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

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 11.04.2024

Просмотров: 149

Скачиваний: 4

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

•ориентироваться

ослабление звука

(вследствие

экранировки

голо­

вой слушателя)

около уха, повернутого в сторону от источника.

Оба

эти явления,

позволяющие

различать

направления

на ис­

точник,

называются

соответственно

фазовый и

амплитудный

бина-

у р а л ь н ы е эффекты . П р и слушании шумов низких тонов или корот­ ких непериодических звуковых импульсов р е ш а ю щ у ю роль играет

ф а з о в ы й

бинауральный эффект. Б и н а у р а л ь н ы й

э ф ф е к т

позволяет

легче .сосредоточивать свое внимание на нужном нам

источнике

звука при наличии м е ш а ю щ и х источников. Так,

мы легко слышим

•собеседника, д а ж е

когда

рядом идут другие

разговоры

или

име­

ются сильные м е ш а ю щ и е

звуки, — это т а к

н а з ы в а е м ы й

«эффект

шумного

общества»

(Cocktail—party effect).

Подобное

свойство

слуха может быть использовано в технике пеленгования

ш у м я щ и х

•объектов.

 

 

 

 

 

 

 

Возможность различения слухом нужных

нам звуков

на

фоне

м е ш а ю щ и х шумов и определения направления на источник звука являются свойствами слуха, интересными с точки зрения инжене­ ра, специализирующегося в области радиоэлектроники и электро­ акустики. Если бы механизмы и функциональные схемы централь­ ной нервной системы человека, позволяющие выделять звуковой

сигнал

на фоне помех

и определять

направление

на источник (а

в ряде

случаев и расстояние до него), были бы достаточно

хорошо

изучены, это позволило

бы построить

электронные

модели

аппара ­

тов, о б л а д а ю щ и х аналогичными свойствами в отношении электри ­

ческих

сигналов и электромагнитных волн. Процессы, протекаю ­

щ и е в

нервных путях и в коре головного мозга, столь сложны, что

на сегодня им нельзя д а т ь точного объяснения и полностью сыми­ тировать их электрическими схемами. Такого рода задачи стоят перед новой отраслью науки — биофизикой и ее частью — био­ акустикой.

Э л е м е н т а р н а я схема

поступления

р а з д р а ж е н и й

от слухового

н е р в а в кору головного мозга состоит

в

следующем .

Н е р в н ы е

им­

пульсы, в о з б у ж д а е м ы е

в чувствительных

окончаниях

нервных

во­

локон слухового нерва, распространяются по слуховому нерву и

достигают центров слуха в левом

и п р а в о м п о л у ш а р и я х

 

головного

мозга. При этом

к а к

в правое, т а к и в левое

п о л у ш а р и я

поступают

импульсы

от

к а ж д о г о

уха. Н е р в н ы е пути расщепляются

и

перекре­

щиваются

в

области

т а к

называемого в а р а л и е в а моста

и

среднего

мозга. Нейроны

(клетки

нервных

волокон)

с помощью

 

ответвле­

ний

(синапсов),

п р и н а д л е ж а щ и х

р а з н ы м волокнам,

связаны

меж ­

ду

собой. Д л я

того

чтобы прореагировать,

нейрон

д о л ж е н

полу­

чить импульс от соединенных с

ним других

нейронов. П р и

этом

в о з м о ж н ы различные комбинации воздействий и реакций. Так, на­

пример,

нейрон

м о ж е т в о з б у ж д а т ь с я

(передавать р а з д р а ж е н и я

д а л ь ш е

вдоль нервного волокна) под

действием

пришедшего им­

пульса, ил: и, наоборот, тормозиться . Торможение

м о ж е т возникнуть

б л а г о д а р я импульсу, пришедшему через синапс

от другого волок­

на. Нейрон может

т а к ж е оставаться невозбужденным, если к нему

26


приходит импульс только от одной связи, и в о з б у ж д а т ь с я , если к нему одновременно приходят импульсы по двум путям . Такие взаи ­ модействия нейронов позволяют мозгу «разобраться» в последо­ вательности моментов воздействия и разностях интенсивности зву­

ковой

волны

у правого и левого уха. В результате

в

зависимости

от разности

фаз

пришедших звуков и разности их

интенсивности,

в о з б у ж д а ю т с я те или иные группы клеток слуховых

центров

 

мозга .

Экспериментально было установлено, что разность интенсивно­

сти может до некоторой степени заменить разность

ф а з . Так,

если*

например, к левому

уху приходит звук позднее, чем

к

правому,

то

в обычных условиях у левого уха звук слабее из-за

экранировки

головой. Поэтому, д а ж е когда

никакого з а п о з д а н и я

звука

к

лево­

му уху не будет, но мы сумеем искусственно сделать около

левого

уха звук слабее

(например, с л у ш а я

через

головные

телефоны,

ос­

лабим

ток в

одном

из них),

нам

будет

к а з а т ь с я ,

что звук

идет

справа. Это — э ф ф е к т компенсации фазового бинаурального

э ф ­

фекта

амплитудным .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Б л и з к и м

к этому

является

еще

одно

свойство

слуха,

в а ж н о е

д л я действия систем усиления голоса оратора с помощью гром­

коговорителей: э ф ф е к т «предварения»

(или э ф ф е к т

Х а а с а ) . Если

один и тот

ж е звук излучается

д в у м я

источниками,

н а х о д я щ и м и с я

на разном

расстоянии ют л а с , то

мы не

замечаем д а л ь ш і й источник

и нам кажется, что звук приходит

только от одного

источника,,

более близкого. Э ф ф е к т предварения

сохраняется, д а ж е

если д а л ь ­

ний источник создает более громкий

звук.

 

1.14.ВОСПРИЯТИЕ ОКРАСКИ (ТЕМБРА) ЗВУКА

Г.Ом впервые в ы с к а з а л мысль, что простое слуховое ощу­ щение возникает лишь при слушании чисто синусоидального коле­ бания. К а к только форма колебания усложняется, появляются гар ­ моники — т а к возникают впечатления окраски звука или тембра,, как говорят музыканты . Ому удалось установить, что ухо к а к бы анализирует периодический звук по отдельным гармоническим со­

ставляющим, и эти составляющие

в ы з ы в а ю т раздельные ощуще ­

ния. При определенной тренировке

и длительном вслушивании

можно мысленно разделить сложное периодическое колебание и определить, какие гармоники в данном звуке присутствуют. Осо­ бенность слуха воспринимать сложную форму периодических зву­ ков как окраску или тембр широко используется в музыке. Она послужила основой создания многообразных музыкальных инстру­ ментов. Способность различения т е м б р а тесно связана т а к ж е с нашей способностью различать звуки речи. Гельмгольц, осново­ положник резонансной теории слуха, исходил при ее создании из акустического закона Ома, гласящего, что ухо способно разложить - сложный звук на составляющие его простые (синусоидальные) тоны.

27'


 

В

заключение этого п а р а г р а ф а

 

и всей главы

в целом

следуе; Т

д о б а в и т ь ,

что как на восприятие громкости, так и высоты

т е м б р 1 а

з в у к а ,

влияют

в определенной

мере

все три его физические

х а р а к ­

теристики:

интенсивность,

частота

и

'спектральный

состав.

Т а і К ]

из

свойств

слуха, рассмотренных

в п а р а г р а ф а х

1.4—1.9,

следуеі т ]

что

громкость

звука,

определяемая

 

на слух, в первую

очередь, к о ­

 

 

 

 

 

 

 

 

 

нечно,-

зависит

от

его

интенсивнс0 .

интенсивность

 

»-

шВень

громкости

СТИ, НО ОДНОВремеННО

С ЭТИМ И OJT

Частота

d . ^ ' * 4 ^

Высота тона

 

его

частоты и от его

с п е к т р а л ь н о г г о

 

состава.

 

 

 

 

 

 

 

Спектр . —

 

'^^Те.чо'р

(окраска)

 

Эксперименты

показывают

т а і к .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ж е ,

что звуки

высоких

частот

б о л ь ­

Рлс. 1.9. Схема связи между слу­

шой

 

интенсивности

к а ж у т с я

н е с ­

ховыми ющущенлями и физически­

колько

более

НИЗКИМИ

ПО ВЫСОТ6е>

ми свойствами звука:

 

 

чем

звуки

малой интенсивности. Н а ­

ричные

 

основные

связи;

вто­

конец,

разница

в окраске звуков н [ а

влияния

 

 

 

 

низких

и

средних

частотах

о щ у щ % .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ется

очень

отчетливо

д а ж е

при небольших изменениях

с п е к т р а л ь ­

ного

состава,

а дл я звуков

высоких

 

частот те ж е изменения

в с п е к ­

тре меньше меняют эту окраску.

Схема

связи м е ж д у

с л у х о в ы м | и

ощущениями и физическими свойствами может быть

п р е д с т а в л е н ^

так, как это сделано

на рис. 1.9.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


Глава 2

Электромеханические и электроакустические аналогии

2.1.ПРИНЦИП ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ АНАЛОГИЙ

 

 

Существует общность математических уравне ­

ний, которыми

описываются колебания

в механических

системах

и

колебания тока в электрических цепях. Эта общность

ясно вид­

на

на примере

уравнения напряжений,

описывающего

вынужден ­

ные колебания в одиночном линейном электрическом контуре, и

уравнения

сил

д л я линейной

механической колебательной

системы

с одной

степенью свободы. Н а п о м н и м эти уравнения:

 

 

 

— электрическая

цепь

 

 

 

 

 

 

 

 

L

^

r

+

Ri + ~^idt

=

U;

 

 

 

 

[(2.1)

механическая

система

 

 

 

 

 

 

 

т —

+ rv + —

[vdt

=

/.

 

 

 

 

(2.2)

 

 

 

dt

 

с

J

 

 

 

 

 

 

 

С математической точки зрения эти уравнения ничем не отли­

чаются: коэффициенты L , R, С

в (2.1)

(индуктивность,

активное

сопротивление

и емкость) полностью совпадают с

коэффициента ­

ми т, г, с (масса, коэффициент, трения и гибкость)

в

(2.2). Иско­

мая

функция і

совпадает

с

v, а

известная функция

в

правой час­

ти

U — с

функцией

f. Р а з н и ц а

только в

использованных

обозна­

чениях.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Совпадение

математических

описаний

позволяет

р а с с м а т р и в а т ь

в ряде случаев вместо механической системы электрическую. Это удобно потому, что в электротехнике на основании законов Кирх­ гофа и обобщенного на случай переменного тока закона О м а раз ­ вит очень простой и универсальный метод расчета линейных элек­ трических цепей. Вводится понятие полного импеданса или комп­ лексного сопротивления элементов цепи, и расчет сводится к алге­ браическим операциям с комплексными величинами амплитуд то­

ков и

напряжений .

П р а в и л а

расчета сопротивлений электрических

цепей

переменного

тока и

определения

токов и н а п р я ж е н и й

ши­

роко

известны инженерам - электрикам

и электрофизикам и

легко

29