Радиовещание і электроакустика

1. Микрофоны.

2. Громкоговорители.

3. Хвильова і статистична теорія акустичних процесів помещения.

1. Микрофоны.

Мікрофони як перетворювачі акустичних коливань в електричні сигнали виконують роль вхідних елементів у різноманітних радіомовних системах і побутових радіомовних комплексах, установках озвученні і звукопідсилення. Особливо високі вимоги висуваються до мікрофонів під час передачі і запис художніх програм. Перетворення звуку в електричний сигнал має виконуватися лише з високої інформаційної точністю, і технічні вимоги до мікрофонів дуже високі. Потрібна забезпечити високу перебірливість і впізнаваність мовного сигналу, запобігти появі різних спотворень і перешкод не більше динамічних діапазонів, що сягають при музичних програмах 90… 100 дБ в частотною смузі до 15 кГц і більше. З іншого боку, потрібно задовольняти і навіть естетичним вимогам глядачів. Мікрофон є ланцюгом між виконавцями й апаратним комплексом радіомовної системи. Під час створення звуковий партії телевізійних програм (наприклад, естрадних) він часто потрапляє у кадр зображення. Ця обставина зумовлює необхідність відповідності його конструкції сучасному дизайну.

Віщальні мікрофони намагається зробити обтічної форми і малих розмірів. Мікрофон, поміщений у звукове полі, порушує його однорідність через відображення звуковий хвилі від зовнішніх поверхонь корпусу. Обтічна форма знижує відображення до мінімуму, дозволяючи на низьких частотах звукового діапазону, де довжина хвилі набагато більше розміру мікрофона, ними нехтувати, а при порівнянних розмірах їх враховувати. Малі розміри мікрофона дозволяють слід його системою з зосередженими параметрами.

Властивості мікрофонів описуються багатьма технічні параметри, основними серед яких є следующие:

1. Чувствительность—отношение напруги U в вольтах не вдома мікрофона до звуковому тиску рзв в паскалях, воздействующему з його вхідний элемент:

Чутливість різна для ненагруженного мікрофона як холостого ходу (якщо навантажувальний опір не включено і вимірюється ЭДС не вдома мікрофона) і навантаженого на номінальне активне опір Rном (зазвичай 250…1000 Ом). При визначенні чутливість проблеми та інших, параметрів мікрофонів обумовлюються й умови виміру. Зазвичай використовується методика виміру перетворилася на «вільному» звуковому полі. Звукове тиск у певної точці поля вимірюється з допомогою спеціального вимірювального мікрофона дуже малих розмірів. Далі у цю точку поля замість вимірювального мікрофона поміщають робочий і вимірюють його вихідний напруга щодо звукового тиску, що було обмірювано у його відсутності. Обмовляється і частота, де визначається чутливість (зазвичай 1000 Гц).

Чутливість залежить від цього, під кутом вона вимірюється стосовно акустичної осі мікрофона. Для уточнення вводять термін «осьова чутливість» Ем. ос, поясняющий, що вона виміряти у бік акустичної (робочої) оси.

Чутливість висловлюють як рівня децибелах щодо неї умовної величини — 1 В/Па.

Користуються поданням осьової чутливості у її стандартного рівня. Стандартним рівнем осьової чутливості Nо. м називається виражене в децибелах ставлення потужності Р, развиваемой мікрофоном на номінальною навантаженні Rном (при чинному на мікрофон звуковому тиску рзв=1 Па), до потужності 1 мВт:

де и—напряжение на навантаженні, чисельно однакову чутливості мікрофона при рзв ==1 Па.

2. Спрямованість і характеристика спрямованості, відбита у ставлення чутливості мікрофона, вимірюваною під різними кутами осі симетрії мікрофона щодо нульової координати азимутальной площині. Характеристики (чи діаграми) спрямованості симетричні щодо акустичної осі мікрофона, проте може мати різну форму що за різних частотах. Тому властивості спрямованості характеризуються сімейством діаграм, побудованих для низки вибраних частот.

Спрямований мікрофон може мати певної чутливістю лише з фронтальній боку, зверненої до джерела звуку, але й зворотної. Цей чинник враховується окремим параметром «фронт-тыл», що вимірюється шляхом повороту мікрофона стосовно напрямку на джерело звуку на 180° і порівняння чутливості в такому становищі щодо прямого положения.

3. Частотна характеристика—это залежність осьової чутливості чи його рівня від частоти. Її відхилення від горизонтальній лінії в номінальному діапазоні для такого типу мікрофона визначають частотні спотворення. Сам номінальний частотний діапазон визначають по допустимим спадам чутливості у сфері нижніх і верхніх частот.

4. Рівень власного шуму мікрофона, виражений зазвичай через рівень еквівалентного йому звукового тиску рш, віднесений до значенням порогового сприйняття po=2?10−5 Па.

При докладний аналіз мікрофонів чи їх окремих елементів наведені основні параметри може бути доповнені іншими, зазвичай задовольняючими вимогам (коефіцієнт нелінійних спотворень, динамічний діапазон і пр.).

2. Громкоговорители.

Відповідно до ухваленого визначенню, під гучномовцями розуміються пасивні электроакустические перетворювачі, призначені для випромінювання звуку в навколишнє простір. По способам випромінювання гучномовці поділяються на диффузорные — безпосереднього випромінювання що хитається діафрагмою з гнучкою підвіскою і рупорные — випромінювання з допомогою жорсткого рупора. Конструктивно кожен із гучномовців є сукупність двох незалежних вузлів — голівки і акустичного оформлення, узгоджених по акустичним властивостями. Голівка гучномовця — це власне перетворювач сигналів звуковий частоти з електричної форми в акустичну — містить всі необхідні при цьому конструктивні елементи, зумовлені способом электроакустического перетворення. Акустичний оформлення є важливим елементом гучномовця, яка бере участь у процесі зазначеного перетворення; воно лише забезпечує ефективне випромінювання звуку у просторі з допомогою різноманітних акустичних екранів, ящиків, рупорів у різних варіантах побудови. Основою конструювання диффузорных гучномовців є серійно випущені спеціалізованими підприємствами голівки з різними електричними і конструктивними параметрами, а сам гучномовець залежно від задаваемого класу якості комплектується одна чи кілька головками, у сумі дополняющими одне одного по акустичним властивостями. Під час розробки гучномовців часто накладається умова суміщення його з іншим пристроєм: радіоприймачем, магнітофоном, телевізором, абонентським пристроєм проводового мовлення ін. У таких випадках голівки мають у загальних корпусах і гучномовці називають умонтованими. Якщо ж гучномовці створюють у окремих корпусах як незалежні устрою, їх називають виносними. До них належать, наприклад, звукові колонки для стереофонического відтворення, побутові электроакустические системи підвищеного якості звучання і пр.

Властивості гучномовців і окремо їх головок (без акустичного оформлення) прийнято оцінювати багатьма параметрами і характеристиками, обумовленими ГОСТ 16 122–78 та інших. Із чисельного переліку виділимо лише основные.

Характеристика спрямованості — залежність звукового тиску, развиваемого гучномовцем (і голівкою) на частоті F чи смузі частот з середньої частотою Fcp у точці вільного поля, яка перебуває певному відстані від робітника центру, від кута між робочої віссю гучномовця (голівки) і напрямом на зазначену точку.

Частотна характеристика звукового тиску (чи навіть частотна характеристика)—зависимость від частоти звукового тиску, развиваемого гучномовцем у точці вільного поля, яка перебуває певному відстані від робітника центру випромінювача, при постійному напрузі на затисках громкоговорителя.

Номінальна потужність — максимальна потужність електричного сигналу, подводимого до гучномовцю, яку обмежує думок нелінійних спотвореннями, встановлюваними для даного гучномовця, коли він забезпечуються його механічна і теплова прочность.

Акустична потужність — усереднена (у часі) потужність випромінюваного гучномовцем сигналу на частоті F (чи смузі частот з середньої частотою Fcp).

Характеристична чутливість — ставлення середнього звукового тиску, створюваного гучномовцем в номінальному діапазоні частот з відривом 1 м від робітника центру на робочої осі, до корені квадратному від подводимой мощности.

Основними опорними геометричними параметрами гучномовців є: геометричний центр—точка, від якої ведеться відлік відстаней від гучномовця; робоча ось—прямая, через центр гучномовця у бік використання переважно або ж перпендикулярна площині випромінює отверстия.

3. Хвилева і статистична теорія акустичних процесів помещения.

Студія є замкнутий повітряний обсяг. Будучи колебательной системою з розподіленими параметрами, він серйозно впливає на тимчасову структуру сигналу джерела звуку, відчутно змінюючи забарвлення звучання. Відомо, що звучить різна у великому порожньому приміщенні й у житловий кімнаті. Звучання оркестру у свіжому повітрі набагато біднішими в тембральном відношенні, ніж у одному приміщенні із хорошими акустичними свойствами.

Повітря, яким заповнюють приміщення, має певну пружність й безліч, чинить опір що розпросторюється у ньому звуковий хвилі. З позиції хвильової теорії повітряний обсяг закритого приміщення сприймається як складна многорезонансная коливальна система з розподіленими параметрами. При вплив сигналу, випромінюваного джерелом звуку, в повітряному обсязі приміщення порушуються власні коливання. Спектр власних частот не так важко розрахувати тільки до приміщень простих геометричних форм. Наприклад, для приміщень прямокутної форми (з ідеально жорсткими що відбивають поверхнями) довжиною l, шириною b і заввишки h власні частоты.

Система з розподіленими параметрами має кінцевими значеннями добротності. Тому власне коливання (чи його сукупність), будучи відгуком приміщення порушення, неспроможна згаснути миттєво. Відгук (відзвук) проявляється про всяк частоті збудливого коливання. Понад те, як це випливає з хвильової теорії акустики приміщень, процесу загасання відзвуку властиві флуктуації, зумовлені интерференционными явищами. Інакше кажучи, кожен елемент (відрізок) тимчасової структури сигналу збуджує поступово загасаючий відзвук. Сукупність відзвуків утворює свого роду звуковий фон, у якому слухач повинен сприймати дедалі нові елементи швидко мінливих тимчасової структури сигналу. Цей фон, будучи багаторазовим повторенням кожного відрізка сигналу, збільшує його слухового сприйняття й характеризує власне приміщення, де відбувається виконання програми. Обидва фактора—структура спектра власних частот і швидкість загасання відзвуку приміщення — по-різному впливають на слухове восприятие.

Там, коли обсяг приміщення досить великий (, але це умова зазвичай виконується практично) і годі й рахуватися з дискретністю спектра власних частот, до аналізу тимчасової структури звукового поля можна підійти з позицій геометричній акустики. Поле у кожному точці приміщення можна як результат інтерференції прямий звуковий хвилі, котра надходить від виконавця по щонайкоротшого шляху (прямий звук), значного числа що проглядали звукових хвиль (відзвуків), претерпевших різну кількість відображень від поверхонь приміщення. Сукупність цих що проглядали звуків утворює реверберационный процес студії, істотно змінює забарвлення звучання.