Контрольная по акустике. Аккустика-1. Громкоговорителя, если собственная частота системы 35 Гц, а частота электрических колебаний, подводимых к звуковой катушке 835 Гц Чем управляются колебания подвижной системы
 Скачать 175.5 Kb.
|
|
Задание №1 Какие колебания называются вынужденными? Поясните закон Ома для вынужденных механических колебаний. Какие колебания и с какой частотой совершает подвижная система громкоговорителя, если собственная частота системы 35 Гц, а частота электрических колебаний, подводимых к звуковой катушке 835 Гц? Чем управляются колебания подвижной системы? Вынужденными колебаниями называют такие колебания, которые возникают в системе при действии на нее внешней вынуждающей периодически изменяющейся силы, называемой вынуждающей. Характер (зависимость от времени) вынуждающей силы может быть различным. Это может сила, меняющаяся по гармоническому закону. Например, звуковая волна, источником которой является камертон, попадает на барабанную перепонку или мембрану микрофона. На перепонку начинает действовать гармонически меняющаяся сила давления воздуха. Вынуждающая сила может носить характер толчков или коротких импульсов. Например, взрослый раскачивает ребенка на качелях, периодически толкая их в тот момент, когда качели приходят в одно из крайних положений. Закон Ома для вынужденных механических колебаний гласит, что амплитуда колебаний тела, подвергающегося внешней периодической силе, пропорциональна амплитуде данной силы и обратно пропорциональна жесткости системы и диссипации энергии в системе. Таким образом, закон Ома для вынужденных механических колебаний показывает взаимосвязь между амплитудой колебаний и параметрами системы, подвергающейся внешней периодической силе. С такой частотой, которая подведена к катушке - 835 Гц. Собственная частота системы 35 Гц роли не играет. Колебания подвижной системы управляются подаваемым напряжением (током) на катушку, заставляет ее совершать колебания в пределах магнитного поля. Катушка заставляет колебаться диффузор с частотой подаваемого напряжения (тока) и создает разряженные волны. Задание №2 Рассмотрите возникновение звуковых волн. Что такое звуковое давление? Какую величину имеет звуковое давление на пороге слышимости при частоте 1000 Гц? Звуковые волны возникают при колебаниях материальных объектов, которые передаются через среду в виде механических волн. Колебания могут быть вызваны различными физическими процессами, такими как вибрация звукового источника, турбулентность потока газа или жидкости, деформации твердых тел, электрические разряды в газах и другие. При колебаниях звукового источника (например, при вибрации струны музыкального инструмента) вокруг источника возникает акустическое поле, которое распространяется в виде механических волн. Эти волны передаются через среду (воздух, вода, твердое тело и т.д.) и вызывают колебания частиц этой среды. В результате частицы среды начинают двигаться вокруг своих равновесных положений, создавая звуковую волну. Скорость распространения звука зависит от свойств среды, в которой он распространяется. Воздух является наиболее распространенной средой для звука, и скорость звука в воздухе составляет около 330 метров в секунду при комнатной температуре (24 градуса). Когда звуковая волна достигает уха человека, она вызывает колебания барабанной перепонки, что приводит к формированию нервных импульсов и передаче информации в мозг, где происходит распознавание звука. Давление, которое возникает при деформациях сжатия и разрешения, вызванных действием акустических волн, называют акустическим давлением, обозначаемым буквой P паскаль (Па). Уровень звука, соответствующий порогу слышимости на частоте 1000 Гц, равен 0 дБ. (рис. 1.)  Рис.1 Задание №3 Объясните способность слуха к суммарной локализации источников звука. Как осуществляется стереофоническое звуковоспроизведение? Какое минимальное число каналов обеспечивает стереофонический эффект? Назовите область применения такой системы. Способность слуха к суммарной локализации источников звука связана с тем, что у нас есть два органа слуха (уши), расположенных на разных сторонах головы. Когда звук доходит до нас, он достигает барабанной перепонки в разное время и с разной интенсивностью. Мозг использует эту информацию, чтобы определить, откуда идет звук. При суммарной локализации мозг комбинирует информацию из обоих ушей, чтобы определить точное местоположение источника звука. Это происходит за счет сравнения времени задержки звука между левой и правой перепонкой и анализа изменений в частоте и интенсивности звука. Кроме того, мы также используем информацию о том, где в данный момент находится наша голова и органы слуха, чтобы определить, как звук отражается и преломляется при прохождении через них. Это помогает нам определить направление, откуда идет звук. В результате на слух можно точно определить местоположение источника звука в пространстве, что позволяет нам ориентироваться в окружающей среде и реагировать на звуковые сигналы. Наличие двух слуховых каналов обеспечивает человеку возможность воспринимать пространственный звуковой мир и оценивать перемещение звуковых сигналов в пространстве. Информация, которая поступает на оба слуховых канала, обрабатывается в периферической части слуховой системы (подвергается спектрально-временному анализу) и затем передается в высшие отделы головного мозга, где путем сравнения этой информации из двух разных каналов формируется единый пространственный слуховой образ. Восприятие через два приемника информации, иначе называемое бинауральным слухом, дает человеку огромные преимущества, основные из которых следующие: -локализация сигналов как от одиночных, так и от множественных источников, что позволяет формировать пространственную перспективу и оценивать пространственное звуковое поле (например, в помещении). -разделение сигналов, приходящих от различных звуковых источников из различных точек пространства. -выделение сигналов выбранного звукового источника на фоне других звуковых сигналов, например выделение прямого звука на фоне реверберирующих сигналов в помещении, выделение речи на фоне шумов и т.д. Анализ бинауральных слуховых эффектов представляет особый научный интерес, в частности для изучения функционирования и спецификации полушарий головного мозга, а также громадный практический интерес в связи с развитием и промышленным внедрением бинауральных технологий для создания систем пространственной звукозаписи и звуковоспроизведения (стереофонические системы, пространственные системы типа Dolby Digital и др.), для синтеза трехмерных виртуальных звуковых полей (технология 3D-Sound,техника натурализации, создание адаптивных процессоров и др.), для развития новых методов метрологии и оценки звуковой аппаратуры. Стереофоническое звуковоспроизведение — это когда запись музыкального произведения и последующее воспроизведение его происходит с помощью двухканальной аппаратуры. На такой способ, придающий звуку объемность, и рассчитаны стереофонические грампластинки, завоевывающие у любителей музыки все большую популярность. При таком способе звукозаписи перед симфоническим или эстрадным оркестром устанавливают на некотором расстоянии два микрофона (или две группы микрофонов), каждый из которых соединен со своим усилителем звукозаписывающей аппаратуры. Тот из микрофонов, что находится слева (если на оркестр смотреть спереди), принято называть микрофоном левого канала, а правый — микрофоном правого канала звукозаписи. Воспроизведение стереофонической грамзаписи осуществляется с помощью стереофонического звукоснимателя, и двух усилителей звуковой частоты с самостоятельными громкоговорителями, расположенными перед слушателем на некотором расстоянии один от другого. Левый (от слушателя) громкоговоритель — громкоговоритель левого канала звуковоспроизведения. Музыкальные инструменты или солисты, являющиеся источниками звуковых колебаний, находятся на разных расстояниях от микрофонов, поэтому и сила их звучания в громкоговорителях различная. Звуковые колебания, кроме того, доходят до микрофонов хотя и с небольшой, но все же с разной задержкой во времени. В результате у слушателя создается представление не только о пространственном расположении источников звуков, но и их перемещении. Так, например, если солист во время исполнения песни передвигается по сцене, приближаясь то к одному, то к другому микрофону, то и сила звучания его голоса в громкоговорителях изменяется. А это создает иллюзию перемещения голоса солиста в пространстве между громкоговорителями. В том случае, когда солист находится на равных расстояниях от микрофонов и создаваемые им звуковые колебания с одинаковой силой воздействуют на микрофоны, то его голос звучит между громкоговорителями. Минимальное число каналов для стереоэффекта – два. Область применения: Бытовая аудио-видео техника, кинотеатры, студии, театры, концертные залы, стадионы. Задание №4 Что такое поршневой излучатель? Объясните процесс излучения звука. Какие волны называются прямой и оборотной? Чем они отличаются? Объясните, от чего зависит фронт излучаемой волны. Излучатель звука, у которого все точки поверхности колеблются с одинаковой фазой и амплитудой называется поршневым излучателем (поршень). Каждый элемент поверхности ΔS поршня излучает звуковые волны, расходящиеся в разные направления (Рис.2).  Рис.2 Звуковые волны от каждого элемента ΔS интерферируют и в зависимости от фазового сдвига φ усиливают или ослабляют друг друга. Процесс излучения звука начинается с колебаний объекта, например, вибрирующей струны гитары или колеблющейся мембраны динамика. Эти колебания создают изменения воздушного давления, которые распространяются в виде волн вокруг объекта. Волны затем достигают ушей слушателя, где они приводят к вибрации барабанной перепонки, которая передает эти вибрации в воспринимающие звук резонаторы ушного вестибюля, где они интерпретируются как звук. Фактически, звук — это механическая энергия, которая передается через вещество, обычно через воздух, и воспринимается ушами как звук. Прямая волна и обратная волна — это понятия, используемые в контексте волновой физики и электроники. Прямая волна — это волна, которая распространяется от источника к приемнику, например, световая волна от фонарика до стены или звуковая волна от динамика до уха. Обратная волна — это волна, которая отражается от препятствий и возвращается к источнику, например, эхо или отраженный свет. Отличие между прямой и обратной волной заключается в том, что прямая волна передает информацию от источника к приемнику, а обратная волна отражается от препятствий и носит обратную информацию, несущую информацию об отражающей поверхности. Кроме того, обратная волна может вызывать интерференцию на прямой волне, что может привести к искажениям или потере сигнала в электронных системах. Фронт излучаемой волны зависит от взаимодействия источника волны и среды, через которую распространяется волна. Когда источник волны колеблется, он создает изменения в среде, например, в воздухе, которые распространяются в виде волн. Фронт волны — это граничная линия между областями, где происходят колебания и где они не происходят. В формировании фронта волны важную роль играют следующие факторы: 1. Форма и размер источника волны. Чем больше источник волны, тем больше площадь фронта волны; 2. Частота и длина волны. Чем ниже частота волны, тем больше ее длина и тем шире фронт волны; 3. Расстояние от источника. Чем дальше распространяется волна, тем больше увеличивается ее площадь и, следовательно, ширина фронта; Характеристики среды распространения волны. В различных средах волны распространяются с различными скоростями и, следовательно, имеют различную форму фронта. Таким образом, размер и форма источника, частота и длина волны, расстояние и характеристики среды — все это влияет на формирование фронта излучаемой волны. Задание №5 Поясните назначение рупора. От чего зависит осевая длина экспоненциального рупора? Как связана осевая длина рупора с его критической частотой? Как сказывается на осевой длине рупора увеличение площади его входного отверстия? Рупор — это акустический элемент, который используется для увеличения уровня звукового давления, передаваемого звуковым источником в среду. Рупор состоит из конусообразного тела, которое расширяется в направлении выпуска звуковых волн. Звуковые волны, выходящие из звукового источника, направляются в рупор, где они усиливаются и направляются в нужном направлении. Осевая длина экспоненциального рупора определяется геометрическими параметрами рупора, такими как угол расширения, начальный диаметр, длина и конечный диаметр. Эйлер-Якоби-Кастолди (EJK) определил форму экспоненциального рупора, которая имеет наилучшую аккуратность для оптимального дизайна рупора. Осевая длина рупора зависит от этой формы и сопротивления нагрузки на рупор. Критическая частота рупора зависит от его осевой длины, диаметра горла и коэффициента расширения. Критическая частота — это частота, при которой длина волны звука соответствует размерам горла рупора. Если частота звука выше критической, то звук будет рассеиваться во всем объеме рупора, а если частота звука ниже критической, то только небольшая часть рупора будет использоваться для генерации звука. Таким образом, чтобы получить оптимальные параметры рупора, необходимо учитывать его геометрические параметры, сопротивление нагрузки, осевую длину и критическую частоту. Это помогает повысить уровень звукового давления и улучшить направленность звукового потока Увеличение площади входного отверстия рупора приводит к увеличению осевой длины рупора. Это происходит потому, что при увеличении площади входного отверстия увеличивается количество звуковых волн, попадающих в рупор. Чтобы эти звуковые волны эффективно направлялись вдоль рупора, необходимо увеличивать его длину. Таким образом, осевая длина экспоненциального рупора зависит не только от угла расширения, начального и конечного диаметров, но также от площади входного отверстия. Однако, увеличение площади входного отверстия также может привести к увеличению частоты громкоговорителя, и она должна быть учтена при проектировании рупора. |