Слуховая система - Альтман Я.А.
Скачать (прямая ссылка):
¦ sin
Рис. 1. Сечение плоскостью х, у характеристики направленности дипольного излучателя.
Ось диполя направлена вдоль оси у.
Главные максимумы ХН такого излучателя будут определяться условием геД=тс/, где I — =0, 1, 2, . . Напротив, нули ХН будут при nA=(2i+l) тг/2. Если излучателем является круглый поршень радиусом а, колеблющийся в отверстии того же радиуса а в экране, то его ХН имеет вид
„ II (ка sill 0W = 2 kas ina •
где — функция Бесселя первого порядка.
ХН поршня при различных значениях 2а/1 приведены на рис. 2. Видно, что ХН становится все более острой по мере увеличения отношения диаметра поршня к длине волны.
Излучение звука громкоговорителем, помещенным в экран, весьма сходно с излучением поршня, расположенного в экране. Пока диаметр громкоговорителя меньше Х/4, он действует как моно-поль, т. е. как ненаправленный сферический источник. Как только
Рис. 2. Характеристики направленности поршня (по: Скучик, 1976).
Цифрами отмечены характеристики при различных значениях отношелия диаметра поршня к длине волны 2а/X; 1 — 0.2, 2 — 0.45, 3 — 1.5 и 4 — 5.0.
диаметр громкоговорителя превысит длину волны звука 2а >Х, то вблизи громкоговорителя становятся заметными эффекты интерференции. При диаметре поршня 2а=20 см это происходит при частоте / > 1650 Гц. При дальнейшем увеличении частоты интерференционная картина уходит все дальше от громкоговорителя, вдоль его оси, а излучение все более концентрируется вдоль оси. Если частота увеличивается еще больше, то область интерференции расширяется и в направлении, перпендикулярном оси громкоговорителя, и в ХН
появляются боковые лепестки. Наконец, при высоких частотах характер излучения приближается к лучевому. Громкоговоритель излучает звук только в направлении, перпендикулярном плоскости диафрагмы.
Колебания диафрагмы громкоговорителя вызываются электромагнитными силами, возникающими при протекании переменного электрического тока через катушку, прикрепленную к диафрагме и находящуюся в поле постоянного магнита громкоговорителя. Громкоговоритель является обратимой системой: при падении звуковой нолны на диафрагму громкоговорителя в катушке будет возникать электрический ток. Таким образом, громкоговоритель можно использовать как приемник звука. В качестве специализированных приборов для приема звука применяются микрофоны в воздухе или гидрофоны в воде. Они различаются по своей чувствительности и по частотным характеристикам. Чувствительностью приемника называют значение напряжения на его выходных контактах, возникающего при падении на приемник волны с единичным звуковым давлением; чувствительность измеряют в паскалях на вольт (Па/В). Приемник звука часто желательно делать таким, чтобы его чувствительность не зависела от направления прихода измеряемой волны. Для этого его размер а должен быть много меньше длины волны: а X. Однако иногда оказывается полезным направленный приемник, позволяющий уменьшить влияние помех. В таком случае берут пару приемников, расположенных друг от друга на расстоянии d X, и включают их в противоположной полярности. Такой приемник подобно дипольному излучателю будет иметь характеристику направленности в виде cos й.
1.1.3. ЗВУКОВЫЕ СИГНАЛЫ *
Если в некоторую точку поля х0 поставить приемник звука, то звуковая волна f (t±xjc) будет функцией только времени f (? + ±xjc). Эту функцию или пропорциональную ей величину называют звуковым сигналом. В психоакустике при проведении исследований применяют различные звуковые сигналы, которые могут отличаться по частотным, временным, корреляционным и другим характеристикам. Простейшим типом сигнала служит чистый тон
р (t) = A cos (2icfTt — ?), — со < t <; со,
где A — амплитуда тона, /г — его частота, а ср — начальная фаза. Однако чистый тон, существующий бесконечно долго во времени, является лишь полезной физической идеализацией. Реальный тон имеет всегда конечную длительность, так что
( A cos — w\ t0 к t ^ to + Т,
п
| 0, для остальных t.
Здесь t0 — момент включения тона. Если спектр бесконечно длящегося тона бесконечно узкий, то ширина спектра А/ тона конечной длительности равна Д/ ~ 1/Т, а сам спектр G (/) для случая, когда
тон включается в момент ?0=0 и при значении ср=тс/2, принимает вид:
^2 А • ft „
I G (Л I = ~2к~ /| —/* Г1 - cos (2nfT) cos •
где I — число полупериодов несущей 1 /2/у на длительности сигнала Т, т. е. I =277т. /г = 1/Гу (Гу — период несущей). При включении тона при других значениях <р его спектр резко расширяется.
А0
--- А %А
2ло 2 »
О fg~F fg f0*F Частота,f
Рис. 3. Осциллограмма амплитудно-модулированного сигнала (Л) и его
спектр (Б).
На А: А0 — амплитуда смодулированного сигнала, At — минимальная амплитуда АМ-сиг* нала, At — максимальная амплитуда АМ-сигнала; прерывистая линия — огибающая АМ-сигнала. На Б: т — глубина модуляции (т=(А2—А^/^+А*)), /0 — частота несущей, F (в тексте g) — частота модуляции.
