ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Звуковое поле в неограниченном пространстве из "Радиовещание и электроакустика " Под звуковым полем понимают пространство упругой среды, обычно воздушной, в которой распространяются звуковые волны (колебания). Природа звуковых волн такова, что при деформации среды в каком-либо элементарном участке в соседних с ним участках возникают последовательные во времени сжатия и разряжения среды. Этот процесс распространяется далее с определенной скоростью так, что в пространстве возникает звуковая волна. В воздушной среде направление распространения волны совпадает с направлением излучения звука такие волны называют продольными. То же явление наблюдается и в жидкостях. В твердотельных упругих средах, кроме продольных волн, образуются и поперечные. [c.17] Диапазон частот акустических колебаний Р, слышимых человеком, простирается примерно от 16. .. 25 Гц до 18. .. 20 кГц в зависимости от индивидуальных особенностей слушателя. С нижней границей звукового диапазона граничит диапазон инфразву-ковых частот, воздействие которых на человека считают вредным, так как они могут вызывать неприятные ощущения с серьезными последствиями. В природе инфразвуковые колебания могут возникать при волнениях в море, колебаниях земной среды и пр. [c.18] Выше звукового диапазона располагается диапазон ультразвуковых механических колебаний. Ультразвук для человека неслышим, но широко используется в радиоэлектронике для создания устройств, служащих для обработки радиотехнических сигналов. например фильтров, линий задержки, преобразователей формы сигналов (в миниатюрном исполнении с использованием принципа поверхностных акустических волн — ПАВ), для лечебных целей в медицине, для совершенствования технологических процессов в промышленности. Механические колебания в упругих средах с диапазоном частот 7 —10 . .. 10 Гц — гиперзвуковые частоты — используют в технике физического эксперимента и др. [c.18] Распределение колебательной энергии в звуковом поле существенно зависит от формы фронта звуковой волны — поверхности с одинаковой фазой звуковых колебаний. Наибольший практический интерес представляют плоская и сферическая волны. [c.19] Поле плоской волны можно представить как пространство перед колеблющимся плоским излучателем звука 1 (рис. 2.2,а), в котором от этого источника в направлении положительных значений л распространяется бегущая волна сжатия и разрежения элементарных объемов среды. Тут фронт волны повторяет плоскую форму излучателя, поток звуковой энергии направлен параллельно оси X, он не рассеивается в стороны и не отклоняется от оси. [c.19] Если пренебречь потерями энергии в среде (что справедливо для не очень больших расстояний от источника излучения), то можно считать, что параметры поля независимо от значения л остаются неизменными. [c.20] Классическим примером поля плоской волны считают колебания жесткого несгибающегося поршня в длинной трубе с неотражающими звук стенами, если диаметр поршня намного меньше длин волн излучаемых колебаний. [c.20] Поле сферической волны формируется при излучении звука точечным источником в неограниченном пространстве. Звуковые волны от такого источника (рис. 2.2,6) распространяются равномерно по всей сфере в трехмерном пространстве X, У, Z в направлении ее радиусов г. Фронт волны, естественно, получается также сферическим. [c.20] Важной особенностью сферического поля, как и вообще полей с расходящимися и сходящимися направлениями распространения звуковых волн, является то, что в них акустическое сопротивление приобретает реактивную составляющую в отличие от поля плоской волны, где акустическое сопротивление является чисто активным. [c.21] Для звуковых полей важно, что благодаря малости звуковых давлений все процессы, сопутствующие распространению звуковых волн, являются линейными. Это позволяет пользоваться при их анализе принципами суперпозиции и взаимности обмена энергии между источниками излучений и их приемниками. [c.21] Особенности строения и свойства слуха человека имеют для радиовещания чрезвычайно большое значение. Они определяют технические требования к системе вещания, ее отдельным трактам и устройствам. Согласование технических средств передачи с субъективными характеристиками восприятия помогает достигнуть нужной информационной достоверности передаваемых сигналов, получить в процессе вещания семантическое и эмоциональное соответствие между первичными и воспринимаемыми звуковыми образами вещательных программ. На основе свойств слуха судят о качестве передачи и воспроизведения программ звукового вещания, строят систему метрики аппаратуры. [c.21] В настоящее время достаточно хорошо изучены области наружного, среднего и внутреннего уха, доводящие звуковые колебания воздушной среды до чувствительных окончаний слуховых волокон нервной системы. В значительно меньшей степени исследованы процессы в самой нервной системе. Известно, что здесь акустический сигнал преобразуется в электрический и в результате сложного взаимодействия в сфере высшей нервной деятельности создается звуковой образ, адекватный реальному. [c.21] Ушная раковина 1 в области наружного уха (рис. 2.3,а) направляет принимаемые акустические колебания в слуховой проход 2, заканчивающийся барабанной перепонкой 3. В слуховом проходе как в звуковом резонаторе, настроенном на частоты, близкие к 3 кГц, происходит примерно трехкратное усиление звукового давления, воздействующего далее на барабанную перепонку 3. Она образует границу с областью среднего уха и соединена здесь с костно-мышечным рычажным механизмом в виде молоточка и наковаленки 5. Мышечная ткань ножки наковаленки опирается на входной элемент внутреннего уха — мембрану овального окна 6 внутреннего уха 7. Рычажная система молоточек-нако-валенка выполняет роль трансформатора колебаний барабанной перепонки, повышая звуковое давление на мембране овального окна для наибольшей отдачи энергии из воздушной среды среднего уха, сообщающейся с внешней средой через носоглотку 8, в область внутреннего уха 7, заполненную несжимаемой жидкостью— лимфой. [c.22] Действие внутреннего уха принято трактовать так. При колебаниях мембраны овального окна в жидкости внутреннего уха возникают упругие колебания, перемещающиеся вдоль основной мембраны от основания улитки к ее вершине. Структура основной мембраны аналогична системе резонаторов с резонансными частотами, локализованными по длине. Участки мембраны, расположенные у основания улитки, резонируют на высокочастотные составляющие звуковых колебаний, заставляя их колебаться, средние реагируют на среднечастотные, а участки, расположенные вблизи вершины, — на низкие частоты. Высокочастотные компоненты в лимфе быстро затухают и на удаленные от начала участки мембраны не воздействуют. [c.23] Резонансные явления, локализуемые на поверхности мембраны в виде рельефа, как это схематически показано на рис. 2.3,г, возбуждают нервные волосковые клетки, расположенные на основной мембране в несколько слоев, образующих орган Корти. Каждая из таких клеток имеет до ста волосковых окончаний. С наружной стороны мембраны располагается три-пять слоев таких клеток, а под ними находится внутренний ряд, так что общее число волосковых клеток, взаимодействующих между собой послойно при деформациях мембраны составляет около 25 тыс. Результатом этого сложного процесса является преобразование входного сигнала в электрическую форму, и после этого с помощью слуховых нервов выполняегся его передача к слуховым областям мозга, где и формируется окончательная реакция на звуковое воздействие. [c.23] Представление об уровнях громкости реальных источников дают данные табл. 2.1. [c.26] Порог различимости по частоте. Измерение этого порога обычно сводится к оценке минимально воспринимаемой девиации АР н частоты тона Р при его модуляции тоном. При этом порогу различимости по частоте соответствует минимальное значение 2А/ мпн, замечаемое слухом. Значение этого порога зависит от частоты модуляции, частоты Р и уровня Ка сигнала испытательного тона. Заметим, что чувствительность слуха к изменениям Р максимальна при частоте модуляции 4 Гц для этого случая минимально ощущаемая девиация частоты при уровне звукового давления 70 дБ лежит в пределах 1,5, .. 50 Гц в зависимости от выбранного значения частоты испытательного тона. [c.27] Влияние уровня N3 в децибелах и частоты Р в герцах измерительного тона на значение А/ мпн показано на рис. 2.4,6 и в. Частота модуляции тона 4 Гц. Заметим, что порог А/ мип (рис. 2.4,6) зависит от уровня звукового давления тона лишь тогда, когда последний не слишком сильно отличается от абсолютного порога слышимости. В области частот ниже 500 Гц (рис. 2.4,е) порог девиации А н=1,8 Гц, а на частотах Р 500 Гц он возрастает пропорционально частоте и равен А/ мин 0,035 , где Р — частота измерительного тона. На частотах ниже 500 Гц АР ии почти не зависит от частоты модулирующего тона. [c.27] Вернуться к основной статье