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.