Файл: Римский-Корсаков А.В. Электро-акустика.pdf

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 11.04.2024

Просмотров: 140

Скачиваний: 4

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

звукового кино,

оптической, граммофонной и магнитной записи

звука .

 

З н а ч и т е л ь н у ю

роль в развитии электроакустики, к а к самостоя ­

тельной отрасли техники, сыграло то обстоятельство, что электро­ акустические аппараты и методы электроакустики нашли широкое применение в научном эксперименте, в различных технологических процессах в промышленности, мореплавании и в военной технике.

Вот некоторые примеры. В мореплавании

используется эхолот,,

с помощью которого с к о р а б л я посылается

в воду вертикально

вниз короткий звуковой импульс, измеряется время пробега этого

импульса до дна и возвращения отраженного эха. П о

известной

скорости

распространения звука

в воде и • измеренному

времени

определяется

глубина места.

 

 

 

В шахтах

и на производствах,

где могут

накапливаться вред­

ные или

взрывоопасные газы, применяются

акустические

газоана ­

лизаторы, определяющие наличие газов благодаря тому, что ско­

рость звука

в газах различного

состава различна . В установках

по

обеспыливанию

применяются

мощные источники звуков высо­

ких

частот,

которые

способствуют

интенсивной коагуляции (слипа­

нию) частичек пыли и выпадению их из очищаемого газа. В геоло­ горазведке применяются приборы, создающие звуковые волны низ­

ких частот в

земной коре и у л а в л и в а ю щ и е

их отражение .

П о

этим

о т р а ж е н и я м

м о ж н о судить о

расположении

з а л е г а ю щ и х

на

боль­

шой глубине

слоев различных

пород. Д л я

 

обнаружения

отдельных

взрывов большой силы как в

атмосфере,

т а к

и в

воде

и

под

зем­

лей с л у ж а т

электрические сейсмометры

и

приемники

и н ф р а з в у к а

в воздухе и в воде.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

С помощью приемников д л я прослушивания звука в воде — гид­

рофонов

(пьезоэлектрический

гидрофон был

предложен

Л а н ж е в е -

ном в 1918

г.)

можно

вести

наблюдение

 

за

движением

кораблей

на больших расстояниях по характерному

шуму,

создаваемому в

воде их

механизмами

на ходу. Т а к как

звук в

« а д е

распростра ­

няется

с малым

затуханием,

с п о м о щ ь ю

приборов, аналогичных

радиолокаторам, только использующих

звуковые излучатели и при­

емники, м о ж н о

о б н а р у ж и т ь под водой

различного

рода препят­

ствия (косяки

рыб, айсберги, подводные л о д к и ) .

Р а д и о л о к а т о р

для этих целей совершенно непригоден

из-за сильного поглощения

электромагнитных волн в воде.

 

 

Существует много разновидностей электроакустических преоб ­ разователей, используемых д л я ультразвуковых и вибрационных

технологических процессов,

таких к а к ультразвуковая

пайка,

свар­

ка, резание

металлов и хрупких материалов, очистка

поверхностей,,

стирка, обогащение пород и т. п.

 

 

 

 

 

 

Электроакустические

а п п а р а т ы — микрофоны

и

виброметры —

составляют

основу измерительных

приборов, с л у ж а щ и х

в

произ­

водстве,

на

транспорте

и в

быту д л я контроля шумов

и

вибраций,

вредных

д л я человеческого

организма . Миниатюрные

микрофоны

с усилителями и телефонами (или

вибраторами,

п р и с т а в л я е м ы м и

8


к черепной

кости

человека),

т а к

н а з ы в а е м ы е

слуховые

протезы,

помогают восстановить слух у тугоухих людей.

 

 

 

 

 

 

Кварцевые

пьезоэлектрические

преобразователи — эталоны

ча­

стоты — широко

применяются

д л я

 

стабилизации

частоты

генери­

руемых электрических

колебаний в

 

радиотехнических

устройствах.

Электромеханические

 

фильтры,

в

которых электрические

колеба­

ния преобразуются

в

механические

и, проходя

через механическую

резонансную

систему,

снова преобразуются в электрические,

пред­

с т а в л я ю т

собой

очень

эффективное

устройство

д л я

разделения

близких по частоте

колебаний.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Эти примеры свидетельствуют о том, что развитие и совершен­

ствование

методов

и

аппаратов

д л я

электромеханического

и элек­

троакустического

преобразования

колебаний

послужило

основой

для создания

новой

отрасли

техники — технической акустики,

тес­

но связанной с общим развитием

 

современной

промышленности,

транспорта,

военной

техники,

техники научного

эксперимента.

 

З а м е т и м

в

заключение, что

исследования

в

области

физики

твердого

тела

в

настоящее

время

 

распространились

на

в а ж н у ю

с м е ж н у ю

область — взаимодействие

электрических

и

тепловых

(электронных) колебаний, электромагнитных (световых) волн и весьма высокочастотных (101 0 —10" Г ц ) , н а з ы в а е м ы х часто гипер­ звуковыми, механических колебаний кристаллической решетки в твердых телах .

П о я в и л а с ь область так называемой квантовой акустики. В кван­ товой акустике рассмотрение коллективных колебаний атомов ре­ шетки и электронного газа и взаимодействия их с внешними элек­ тромагнитными полями ведется на основе квантовой теории твер­ дого тела . Одним из результатов этих исследований является соз­ дание электроакустических преобразователей гиперзвуковых ча­ стот и перспектива прямого усиления гиперзвуковых волн в полу­

проводниковых

к р и с т а л л а х

б л а г о д а р я взаимодействию этих

волн

с

электронами

проводимости

в постоянном электрическом

поле.

Эта область получила название акустоэлектроники. В данной

кни­

ге

вопросы

акустоэлектроники

не

рассматриваются, т а к к а к

она

составляет

самостоятельный

раздел

физической акустики.

 



Глава 1

Краткие

сведения

 

по физиологической

акустике

1.1. У С Т Р О Й С Т В О СЛУХОВОГО

О Р Г А Н А

Ч Е Л О В Е К А

 

 

Свойствами

слухового восприятия человека в

основном 'определяются требования к широкому классу электро­ акустических аппаратов: к телефонам, микрофонам, громкогово­

рителям, звукоснимателям

и

рекордерам

механической записи, к

а п п а р а т а м оптической

и магнитной

записи

звука. Естественно, что

и электронная а п п а р а т у р а

трактов

звукоусиления,

трактов радио ­

вещания и звукового сопровождения телевизионных программ

так­

ж е проектируется на

основе

детального

изучения

свойств

слуха

человека. Исследования этих

свойств, н а р я д у с исследованием

ана­

томического строения слухового органа, имеют значительную ис­

торию (более 100 лет) и в

совокупности с исследованиями

свойств

других органов

чувств человека

(в первую очередь зрения)

состав­

л я ю т предмет

науки, часто называемой «экспериментальная пси­

хология» или «психофизиология

восприятия» (слухового,

зритель­

ного и т. п.).

 

 

 

 

 

П о существу, цель этих

исследований — получить

количествен­

ное в ы р а ж е н и е

реакций человека на звуковые, световые и другие

р а з д р а ж и т е л и .

Только на

основе количественных

характеристик

слуха м о ж н о сформулировать такие технические требования, к а к

диапазон частот громкоговорителей, необходимый

д л я

передачи

музыки и речи, диапазон интенсивности звука, который

соответст­

вовал бы звучанию естественных источников (голоса,

м у з ы к а л ь н ы х

инструментов), допустимые уровни интенсивности м е ш а ю щ и х зву­ ков при слушании концертных программ, лекций, телефонных со­ общений.

З н а н и е р я д а

тонких свойств слуха необходимо и

д л я

понима­

ния того,

какие

составляющие звуков речи я в л я ю т с я

информатив ­

ными, к а к и е искажения сигнала,

передаваемого электроакустиче ­

скими т р а к т а м и ,

з а м е т н ы на слух

и

как это связывается

с разбор ­

чивостью

или с

художественностью

передачи.

Наконец,

слуховой

а п п а р а т

человека в целом с его

механизмом

передачи

акустиче­

ских колебаний к нервным окончаниям слухового нерва, функцио­ нальной схемой слухового нерва и слуховых центров мозга пред-

10


с т а в л я е т собой некоторую, весьма совершенную, биологическую распознающую систему. Элементы этой системы могут оказаться полезным прототипом при создании искусственных акустических и

электронноакустических распознающих систем.

 

 

Слуховой орган человека (схематически показан

на рис. 1.1) —

приемник

звуковых р а з д р а ж е н и й — состоит

из трех

частей: внеш­

нее ухо,

среднее

ухо и внутреннее ухо. К внешнему

уху

относится

у ш н а я раковина

и слуховой

проход, з а к а н ч и в а ю щ и й с я у

б а р а б а н ­

ной перепонки.

Среднее ухо

представляет

собой к а н а л ,

располо-

Рис. 1.1. Орган слуха человека:

/ — ушная раковина;

2 — слуховой проход;

3 — молоточек; 4 — наковальня;

5

—стремя;

6 — один из полукружных каналов органа

равновесия;

7 — барабанная перепонка;

8— оваль­

ное окно; 9 — круглое окно;

10 — рейснерова

мембрана; 11 — евстахиева

труба;

12

вестибу­

лярный ход; 13 — основная

(базнлярная)

мембрана;

14 — средняя

часть

спирального хода;

15 — волосковые клеткн;

IS — текториальная мембрана;

17 — кортнев

орган; IS — барабанный

ход; 19 — слуховой нерв

11