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

или д л я процессов

обработки различных твердых материалов,

д л я

очистки жидкостей

и газов и т. п. В

зависимости

от х а р а к т е р а

этих

процессов

применяется аппаратура,

р а б о т а ю щ а я

в инфразвуковом,

звуковом

и ультразвуковом д и а п а з о

н а х .

5. И з м е р и т е л ь н а я и контрольная

электроакустическая аппара ­

тальной технике в л а б о р а т о р и и

и д л я

контроля на

производстве,

транспорте, в оборонной технике

и т.

п. Н а з н а ч е н и е

этих прибо­

ря, гидролокации и шумопелеигования т а к ж е представляет

собой

специфическую группу электроакустических устройств.

Б л и з к о к

ним примыкают сейсмоакустические приборы и геофоны,

с л у ж а щ и е

д л я сейсморазведки, предупреждения обрушений в горных

выра ­

ботках и для наблюдения за землетрясениями .

Технические характеристики, которыми пользуются д л я оцен­

ки соответствия данного прибора его

назначению, и требования к

этим

х а р а к т е р и с т и к а м различны д л я

к а ж д о й из

шести перечислен­

ных

выше групп приборов . О д н а к о в

основном

д л я к а ж д о г о аппа­

рата

они сводятся к следующим:

Д и а п а з о н о м рабочих

частот

а п п а р а т а н а з ы в а ю т область частот

колебаний,

в пределах

которой

остальные его характеристики не

выходят з а

установленные допуски.

.Динамический диапазон а п п а р а т а

определяет

разность

уровней

в д Б м е ж д у минимальным и максимальным по

амплитуде (или

эффективному значению) сигналами,

в пределах

которой

а п п а р а т

максимальный

допустимый д л я данного излучателя электрический

сигнал на его

входе. Допустимость

той или иной амплитуды сиг­

н а л а может определяться либо по

нагреву аппарата, либо

по ме­

ханической прочности его, либо по

и с к а ж е н и я м сигнала, в

зави­

симости от принятых условий.

акустических аппаратов - приемников используется

чувствитель­

ность по напряжению, т. е. отношение электрического

н а п р я ж е н и я

на выходе приемника к действующему на него звуковому

давле ­

нию. При этом оговаривается, естественно, р е ж и м на

электриче­

ской стороне преобразователя

(холостой ход или нагрузка на за­

данное сопротивление). Кром е

того, если используется

чувстви­

ческое сопротивление самого приемника. Б у д е м

н а з ы в а т ь

чувст­

вительностью приемника (микрофона,

гидрофона)

величину:

£ П р =

{ит1Рт)г-т

, в / И м " 2 ,

(4.1)

т. е. отношение амплитуды н а п р я ж е н и я (Um)

на

з а ж и м а х

прием­

ника

к

амплитуде

звукового

давлени я

(рт),

действующего

в точке

поля,

в

которую

помещается

приемник, при разомкнутых з а ж и м а х

приемника

(сопротивление

нагрузки

z H = o o ) .

Чувствительность

приемника

иногда

в ы р а ж а ю т

т а к ж е в

децибелах

по отношению к

чувствительности

в

1 В/дин

с м - 2 ;

Е п р Ы Щ

= 2 0 1 g £ n p _ 2 0 .

(4.1а)

зависимость называется частотной характеристикой

чувствитель­

ности приемника

(микрофона, гидрофона) и

обычно

представляет ­

ся в виде г р а ф и к а

.Япр [дБ] Ш> причем ш к а л а

частот

т а к ж е берется

построен

график

величины і[£пр[Д Б] (f)—£Пр[ДБіі/о)],

т. е. разность

уровней чувствительности на частоте if и

уровня

чувствительности

при некоторой стандартной частоте f0

(для

радиовещательных

мик,-

рофонов, например, в качестве такой частоты выбирают 1000

Гц)..

ПОЛЬЗУЮТСЯ

Т а к ж е раЗНОСТЬЮ £ п р[дБ]

('/) —£пр[дБ]ср,

ГДЄ £щ>[;дБ]№ —

средний

уровень

чувствительности

в

рабочем

диапазоне частот

/ с в — п о д с ч и т ы в а е м ы й по площади,

ограничиваемой

характеристи ­

кой Ещ, [SBj(f)

и осью частот в рабочем

диапазоне, к а к показано на,

рис. 4.1. М а к с и м

а л ь н о й

неравномерностью чувствительности

в ра­

бочем

д и а п а з о н е

частот

н а з ы в а ю т

наибольшие отклонения

(в д Б )

(А + )

И (Д—) ВеЛИЧИНЫ

£ щ > [ д Б ] Ш

ОТ £ п р [ д Б ] ср.

Чувствительностью излучателя

н а з ы в а ю т отношение звукового

ленном

направлении

на

некотором

условленном

•расстоянии г0 от излуча­

теля,

к

амплитуде тока

гт,

питающего

излуча­

тель:

Ея = РтІіт\Го,

Н/м2 /а. (4.2)

Так

как

п о т р е б л я е м а я

из­

лучателем

мощность про­

порциональна

его

элек-

тр и ч еско'м у

ш п р о т ивл е-

нию

(zIT)

при

неизменной

Рис. 4.1. Определение среднего уровня

чув­

чувствительности,

то

д л я

ствительности

электроакустического

аппа­

•суждения

об

эффективно ­

рата (£ср) и

максимальных значений не­

сти .излучателя необходи­

равномерности (±Диа>) УРОВНЯ ЧуВСТВИ-

мо характеристику

Еа

до­

ТеЛЬНОСТИ

полнить

еще

и величиной

вого д а в л е н и я к корню квадратному из

потребляемой

к а ж у щ е й с я

электрической мощности Еи=рт/(і2т\ги\)и2-

Т а к а я характеристи ­

ка

учитывает величину

электрического сопротивления

излучателя

и лучше характеризует

его эффективность.

Точно т а к ж е ,

к а к

и д л я

акустических приемников, величина

чувствительности

излучателей

зависит от частоты и

представляет ­

ся в виде графика частотной

характеристики чувствительности

или

в виде г р а ф и к а неравномерности этой чувствительности

по

часто­

те.

П р и использовании ф-лы

(4.2)

д л я

определения

величины

Ex(f)

следует и величину (za)

представлять в виде

графика

к а к

функцию частоты. Зависимость

Еп

и Еа

от частоты

характеризует

в а ж н е й ш и й вид линейных искажений сигнала, создаваемых

аппа­

ратом, — амплитудно-частотных

искажений .

Вторым видом

линейных

искажений

а п п а р а т а я в л я ю т с я

фазо -

жений

производная

по частоте

ду/Щ

от разности

ф а з ср

м е ж д у

входным и выходным

сигналами

на преобразователе

д о л ж н а

быть

постоянной: дср/д/ = const. Если

dy/df

зависит от частоты,

появля ­

ются ф а з о в ы е

(фазо-частотные)

искажения . В ряде случаев этот

вид искажений не играет существенной роли при передаче

сигнала

{например, в

радиовещании)

и,

кроме того, с улучшением

ампли­

тудных

характеристик Еа и

Еи,

к а к

правило, уменьшаются

и фа -

отсутствии такой точной линейной зависимости в выходном

сигна­

ле

появляются составляющие

с частотами,

которых нет в

сигнале

на

входе. Существенно знать,

в какой мере

они и с к а ж а ю т

сигнал

характеристик

следующие:

— коэффициент гармоник — отношение эффективного

значе­

ния гармоник,

о б р а з у ю щ и х с я

при преобразовании

синусоидально­

го сигнала, к эффектпвно-

3 = з cosfyt+p)

му значению

составляю -

2

т

щей

основной

частоты

этого

сигнала;

—

коэффициент

нели­

S,=Smcos(iit

нейных

искажений

— от­

ношение

эф фекти В'НОГО

значения всех

'Продуктов

нелинейных

искажений к

э ф ф екти вн о'М у

з н а ч е ни ю

г)

составляющей

основной

Sff[Sm№((tit+!P)] частоты

сигнала;

Г/1

—

коэффициент

вза­

имной

модуляции

— ко­

'

SfSmcoscut

эффициент

модуляции си­

нусоидального

сигнала

(У/

с

более

высокой

частоты,

вызываемой

сигналом бо­

Рис. "!•.-. Искажения синусоидального сигнала

лее

низкой

частоты, при

ма фазовой

диаграмме:

одновременной

передаче

а — отсутствие амшштудно- и

фазо-частотных

ЭТИХ

ДВУХ СИГНЭЛОВ

через

искажений;

б—фазо-частотаые

искажения;

э л е к т 0 0

а

К У С

т и ч е С К И Й

ап-

в —нелинейные искажения; г —суммарные фа-

алі - ліринку^іичс^лии <ш_

зо-частот.иые и нелинейные искажения

парат;

—

коэффициент

д и ф ­

ференциальных

искажений

—

отношение амплитуды

разностного

частоте и одинаковых по амплитуде сигналов, одновременно

пере­

д а в а е м ы х электроакустическим аппаратом .

В электроакустическом аппарате, не создающем запаздывания-

по

фазе и нелинейных искажений,

зависимость м е ж д у мгновенны­

ми

значениями величины, действующей на входе

и получаемой на

выходе, может быть и з о б р а ж е н а

в виде прямой

(рис. 4.2а)..

Если

соидального

н а п р я ж е н и я

зависимость м е ж д у

величинами

входа и

выхода

изобразится

эллипсом

(рис. 4.26). При наличии

только

нелинейных

искажений

эта ж е

зависимость

изобразится

кривой

линией

(рис.

4.2в). Ч е м

сильнее

отличается эта

характеристика от

прямой, тем

больше

нелинейные

искажения . П р и

наличии

фазовых

тую кривую сложного вида •— в «искаженный

эллипс» (рис. 4.2г).

Коэффициенты

гармоник

разностных тонов

и

взаимной моду­

ляции связаны м е ж д у

собой

видом

нелинейной

характеристики .

Эту связь проще всего

проиллюстрировать д л я случая отсутствия

фазовых искажений, т. е. для

аппарата с нелинейной характеристи­

кой, изображенной

на рис. 4.2в.

В

реальном

приемнике характе ­

ристика

0 = Ф(р)

л и ш ь

слегка

отличается от

прямой линии. Е е

можно

достаточно

точно представить

многочленом,

ограничившись

при

этом третьей

степенью:

U = ар +. bp2

+

ср3.

(4.3)

Если

амплитуды

рт

очень малы, то Um=apm

и а — Еп — чувстви­

увеличения

амплитуды д а в л е н и я начинают

играть

роль члены

bp2

и ср3.

Д л я н а х о ж д е н и я коэффициента

гармоник подставим в

(4.3)

р = рт

cos

at

и воспользуемся

ф о р м у л а м и перехода от степеней

три­

гонометрических

функций

к

функциям

кратных дуг:

U =

арт

cos со t + bp2m

cos2

со t +

ср^

cos3 at

=

=

U0

+

Umi

cos со t +

и т

2 cos 2 со t + Um3

cos

3at,

^

i

=

flPm

+

3 < / 4 ,

U0

= Um2

=

bp2j2,

Um3

= cp*n/4.

К = (U2m2 + и2т1У'2

!Uml = рт

(4Ь2 +

ср2тУ12 I (4а +

3 срЦ

(4.4)

П о д с т а в л я я таким

ж е образом

p = pmi

cos®it+pm2

cos a^t

в (4.3),

туды колебаний

с

комбинационными частотами CU2±COI, CU2±2COI,

й)і±2й>2.'

Umx

= apml

+

2,cpllXl4,

(4.5)

Umi

= apmi

+

3 c / W 4 ,

(4,6)

U m k l

= bpml

pmi,

(co2 + сої),

(4.7)

Umk2=3cpllPm2l4,

(a* ± 2

<D0, .

(4-8)

Umk,

= 3

cPmi Р У 4 ,

(«* +

2 он).

(4.9)

С помощью

(4.7)

и

(4.5),

положив Рт\ — Рт2, найдем

коэффициент

дифференциальных

искажений: .

кл =

4Рт1Ь/(4а

+ Зср2т1),

(4.10)