Реферат: Радиовещание и электроакустика

Министерство Образования РеспубликиКазахстан

Алматинский Институт Энергетики иСвязи

Кафедра РТ

Конспектлекций

 подисциплине «Радиовещание и электроакустика»

Выполнил: ___________________

___________________

Принял: ____________________

Алматы 1999


Содержание

1. Микрофоны… 3

2. Громкоговорители… 5

3. Волновая и статистическая теорияакустических процессов помещения… 7


1.Микрофоны

Микрофоны как преобразователиакустических колебаний в электрические сигналы выполняют роль входных элементовв лю­бых радиовещательных системах и бытовых радиовещательных комплексах,установках озвучения и звукоусиления. Особенно вы­сокие требованияпредъявляются к микрофонам при передаче и записи художественных программ.Преобразование звука в элек­трический сигнал должно производиться с высокойинформацион­ной точностью, и технические требования к микрофонам очень высоки.Требуется обеспечить высокую разборчивость и узнавае­мость речевого сигнала,избежать появления различных искаже­ний и помех в пределах динамическихдиапазонов, достигающих при музыкальных программах 90… 100 дБ в частотнойполосе до 15 кГц и более. Кроме того, нужно удовлетворять и эстетическимтребованиям зрителей. Микрофон является связующим звеном между исполнителями иаппаратным комплексом радиовещатель­ной системы. При создании звуковой партиителевизионных про­грамм (например, эстрадных) он часто попадает в кадр изобра­жения.Это обстоятельство вызывает необходимость соответствия его конструкциисовременному дизайну.

Вещательные микрофоны стараются сделать обтекаемой фор­мы ималых размеров. Микрофон, помещенный в звуковое поле, нарушает его однородностьиз-за отражения звуковой волны от внешних поверхностей корпуса. Обтекаемаяформа снижает от­ражения до минимума, позволяя на низких частотах звуковогодиапазона, где длина волны намного больше размера микрофона, ими пренебрегать,а при сравнимых размерах их учитывать. Ма­лые размеры микрофона позволяютсчитать его системой с сосре­доточенными параметрами.

Свойства микрофонов описываются многими техническимипараметрами, основными из которых являются следующие:

1. Чувствительность—отношение напряжения U в вольтах на выходе микрофона кзвуковому давлению рзв в паскалях, воздей­ствующему на еговходной элемент:

/>.

Чувствительность различна для ненагруженного микрофона врежиме холостого хода (если нагрузочное сопротивление не под­ключено иизмеряется ЭДС на выходе микрофона) и нагружен­ного на номинальное активноесопротивление Rном (обычно 250...1000 Ом). Приопределении чувствительности и других параметров микрофонов оговариваются иусловия измерения. Обычно исполь­зуется методика измерения в «свободном»звуковом поле. Звуко­вое давление в определенной точке поля измеряется спомощью специального измерительного микрофона очень малых размеров. Далее в этуточку поля вместо измерительного микрофона поме­щают рабочий и измеряют еговыходное напряжение относительно звукового давления, которое было измерено вего отсутствии. Оговаривается и частота, на которой определяется чувствитель­ность(обычно 1000 Гц).

Чувствительность зависит и от того,под каким углом она из­меряется по отношению к акустической оси микрофона. Дляуточ­нения вводят термин «осевая чувствительность» Ем.ос,поясняющий, что она измерена в направлении акустической (рабочей) оси.

Чувствительность выражают в видеуровня в децибелах отно­сительно ее условной величины — 1 В/Па.

Пользуются представлением осевойчувствительности в виде ее стандартного уровня. Стандартным уровнем осевойчувствитель­ности nо.м называется выраженное в децибелахотношение мощ­ности Р, развиваемой микрофоном на номинальной нагрузке Rном(при действующем на микрофон звуковомдавлении рзв=1 Па), к мощности 1 мВт:

/>

где и—напряжение на нагрузке,численно равное чувствитель­ности микрофона при рзв ==1 Па.

2. Направленность и характеристика направленности, вы­раженнаячерез отношение чувствительности микрофона, изме­ряемой под различными угламиоси симметрии микрофона относи­тельно нулевой координаты азимутальнойплоскости. Характерис­тики (или диаграммы) направленности симметричныотносительно акустической оси микрофона, однако могут иметь различную форму приразличных частотах. Поэтому свойства направленно­сти характеризуются семействомдиаграмм, построенных для ряда выбранных частот.

Направленный микрофон может обладать определенной чув­ствительностьюне только с фронтальной стороны, обращенной к источнику звука, но и с обратной.Этот фактор учитывается от­дельным параметром «фронт-тыл», измеряемым путемповорота микрофона по отношению к направлению на источник звука на 180° исравнения чувствительности при таком положении относи­тельно прямого положения.

3. Частотная характеристика—это зависимость осевой чувст­вительностиили ее уровня от частоты. Ее отклонения от горизон­тальной линии в номинальномдиапазоне для данного типа мик­рофона определяют частотные искажения. Самноминальный час­тотный диапазон определяют по допустимым спадам чувствитель­ностив области нижних и верхних частот.

4. Уровень собственного шума микрофона, выраженный обыч­ночерез уровень эквивалентного ему звукового давления рш, от­несенныйк значению порогового восприятия po=2×10-5 Па.

При детальном анализе микрофонов или же их отдельных эле­ментовприведенные основные параметры могут быть дополнены другими, обычноудовлетворяющими требованиям (коэффициент нелинейных искажений, динамическийдиапазон и пр.).

2. Громкоговорители

Согласно принятому определению, подгромкоговорителями понимаются пассивные электроакустические преобразователи,предназначенные для излучения звука в окружающее пространст­во. По способамизлучения громкоговорители подразделяются на диффузорные — непосредственногоизлучения колеблющейся диа­фрагмой с гибкой подвеской и на рупорные — излученияс по­мощью жесткого рупора. Конструктивно каждый из громкогово­рителейпредставляет собой совокупность двух независимых уз­лов — головки иакустического оформления, согласованных по акустическим свойствам. Головкагромкоговорителя — это собст­венно преобразователь сигналов звуковой частоты изэлектриче­ской формы в акустическую — содержит все необходимые для этогоконструктивные элементы, определяемые способом электро­акустическогопреобразования. Акустическое оформление являет­ся элементом громкоговорителя,не участвующим в процессе ука­занного преобразования; оно лишь обеспечиваетэффективное излучение звука в пространстве с помощью различного вида акусти­ческихэкранов, ящиков, рупоров в разных вариантах построения. Основой дляконструирования диффузорных громкоговорителей являются серийно выпускаемыеспециализированными предприяти­ями головки с различными электрическими иконструктивными па­раметрами, а сам громкоговоритель в зависимости отзадаваемого класса качества комплектуется одной или несколькими головка­ми, всумме дополняющими друг друга по акустическим свойст­вам. При разработкегромкоговорителей часто налагается условие совмещения его с другим устройством:радиоприемником, магни­тофоном, телевизором, абонентским устройством проводноговеща­ния и пр. В этих случаях головки располагают в общих корпусах игромкоговорители называют встроенными. Если же громкого­ворители создаются вотдельных корпусах как независимые уст­ройства, то их называют выносными. К нимпринадлежат, напри­мер, звуковые колонки для стереофонического воспроизведения,бытовые электроакустические системы повышенного качества зву­чания и пр.

/> 

/> <td/>

Рис. 2.2. Головка диффузорного громкоговорителя

  />

Свойства громкоговорителей и отдельноих головок (без аку­стического оформления) принято оценивать многими параметра­мии характеристиками, оговоренными ГОСТ 16122—78 и др. Из многочисленного перечнявыделим лишь основные.

Характеристика направленности —зависимость звукового дав­ления, развиваемого громкоговорителем (и головкой) начастоте F или в полосе /> частот со средней частотой Fcp в точке сво­бодного поля, находящейся на определенном расстоянии от рабо­чегоцентра, от угла между рабочей осью громкоговорителя (го­ловки) и направлениемна указанную точку.

Частотная характеристика звуковогодавления (или просто ча­стотная характеристика)—зависимость от частотызвукового дав­ления, развиваемого громкоговорителем в точке свободного поля,находящейся на определенном расстоянии от рабочего центра излучателя, припостоянном напряжении на зажимах громкогово­рителя.

Номинальная мощность —максимальная мощность электриче­ского сигнала, подводимого к громкоговорителю,ограничиваемая нелинейными искажениями, устанавливаемыми для данного гром­коговорителя,при которой обеспечиваются его механическая и тепловая прочность.

Акустическая мощность —усредненная (во времени) мощность излучаемого громкоговорителем сигнала начастоте F (или в по­лосе частот со средней частотой Fcp).

Характеристическаячувствительность — отношение среднего звукового давления, создаваемогогромкоговорителем в номиналь­ном диапазоне частот на расстоянии 1 м от рабочегоцентра на ра­бочей оси, к корню квадратному от подводимой мощности.

Основными опорнымигеометрическими параметрами громкого­ворителей являются: геометрическийцентр—точка, от которой ведется отсчет расстояний от громкоговорителя; рабочаяось—прямая, проходящая через центр громкоговорителя в направле­ниипреимущественного использования или же перпендикулярная плоскости излучающегоотверстия.

3. Волновая истатистическая теория акустических процессов помещения

Студия представляет собой замкнутыйвоздушный объем. Яв­ляясь колебательной системой с распределенными параметрами,он существенно влияет на временную структуру сигнала источни­ка звука, ощутимоизменяя окраску звучания. Известно, что речь звучит различно в большом пустомпомещении и в жилой комнате. Звучание оркестра на открытом воздухе гораздобеднее в тембральном отношении, чем в помещении с хорошими акустическимисвойствами.

Воздух, заполняющий помещение, имеетопределенную упру­гость и массу, оказывает сопротивление распространяющейся внем звуковой волне. С позиции волновой теории воздушный объ­ем закрытогопомещения рассматривается как сложная многоре­зонансная колебательная система сраспределенными параметра­ми. При воздействии сигнала, излучаемого источникомзвука, в воздушном объеме помещения возбуждаются собственные колеба­ния. Спектрсобственных частот достаточно просто рассчитать лишь для помещений простыхгеометрических форм. Например, для помещений прямоугольной формы (с идеальножесткими от­ражающими поверхностями) длиной l, шириной b и высотой hсоб­ственные частоты

/>,

где g, q, r целые числа, каждой тройке их соответствует одна изсобственных частот помещения. Заметим, что значения g, q, r оп­ределяютчисло стоячих волн, возникающих в помещении в на­правлениях l, b и h.

В помещениях малого объема (/>, где />—длинаволны воз­буждающего колебания) спектр собственных частот имеет дискретнуюструктуру (рис. 3.1, а, где цифрами сверху здесь показа­ны повторяющиесячастоты). Вследствие этого отдельные частот­ные составляющие спектравозбуждающего колебания усиливают­ся (подчеркиваются), что сопровождаетсяискажением тембра звучания. Частоте 85 Гц соответствуют тройки чисел g, q и г, со­ответственно равные 4, 1, 5;5, 0, 0; 0, 3, 0 и 0, 0, 2. Как видно из рис. 3.1, а, лишь в области нижнихчастот (даже для помещений такого небольшого объема) можно говорить одискретной струк­туре спектра собственных частот. С повышением частоты этотспектр уплотняется. Важной характеристикой звукового поля ма­лых помещенийявляется плотность спектра собственных частот— число /> в наперед заданном частотноминтервале />(рис. 3.1,6):

/>

рде Fo—средняя частота выделенногочастотного интервала />;

сзв— скорость звука. Есливыполняется условие />,   то плотность спектра собственныхчастот помещения настолько вы­сока, что частота возбуждающего колебанияпрактически не отли­чается от частоты собственного колебания. Поэтому усиленияот­дельных компонент спектра сигнала за счет резонансов воздуш­ного объема помещенияне происходит.

/>

Рис. 3.1. Спектр собственных частот (а) и гистограмма распределения ихчисла (б) при l=10 м, b=6 м, h==4 м

Система с распределенными параметрами обладает конечны­мизначениями добротности. Поэтому собственное колебание (или их совокупность),являясь откликом помещения на возбуждение, не может затухнуть мгновенно. Отклик(отзвук) проявляется на любой частоте возбуждающего колебания. Более того, какэто следует из волновой теории акустики помещений, процессу зату­хания отзвукасвойственны флуктуации, обусловленные интерфе­ренционными явлениями. Инымисловами, каждый элемент (от­резок) временной структуры сигнала возбуждаетпостепенно за­тухающий отзвук. Совокупность отзвуков образует своего родазвуковой фон, на котором слушатель должен воспринимать все но­вые и новыеэлементы быстро изменяющейся временной структу­ры сигнала. Этот фон, являясьмногократным повторением каж­дого отрезка сигнала, увеличивает время егослухового восприя­тия и характеризует собственно помещение, где происходитисполнение программы. Оба фактора—структура спектра собст­венных частот ибыстрота затухания отзвука помещения — по-раз­ному влияют на слуховоевосприятие.

В тех случаях, когда объем помещения достаточно велик (/>, а это условие обычно выполняется на практике) и можноне считаться с дискретностью спектра собственных частот, к анализу временнойструктуры звукового поля можно подойти с позиций геометрической акустики. Полев каждой точке помеще­ния можно рассматривать как результат интерференциипрямой звуковой волны, поступающей от исполнителя по кратчайшему пу­ти (прямойзвук), и значительного числа отраженных звуковых волн (отзвуков), претерпевшихразное число отражений от по­верхностей помещения. Совокупность этих отраженныхзвуков об­разует реверберационный процесс студии, существенно изменяю­щийокраску звучания.

еще рефераты
Еще работы по радиоэлектронике