Физические приборы - Бурсиан Э.В.
Скачать (прямая ссылка):
Органная труба (рис. 31, е) — музыкальный инструмент, в котором резонирует воздушный столб. В трубе устанавливается четверть длины волны продольного звука (узел у закрытого конца, пучность — у открытого, L = Я./4). При прохождении воздуха мимо косо срезанного отверстия возникают завихрения, рождаются самые различные частоты колебаний (шумы), но резонатор (большая труба) отбирает и
усиливает только одну v = = Считая скорость звука V =
= 330 м/с, получаем для v = 440 Гц («ля») длину трубы около 20 см. Для самого же низкого звука v = 16 Гц длина трубы L получается равной около 5 м.
Процесс создания звуков в других духовых инструментах сложнее, но главный принцип действия остается один: около некоторого клапана турбулентное течение воздуха и колебания самого клапана рождают немонохроматический звук, а затем воздушная полость, являясь резонатором, выделяет из него музыкальные тона (приблизительно монохроматические, одночастотные звуки).
Сирена — механический источник звука, но переменной, плавно меняющейся частоты, используется как сигнал тревоги. Ее устройство показано на рисунке 31, г. Она состоит из двух дисков с наклонными отверстиями. Если через нижний диск вдувать воздух, то верхний приходит во вращение. От того, сколько раз в секунду отверстия будут приходиться друг против друга, пропуская воздух и создавая над верхним диском уплотнение воздуха, т. е. от скорости вращения диска, будет зависеть частота создаваемых звуковых волн.
Перечисленные источники могут в конкретный момент давать только одну какую-либо частоту — это источники монохроматических (близких к монохроматическим) звуков. Однако существуют и источники, которые в равной мере приспособлены к излучению любых звуков (всеволновые). Естественно, в них не должно быть резонаторов, настроенных на ту или иную частоту. Для этого во всех колеблющихся деталях и воздушных полостях увеличивают трение (главным образом о воздух), а массу деталей делают малой, чтобы их можно
34 ;о заставить колебаться с любыми частотами. Таковы электроме-анические источники звука — громкоговоритель и телефон.
Громкоговоритель электродинамический (электродинамическая укоизлучающая головка, распространенное название — динамик) — чник для создания звуков в больших пространствах. Он состоит фис. 31,0) из постоянного магнита 1 с узким кольцевым зазором, в ором может свободно перемещаться, не касаясь его, тонкая кака 2 с проводом, прикрепленная к бумажному раструбу — дифузору 3, или рупору. При прохождении тока через катушку сила Ампера втягивает ^катушку в зазор или (при другом направлении тока) выталкивает из ^аазора. Переменный ток приводит ее в колебания, они передаются циффузору, который и создает звуковые волны мощностью до нескользких ватт.
Телефон — маломощный преобразователь электрических колебаний в звуковые. Переменные токи разных частот, протекая по катуш-&ке 2 электромагнита (рис. 31, е), создают в сердечнике магнита 1 "і'поле, которое притягивает тонкую стальную мембрану 3. Однако если бы сердечник электромагнита был бы просто железный, он притягивал "бы мембрану два раза за период. Излучалась бы вдвое большая частота, чем следует. Поэтому в качестве сердечника берется постоянный "магнит. Ток одного направления усиливает его поле, а другого— ¦ ослабляет. Так получается частота колебаний мембраны, соответствующая частоте переменного тока, пропускаемого через катушку.
Переменные токи, необходимые для работы громкоговорителя і или телефона, получают с помощью усилителей мощности радиоприемника, магнитофона, электрофона, электромузыкальных инструментов и т. д.
; Важной характеристикой громкоговорителя и телефона является частотная ха-f рактеристика — график зависимости мощности излучаемого звука / от частоты v (рис. 32). Для правильной звукопередачи характеристика должна быть плоской в !'пределах от 20 Гц до 20 кГц. Частотная Рис. 32. Примеры частотных характеристика громкоговорителя обычно характеристик громкоговори-лучше, чем телефона. Другой важной ха- теля (О и телефона (2). рактернстикой громкоговорителя является направленность излучения. Как следует из теории дифракции любых волн, угол дифракции (отклонения от прямолинейнош^шЩ) і распространения) в радианах всегда поряд- ^ ка отношения X/d, где % — длина волны, a d — размер излучателя. Роль большого
диффузора В громкоговорителе, таким об- Рис. 33. Роль рупора в усиле-
разом, заключается не только в излучении нии направленности (а); блок-
большой мощности, НО И В усиле- схІма мегафона (б); 1 — мик-
Thkvio же поль рофон> 2 -Усилитель, 3-1 акую же роль громкоговоритель, 4 — источ-
І
а-
МОЩНОСТИ,
нии направленности.
играет рупор — труба постепенно увели-
ник питания.
M 2»
35 чивающегося сечення (сейчас почти везде заменен электронным мегафоном, состоящим из микрофона, усилителя и громкоговорителя, см. рис. 33).
Для предотвращения рассеяния звуковой энергии по разным направлениям используются переговорные трубы — полые трубы диаметром, обязательно меньшим длины звуковой волны. В широких трубах появляется дисперсия — зависимость скорости распространения волны от частоты, в результате чего звук становится неразборчивым (сравните явления в волноводах и световодах).
