ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 11.04.2024
Просмотров: 138
Скачиваний: 4
А.В. Римский-Корсаков
ЭЛ Е К Т Р О -
А К У С Т И К А
Издательство «Связь»
Москва 1973
" Г О С . Гі>'ьШіЧ
6Ф2.7
Р51 УДК 534.86
Р51 Римский - Корсаков А. В.
Электроакустика . М . , «Связь», 1973.
272 с. с пл.
В книге излагаются свойства слуха человека, метод электромеха нических аналогий, основы теории электроакустического преобразователя, рассматриваются конкретные типы электроакустических аппаратов, ме тоды получения заданных технических характеристик микрофонов, громко говорителей, гидрофонов, геофонов.
Книга рассчитана на инженеров, научных работников и студентов старших курсов, специализирующихся по технической акустике.
0233—45 |
13-73 |
6Ф2.7 |
045(01)—73 |
©Издательство «Связь» 1973 г.
Андрей Владимирович Римский-Корсаков
Э л е к т р о а к у с т и к а
Редактор Г. Д. Сергеева Худ.-техн. редактор К. Г. Марков
Художник И. А. Дутов Корректор Л. П. Текунова
Сдано в набор 17/XI 1972 г. Подписано в печ. 29/Ш 1973 г.
Форм. бум. 60х90/,о 17,0 печ. л. 17,0 усл.-п. л. 17,79 уч.-изд. л. Бумага типографская № 2 Т-05236
Тираж №800 экз. Цена ,1 руб. 31 кол. Зак. изд. 15310 Издательство «Связь», Москва-центр, Чистопрудный бульвар, 2 Типография издательства «Связь»
Государственного комитета Совета Министров
СССР по делам издательств, полиграфии и книжной торговли.
Москва-центр, ул. Кирова, 40. Зак. тип. 3
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
С О Д Е Р Ж А Н И Е |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Стр. |
Предисловие |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
6 |
||
Введение |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
7 |
|
|
ГЛАВА |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Краткие сведения по физиологической акустике |
|
|
|
|
||||||||
1.1. Устройство слухового органа человека |
|
|
|
Ю |
|||||||||
1.2. Механизм возбуждения слухового нерва |
|
|
|
12 |
|||||||||
1.3. Теория |
слуха |
|
|
|
|
|
|
|
13 |
||||
1.4. Порог |
слышимости |
|
|
|
|
|
14 |
||||||
1.5. Дифференциальный |
порог воспринятая интенсивности звука . . . |
17 |
|||||||||||
1.6. Логарифмические уровни. Шкала децибел |
|
|
|
18 |
|||||||||
1.7. Уровни ощущения и громкости |
|
|
|
|
19 |
||||||||
1.8. |
Громкость |
чистых |
тонов |
|
|
|
|
20 |
|||||
1.9. Критические |
полосы слуха |
|
|
|
|
20 |
|||||||
1.10. Уровень громкости сложных звуков |
|
|
|
21 |
|||||||||
1.Ы. Восприятие высоты тона. Шкала частот |
|
|
|
22 |
|||||||||
1.12. |
Маскировка |
звука |
|
|
|
|
|
|
24 |
||||
1.13. |
Бинауральный эффект |
|
|
|
|
|
25 |
||||||
1.14. Восприятие окраски (тембра) звука |
|
• |
|
27 |
|||||||||
|
ГЛАВА |
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Электромеханические |
и электроакустические аналогии |
|
|
|||||||||
•2А. Принцип электромеханических аналогий |
|
|
|
29 |
|||||||||
2.2. Механические элементы и механические системы |
|
|
31 |
||||||||||
2.3. Примеры изображения механических систем и их |
эквивалентных схем |
32 |
|||||||||||
2.4. Правила и способы перехода к |
эквивалентным |
схемам . . . . |
34 |
||||||||||
2.5. Трансформация сил и скоростей. |
Электрический |
аналог-трансформатор |
36 |
||||||||||
2:6. Электроакустические |
.аналогии |
• |
|
|
|
36 |
|||||||
2.7. Электромеханические |
аналогии в вычислительной |
технике . . . . |
38 |
||||||||||
2.8. Эквивалентные сосредоточенные параметры механических колебатель |
|
||||||||||||
|
ных |
систем |
|
|
* |
|
|
. |
38 |
||||
|
ГЛАВА |
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Электромеханические |
преобразователи |
|
|
|
|
|||||||
3.1. Классификация |
преобразователей |
|
|
|
48 |
||||||||
3..2. Два |
основных типа обратимого преобразователя |
|
|
49 |
|||||||||
|
Электродинамический |
преобразователь |
|
|
|
49 |
|||||||
|
Электростатический преобразователь |
|
|
|
53 |
||||||||
3.3. Общая теория обратамого преобразователя . |
|
|
|
56 |
|||||||||
3.4. Вторичные |
|
параметры |
преобразователя |
|
|
|
63 |
||||||
3j5. |
'Правило знаков |
|
|
|
|
|
|
|
64 |
||||
3.6. Входное сопротивление системы в общем случае |
|
64. |
|||||||||||
3.7. Чувствительность |
преобразователя |
|
|
|
65 |
||||||||
3.8. Коэффициент полезного действия преобразователя |
|
66 |
|||||||||||
3.9. Электромагнитные |
преобразователи |
|
. |
. • . |
67 |
||||||||
ЗЛО. Магнитострикционные |
преобразователи |
|
|
|
68 |
||||||||
|
Явление |
магнитостри'кции |
|
|
|
|
68 |
||||||
|
Уравнения |
|
преобразователя |
|
|
|
|
70 |
|||||
|
Преобразователь с однородной деформацией . • |
|
72 |
||||||||||
|
Преобразователь |
с |
неоднородной деформацией . . . . . . . |
73 |
|||||||||
3.11. Пьезоэлектрические |
|
преобразователя |
|
|
|
74 |
|||||||
|
Местные уравнения преобразователя |
|
|
|
74 |
||||||||
|
Преобразователь |
с |
однородной |
деформацией |
|
|
|
77 |
|||||
3
|
Преобразователь |
с неоднородной |
деформацией |
|
80 |
|||||||||
|
Местные уравнения пьезопреобразователя в тензорной форме |
. . |
87 |
|||||||||||
|
Своіктпа |
основных пьезоэлектрических кристаллов |
|
92 |
||||||||||
|
Выбор среза кристалла |
п.р.п изготовлении .пьезоэлемеитов . . . |
. |
93 |
||||||||||
|
Искусственные |
пьезокер.амическпе |
|
материалы |
|
96 |
||||||||
3.12. |
Электрохимические |
преобразователи |
|
|
99 |
|||||||||
|
ГЛАВА |
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Электроакустическая |
аппаратура |
|
|
|
|
||||||||
4.1. |
Классификация |
электроакустических |
аппаратов |
|
104 |
|||||||||
4.2. |
Технические |
характеристики |
|
|
|
|
105 |
|||||||
4.3. Антенны |
электроакустических |
аппаратов |
|
ПО |
||||||||||
|
Основные |
характеристики |
|
|
|
|
|
НО |
||||||
|
Связь между чувствительностью приемной и излучающей антеші |
. . |
114 |
|||||||||||
|
Сопротивление |
.излучения |
антенны |
|
|
П5 |
||||||||
|
Сложные |
антенны |
|
|
|
|
|
|
|
118 |
||||
|
Распределенные |
|
антенны |
|
|
|
|
|
121 |
|||||
|
Антенна |
бегущей |
волны |
|
|
|
|
|
121 |
|||||
|
Антенна из направленных элементов |
|
122 |
|||||||||||
|
Оптимизация характеристики |
направленности антенны |
|
122 |
||||||||||
|
Рупорная антенна |
|
|
|
|
|
|
|
|
124 |
||||
4.4. Требования к электроакустической аппаратуре радиовещания и теле |
|
|||||||||||||
|
видения |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
126 |
4.5. Ленточные |
электродинамические |
микрофоны |
|
129 |
||||||||||
|
Микрофоны с косинусондальной характеристикой направленности |
. . |
129 |
|||||||||||
|
Ненаправленный микрофон-приемник давлення |
|
133 |
|||||||||||
|
Микрофон |
с кардноидной |
характеристикой мап-равленност.и . |
. . |
135 |
|||||||||
|
Микрофон с регулируемой характеристикой 'Направленности . |
. |
136 |
|||||||||||
4.6. Катушечные электродинамические |
микрофоны |
|
137 |
|||||||||||
|
Ненаправленный |
микрофон |
|
|
|
|
|
137 |
||||||
|
Однонаправленный |
микрофон |
|
|
|
140 |
||||||||
|
Биградиентный |
|
микрофон |
|
|
|
|
|
142 |
|||||
|
Сверхнаправленный |
микрофон |
|
|
|
143 |
||||||||
4.7. Согласование электрической стороны электродинамического микрофо |
|
|||||||||||||
|
на со входом микрофонного уешштедя |
|
145 |
|||||||||||
4.8. |
Конденсаторные |
микрофоны |
|
|
|
|
146 |
|||||||
|
Микрофон-приемник |
давления |
|
|
. . |
146 |
||||||||
|
Об отрицательной упругости электрического поля поляризации в |
мик |
|
|||||||||||
|
рофоне |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
149 |
|
Предельная чувствительность |
микрофона |
|
149 |
||||||||||
|
Влияние емкости входа предварительного каскада |
|
150 |
|||||||||||
|
Микрофон |
направленного |
действия |
|
151 |
|||||||||
4.9. Общие сведения о промасоюворнтелях |
|
153 |
||||||||||||
4.10. |
Диффузорные громкоговорители |
|
|
|
155 |
|||||||||
|
Чувствительность |
громкоговорителя |
|
155 |
||||||||||
|
Частотная |
характеристика |
чувствительное™ |
|
157 |
|||||||||
|
Влияние способа .установки громкоговорителя на излучение в области |
|
||||||||||||
|
низких |
частот |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
158 |
|
|
Работа громкоговорителя s области высоких частот |
|
160 |
|||||||||||
|
Комбинированные |
громкоговорители |
|
161 |
||||||||||
|
Нелинейные искажения |
в громкоговорителе |
|
162 |
||||||||||
4.III. Рупорные |
электродинамические |
громкоговорители |
|
164 |
||||||||||
|
Частотная характеристика и кпд громкоговорителя |
|
164 |
|||||||||||
|
Влияние конечной длины рупора |
|
|
|
167 |
|||||||||
|
Широкогорлый |
|
громкоговоритель |
|
|
168 |
||||||||
|
Громкоговорящие |
алрег.аты |
|
|
|
|
168 |
|||||||
4.12. |
Электростатический |
громкоговоритель |
|
169 |
||||||||||
4ЛЗ. Магнитострикщионные |
излучатели |
|
|
172 |
||||||||||
|
Общая |
характеристика |
|
|
|
|
|
|
172 |
|||||
4
|
Стержневой |
излучатель |
|
|
|
|
|
174 |
||||||
|
Кольцевой лзлучатель |
|
|
|
|
|
|
179 |
||||||
|
Круговая |
диаграмма |
преобразователя |
|
|
180 |
||||||||
|
Коэффициент полезного действия излучателя . |
|
181 |
|||||||||||
.4.14. Пьезоэлектрические |
аппараты |
|
|
|
|
182- |
||||||||
|
Гпдрофон |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
182 |
|
|
Линия |
задержки |
|
|
|
|
|
|
|
|
184 |
|||
|
Другие типы пьезоэлектрических элементов электроакустических ап |
|
||||||||||||
|
паратов |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
186 |
|
Согласование |
пьезоэлемента |
с |
электрической частью системы . . . |
192 |
|||||||||
4,16. |
Электродинамический |
геофон |
|
|
|
|
194 |
|||||||
|
Общие |
замечания |
|
|
|
|
|
|
|
194 |
||||
|
Частотная |
|
характеристика |
чувствительности |
|
197 |
||||||||
|
Максимальная |
чувствительность |
|
|
|
198 |
||||||||
4.16. |
Сейсмометрический |
приемник смещения |
|
|
200 |
|||||||||
4.17. |
Оптимизация |
конструктивных |
размеров |
электроакустического аппа |
|
|||||||||
|
рата |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
202 |
|
ГЛАВА |
5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Необратимые |
'Преобразователи |
|
|
|
|
||||||||
5.1. |
Введение |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
207 |
|
5.2. |
Пневмоакустичеокие излучатели |
|
|
|
207 |
|||||||||
|
Общие |
сведения |
|
|
|
|
|
|
|
|
207 |
|||
|
Модуляция |
|
потока |
воздуха |
|
|
|
|
|
208 |
||||
|
Пневматическая |
сирена |
|
|
|
|
|
211 |
||||||
|
Модулятор с возвратно-поступательным движением |
212 |
||||||||||||
5.3. |
Гидравлическая |
сирена |
|
|
|
|
|
213 |
||||||
5.4. |
Гидролневматический |
преобразователь |
|
|
216 |
|||||||||
5.5. |
Параметрические |
приемники |
|
|
|
|
219 |
|||||||
|
Область применения |
|
|
|
|
|
|
219 |
||||||
|
Коэффициент |
преобразования |
|
|
|
|
220 |
|||||||
|
Работа |
приемника |
на |
нагрузку |
|
|
|
224 |
||||||
5.6. іПьезорезистивньїе полупроводниковые приемники звука и вибраций |
227 |
|||||||||||||
|
ГЛАВА |
6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Запись звука |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
6.1. Введение |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
231 |
||
6.2. Механическая |
запись |
|
|
|
|
|
|
234 |
||||||
|
Процессы |
записи |
|
|
|
|
|
|
|
234 |
||||
|
Рекордеры |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
240 |
||
|
Электромеханическая обратная связь в рекордере |
244 |
||||||||||||
|
Электродинамический |
рекордер |
|
|
|
246 |
||||||||
|
Краткие |
сведения |
о |
звукоснимателях |
|
|
248 |
|||||||
|
Стереограммофоиная |
запись |
|
|
|
|
250 |
|||||||
6.3. Оптическая |
запись |
звука |
|
|
|
|
|
252 |
||||||
|
Принцип |
записи |
|
|
|
|
|
|
|
|
252 |
|||
|
Гальванометр |
для |
записи звука |
|
|
|
253 |
|||||||
|
Уменьшение шумового фона при записи по методу переменной ширины |
255 |
||||||||||||
|
Щелевые |
искажения |
записи |
|
|
|
|
255 |
||||||
6.4. |
Магнитная |
запись |
звука |
|
|
|
|
|
256 |
|||||
|
Носитель |
|
записи |
|
|
|
|
|
|
|
256 |
|||
|
Головки |
записи |
и |
воспроизведения |
|
|
257 |
|||||||
|
Процесс |
намагничения магнитной |
ленты |
полем |
головки . . . . |
259 |
||||||||
|
Воспроизведеше |
записи |
|
|
|
|
|
264 |
||||||
|
Сквозная |
амплитудно-частотная |
характеристика |
записи . . . . |
265 |
|||||||||
|
Запись низких частот |
|
|
|
|
|
267 |
|||||||
|
Плавающие |
головки |
|
|
|
|
|
|
269 |
|||||
|
Точность |
механизма |
транспортировки звуконосителя . . . . . |
270 |
||||||||||
С л и с о к л и т е р а т у р ы |
|
|
|
|
|
|
272 |
|||||||
5
П Р Е Д И С Л О В И Е
Ц е л ь |
книги — познакомить читателя с. |
электроакустикой, как |
|
основой |
современной |
технической акустики. |
|
С о д е р ж а н и е книги |
в значительной мере |
определилось курсом |
|
лекций, читанных автором студентам Московского горного инсти тута, специализировавшимся в области электроакустики и ультра звуковой техники. В книгу вошли разделы по физиологической акустике, электромеханическим аналогиям и эквивалентным пара метрам механических колебательных систем, по теории электро механического преобразователя, электроакустической аппаратуре и некоторые сведения по записи звука .
П о физической акустике и колебаниям механических систем издано значительное число фундаментальных книг (ряд названий помещен в списке л и т е р а т у р ы ) . Поэтому в данной книге нет тра диционного раздела, посвященного основам акустики. Это позво лило, сохранив разумный объем, более полно осветить теорию и методы получения з а д а н н ы х характеристик электроакустических аппаратов и поместить сведения не только по радиовещательной аппаратуре (микрофонам и громкоговорителям), но и по т а к и м а п п а р а т а м , как магнитострикционные излучатели, геофоны, пара
метрические |
преобразователи . |
Такое |
распределение м а т е р и а л а |
диктовалось |
ж е л а н и е м сделать |
книгу |
полезной д л я инженеров и |
ьаучных работников различных отраслей промышленности, зани мающихся вопросами разработки и использования электроакусти ческой аппаратуры .
В книге излагаются принципы и методы, используемые при раз работке аппаратуры, а не описания промышленных образцов ап
паратов, которые быстро устаревают . |
|
|
Б и б л и о г р а ф и я по электроакустике |
очень обширна . В |
приведен |
ном списке литературы у к а з а н ы основные монографии, |
относящие |
|
ся к материалу отдельных глав, и лишь небольшое число статей, восполняющих в некоторой мере сведения, отсутствующие в пере численных монографиях .
Автор глубоко благодарен Л . М. |
Л я м ш е в у за |
т р у д по |
просмот |
ру рукописи и ценные критические |
замечания, |
Н. Г. |
Бибикову, |
И. П. Голяминой, В. С. Григорьеву, А. Л . Поляковой, В. С. Ямщи
кову за обсуждение и советы |
при работе над |
книгой, а |
т а к ж е |
|
А. В. Басовой, Е. Р . Ц а р с к о м у |
и В . А. Шустрову |
за |
помощь при |
|
оформлении рукописи. |
|
|
|
|
Автор будет благодарен читателям, приславшим |
свои |
отзывы |
||
и замечания в издательство «Связь» по адресу: Москва - центр, Чистопрудный бульвар, 2.
Автор
В В Е Д Е Н И Е
Появление первых электроакустических аппа р а т о в — угольного микрофона (Хайес, 1878 г.) и электромагнитного головного телефона '(Белл, 1876 г.) 'положило начало телефонной технике. Эти аппараты с некоторыми усовершенствованиями и в настоящее время используются в микротелефонных трубках теле фонов . Толчком дл я быстрого развития электроакустики, ка к са мостоятельной отрасли техники, послужило открытие радиотеле
фонии (первые |
р а д и о в е щ а т е л ь н ы е передачи из |
К а з а н и — 1 9 2 1 г. и |
Нижегородской |
р а д и о л а б о р а т о р и и — 1922 г.) и |
техники усиления |
и преобразования электрических колебаний электронными л а м п а м и . Используя т а к и е физические явления, ка к электростатическая
и электромагнитная индукции, пьезоэффект, э ф ф е к т |
магнитострик- |
||||
ции, термоионные |
процессы, можно построить приборы, преобра |
||||
з у ю щ и е звуковые |
волны |
в электрические |
колебания и обратно и |
||
с о х р а н я ю щ и е |
при этом с |
большой точностью форму этих колеба |
|||
ний. О д н а к о |
кпд |
такого |
преобразования |
энергии |
звуковых волн |
обычных источников (голос человека, м у з ы к а л ь н ы е инструменты) весьма мал . Поэтому электрический эффект, получающийся на вы
ходе |
такого («точного» преобразователя —• микрофона, невозможно |
|
использовать для передачи или записи без предварительного |
уси |
|
ления . В свою очередь, дл я получения достаточно громкого |
звука |
|
при |
подведении к преобразователю — громкоговорителю электри |
|
ческих колебаний требуется значительная мощность этих |
коле |
|
баний. |
|
|
Широкие возможности, открывшиеся дл я усиления электриче ских колебаний с изобретением электронновакуумных и полупро водниковых приборов, позволили применять совершенные принци пы электроакустического преобразования и р а з р а б о т а т ь пригодные д л я практики микрофоны и громкоговорители. Появление радио вещания, звукового сопровождения кино и развитие граммофонной записи стимулировали поиски инженеров в области создания со вершенных электроакустических аппаратов, д а ю щ и х возможность художественно полноценно передавать, записывать и воспроизво дить музыку и речь.
Т а к |
были созданы конденсаторный микрофон (Вентэ, |
Тренде- |
ленбург, |
Я к о в л е в — 1922—1928 гг.), электродинамический |
ленточ |
ный микрофон (Олсон, Райс - Келлог, Вентэ-Тюрас, Х а р к е в и ч - Л а м а - гин — 1924—1931 гг.) и другие электроакустические аппараты, по лучившие распространение в технике радиовещания, телевидения,
7
