые) и —10 дБ для пения (прерывистые кривые), подмешивание искусственной реверберации остается не- заметны5Г^(различимость равна нулю). Если нужно больше Гис, то уровень подмешиваемого сигнала N должен быть снижен. Кривые 1, 2, 3, 4 отвечают одинарному, двойному и т. д. порогу слухового обнаружения подмешиваемого сигнала.