ОСНОВЫ АКУСТИКИ И ЭЛЕКТРОАКУСТИКИ
ДНЕПРОПЕТРОВСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ЭКОНОМИКИ И ПРАВА
КАФЕДРА ТОВАРОВЕДЕНИЯ И ТОРГОВОГО ПРЕДПРИНИМАТЕЛЬСТВА
Рыжкова Г.А.,
Товароведение
Раздел «Бытовые радиоэлектронные товары»
Конспект лекций
Днепропетровск
Рыжкова Г.А.Товароведение. Раздел «Бытовые радиоэлектронные товары»: Конспект лекций. – Д.: ДУЭП, 2007. – 124 с.
Составитель: Рыжкова Г.А., к.э.н., доцент.
ПРЕДИСЛОВИЕ
Потребность в информации является одной из основных особенностей человека. В последние десятилетия в результате социального прогресса и бурного развития науки и техники объем информации возрастает лавинообразно. Это явление получило название «информационного взрыва».
В таких условиях создание, обмен и поиск информации, ее высококачественное воспроизведение невозможны без современной электронной аппаратуры.
Предметом настоящего учебника являются электронные товары, предназначенные для удовлетворения потребностей людей в обработке аудио- и видеоинформации, в том числе буквенной и цифровой.
Электронные товары — однородная группа товаров культурно-бытового назначения (культтоваров), для создания которых используются единая электронная элементная база, единые принципы электроакустических и электрооптических преобразований и единые параметры зрительной и звуковой информации.
К электронным товарам относятся аппаратура для записи и воспроизведения звука и изображения, современная цифровая фототехника, электронные музыкальные инструменты, компьютеры, средства связи. В соответствии с особенностями восприятия и создания информации все электронные товары можно разделить на комплексы: бытовая аудиоаппаратура, бытовая видеоаппаратура, офисная техника и техника связи.
Особенностью электронных товаров является то, что они относятся к технически сложным товарам, т. е. к товарам, изготовленным из большого числа деталей и узлов по сложным принципиальным схемам и имеющим гарантийные сроки эксплуатации.
В учебнике в логической последовательности рассматриваются сущность и разные формы обработки аудио- и видеоинформации, потребительские свойства, классификация и особенности ассортимента электронных товаров отдельных групп.
За последнее время рынок культтоваров в кор не изменился не только в ассортиментном, но и в качественном отношении. По причине морального старения с прилавков магазинов исчезли классическая фото- и киноаппаратура и все ее аксессуары. Отечественная аудио- и видеотехника не выдержала конкуренции с зарубежными аналогами и также оставила рынок. В то же время на коммерческом рынке появились в изобилии совершенно новые, неизвестные ранее изделия: цифровая аудио- и видеотехника, компьютеры и периферия к ним, плейеры с флэш-памятью, видеокамеры, пейджеры и мобильные телефоны.
Настоящий учебник составлен с целью дать целостное представление об ассортименте электронных товаров культурно-бытового назначения, раскрыть их основные потребительские свойства, привести теоретические сведения, необходимые для формирования ассортимента и контроля качества электронных товаров.
Особое внимание уделяется терминологии, часто встречающейся в коммерческой информации. В тексте приведены примеры такой информации. При этом преследовались две цели: во-первых, дать описание разной по сложности аппаратуры и, во-вторых, показать студентам, какая терминология при этом используется. Студенты после изучения соответствующего раздела учебника должны уметь давать товароведческую интерпретацию этой информации.
В конце каждого подраздела приведены контрольные вопросы.
ГЛАВА 1
БЫТОВАЯ АУДИОТЕХНИКА
Бытовая аудиотехника (звукотехника) включает аппаратуру для воспроизведения звуковой информации, записанной на звуконосителе или передаваемой по каналам радиовещания или радиосвязи. В зависимости от спектра электрических колебаний, несущих звуковую информацию, аудиотехника подразделяется на низко- и высокочастотную.
Низкочастотная бытовая аппаратура работает в звуковом диапазоне частот (16 Гц... 20 кГц). К ней относятся автономные усилители сигналов звуковой частоты, эквалайзеры, магнитофоны, электрофоны, проигрыватели лазерных и магнитооптических дисков. Высокочастотная бытовая аппаратура предназначена для приема звуковой информации, передаваемой с помощью радиоволн на частотах выше 148 кГц (радиоприемники, тюнеры, телевизоры и др.).
К комплектующим изделиям для аудиотехники относятся электроакустические приборы: микрофоны и звукоизлучатели (громкоговорители, акустические системы, наушники).
ОСНОВЫ АКУСТИКИ И ЭЛЕКТРОАКУСТИКИ
Акустика — учение о звуке. Звук (звуковые колебания) — это субъективно воспринимаемые упругие колебания (волны), распространяющиеся в окружающей среде. Электроакустика — раздел прикладной акустики, означающий расчет и конструирование электроакустических преобразователей для микрофонов, громкоговорителей и устройств для записи и воспроизведения звука.
Акустика
Основные характеристики звука.Звук имеет высоту, громкость и тембр.
Высота звука, или тон (в музыке), характеризуется частотой упругих колебаний. Единица измерения частоты колебаний — герц (Гц) соответствует одному колебанию в секунду. Из огромного многообразия существующих в природе звуков человеческий слух воспринимает лишь те, частота которых составляет от 16 до 20 000 Гц.
Самый низкий тон рояля имеет частоту 27,5 Гц, а самые большие трубы органа издают звуки с частотой примерно 16 Гц. Это самая низкая высота звука, которую способно воспринять человеческое ухо. На нижней границе слухового восприятия трудно понять, слышим мы звук или воспринимаем колебания воздуха всем телом. Эта область звуковых частот сопровождает грозы и ураганы, извержения вулканов и землетрясения. Такие звуки издавна оказывали сильное эмоциональное воздействие на человека, на его подсознание. Если акустическая система радиоаппаратуры не в состоянии передавать низкочастотные колебания с достаточной громкостью, то воспроизведение будет лишено естественности и реальности. Следует иметь в виду, что воспроизведение самых низких звуковых частот представляет собой серьезную техническую проблему и доступно лишь для очень дорогой аппаратуры. Звуки с частотой колебаний ниже 16 Гц называются инфразвуками.
Верхняя граница слухового восприятия лежит между частотами 16000... 20000 Гц. Человек воспринимает такие звуки как свист или писк. Если акустическая система не будет воспроизводить высокие частоты, то исчезнет окраска звука, без чего невозможно различить звучание разных музыкальных инструментов. Частоты выше предела слышимости относятся к области ультразвуков. Частотная характеристика разговорной речи укладывается в полосу частот от 250 до 3500 Гц, а музыкального исполнения — 30... 15000 Гц.
Диапазон звуковых частот, воспроизводимых аппаратурой, может быть намного шире и является основным параметром для определения группы сложности аудиотехники.
Громкость звука — это субъективно ощущаемая органом слуха сила звука. Она определяется амплитудой колебаний источника звука: чем больше амплитуда, тем сильнее звук. Сила звука в ньютонах, отнесенная к 1 м2 площади, называется звуковым давлением. Звуковое давление измеряется в физических единицах — Паскалях (Па); 1 Па = 1 Н/м2.
За стандартный порог чувствительности органа слуха человека принято звуковое давление, соответствующее 2 • 10-5 Па (Н/м2). Такая громкость сравнима с шелестом падающей с деревьев листвы. Максимальное звуковое давление, воспринимаемое ухом, равно 102 Па. Это уровень шума, создаваемого двигателем взлетающего реактивного самолета. Следовательно, диапазон изменения звуковых давлений, воспринимаемых человеческим ухом, 10-5...102 Па, т.е. отношение этих значений составляет 10000000 раз. Такие же астрономические цифры характеризуют соотношения электрических напряжений, токов и мощностей, соответствующих силе этих звуков. На практике такими величинами трудно оперировать.
С учетом того, что ухо обладает логарифмической чувствительностью (закон Вебера—Фехнера), в электроакустике принято выражать звуковое давление (громкость) не абсолютными, а относительными (логарифмическими) единицами — децибелами (дБ).
По мере уменьшения громкости слышимость низких и высоких частот снижается так, что вызывает снижение эмоционального восприятия музыки. Поэтому нередко в звуковоспроизводящую аппаратуру вводят систему тонкомпенсации (коррекции), которая поднимает уровень усиления звука на низких и высоких частотах по мере уменьшения громкости. Таким образом, звуки одинаковой высоты (тона), воспроизведенные разными музыкальными инструментами, имеют различную окраску, или тембр.
Тембр звука — сочетание обертонов (дополнительных тонов), или гармоник, которые сопровождают основной тон.
Обертоны — это колебания отдельных участков звучащего тела. Например, струна рояля, колеблясь как единое целое, издает основной звук определенной высоты. Одновременно половина струны совершает колебания с частотой, в 2 раза превышающей основной тон, 1/4 часть струны совершает колебания с частотой, превышающей основной тон в 4 раза, и т.д. Эти дополнительные колебания называют первой, второй, третьей и т.д. гармониками, или обертонами. В зависимости от резонаторных свойств различных музыкальных инструментов интенсивность отдельных гармоник одного и того же тона будет различной.
Тембр определяется совокупностью (спектром) и интенсивностью обертонов, которые сопровождают основной тон. Обертоны появляются также вследствие резонанса отдельных деталей музыкального инструмента. Так, одновременно с колебанием струны гитары колеблются ее дека, днище, обечайка, гриф и др. Все эти колебания формируют обертоновую структуру тембра.
Структура тембра кроме обертонового спектра включает скорость и форму атаки (начала) звука, скорость и форму затухания звука, а также способ возбуждения звука. Тембр может быть ярким, звонким, тусклым, мягким и певучим. Благодаря разнице в тембрах мы различаем звучание отдельных инструментов.
Самые высокие звуки, используемые в музыке, редко превышают частоту 5000 Гц, например частота самого высокого тона рояля равна 4186 Гц. Однако, если проанализировать спектр звучания, например, скрипки на частоте 440 Гц (нота ля первой октавы), то можно обнаружить, что четвертая гармоника этого тона имеет частоту более 14000 Гц. Таким образом, чтобы отличить звуки скрипки от звуков, скажем, рояля, необходимо кроме основного тона воспринимать их обертоновый спектр, состоящий хотя бы из 4...5 гармоник, а это значит, что высококачественная аудиотехника должна воспроизводить весь спектр звуковых частот, начиная от 16...40 Гц до 16...20 кГц, а иногда и более. Чем шире полоса (диапазон) звуковых частот, которые способна воспроизводить аппаратура, тем выше ее потребительские свойства и конкурентоспособность.
Направление распространения звука.Одно из основных свойств слуха — возможность определить направление распространения звука в горизонтальной и вертикальной плоскости и расстояние до источника звука. Достигается это благодаря бинауральному эффекту, который заключается в том, что звуки от одного и того же источника приходят к правому и левому уху не одинаковыми. Они могут различаться интенсивностью, временем прихода и фазой колебаний. По этим данным центральная нервная система вырабатывает суждение о местонахождении источника звука.
Точность локализации направления звука зависит от частоты колебаний. Например, для звука с частотой ниже 300 Гц определить место источника звука невозможно. Главную роль в процессе локализации играют частоты от 1000 до 3200 Гц.
Различают звучание монофоническое, стереофоническое, квадрафоническое и псевдоквадрафоническое.
Монофоническое звучание характерно для одноканальной системы передачи звуковой информации через микрофон, усилитель и громкоговоритель. Недостатком ее является то, что записанная микрофоном реальная звуковая панорама, состоящая из нескольких источников звука, воспроизводится как бы из одной точки. Здесь нет ясности о расположении источников звука в пространстве, отсутствует реальная картина звучания.
Стереофоническое звучание предполагает двухканальную систему распространения звуков. Для ее реализации нужны два микрофона, сдвоенный (двухканальный) усилитель и две акустические колонки. При этом микрофоны при записи должны располагаться в разных точках звукового пространства. Записанные сигналы поступают раздельно на два входа усилителя и воспроизводятся через две акустические колонки, каждая из которых соединена с одним из выходов усилителя. Колонки при этом располагаются на некотором расстоянии друг от друга. Это расстояние называется стереобазой.
Стереофоническое звучание создает эффект присутствия. Слушатель может легко определить место отдельных источников звука, проследить за их фронтальным перемещением слева направо и наоборот. Полной звуковой картины стереофоническое звучание передать не в состоянии, так как необходима еще ориентация в направлении фронт — тыл.
Квадрафоническое звучание предполагает четырехканальную запись информации через четыре микрофона, расставленные во круг источников звука, усиление через четырехканальный усилитель и воспроизведение через четыре звуковые колонки, расположенные в углах комнаты. Квадрафоническое звучание создает эффект полного присутствия в центре звуковой картины.
Псевдоквадрафоническоезвучание, как и стереофоническое, основано на двухканальной системе звукопередачи. При этом к каждому выходу стереофонического усилителя подключаются по две колонки. Две передние колонки воспроизводят обыкновенный стереофонический сигнал, а две задние — фантомные (призрачные) сигналы, искусственно созданные методом фазовой модуляции сигналов правого и левого каналов.
Электроакустика
Преобразователи механических (звуковых) колебаний в электрические подразделяются на электродинамические, электростатические (конденсаторные) и пьезоэлектрические. Важнейшим свойством электроакустических преобразователей является их обратимость, т. е. одно и то же устройство может работать как приемник акустических колебаний (микрофон) и как излучатель (громкоговоритель).
Электродинамические преобразователи звуковых колебаний.Основным узлом электродинамического, или динамического, преобразователя является очень легкая звуковая катушка, расположенная в сильном поле на керне постоянного магнита. Если на звуковую катушку подать электрические колебания звуковой частоты, то ее электрическое поле будет взаимодействовать с полем постоянного магнита, и катушка начнет совершать механические колебания, определяемые частотой и формой возбуждающего сигнала. Если к катушке прикрепить диафрагму, то она передаст эти колебания в воздух, и преобразователь будет работать как динамический телефон, а если к катушке прикрепить большой диффузор — раструб, то такое устройство станет головкой громкоговорителя, или динамиком.
Рассматриваемое устройство можно использовать и для преобразования звуковых колебаний в электрические, т.е. как динамический микрофон. Под действием звуковых колебаний мембрана, жестко связанная с катушкой, вибрирует, пересекая силовые линии магнита. В витках катушки при этом возбуждается переменный ток, амплитуда и частота колебаний которого будут строго соответствовать амплитуде и частоте звуковых колебаний. Электрические сигналы, частота и форма которых аналогичны возбуждающим их звуковым колебаниям, называются аналоговыми сигналами.
Электростатические (конденсаторные) преобразователи звуковых колебаний.В электростатическом преобразователе основным узлом является конденсатор с воздушным диэлектриком, одна из обкладок которого подвижна, может колебаться. Обкладки конденсатора присоединены к полюсам источника постоянного тока. Если пластины конденсатора расходятся, то уменьшается его емкость, а следовательно, и заряд конденсатора, так как увеличивается толщина воздушного зазора между пластинами. При сближении пластин воздушный зазор уменьшается, а заряд конденсатора увеличивается.
Подвижную обкладку заряженного конденсатора можно использовать как мембрану. Подав на нее звуковые колебания, с обкладок конденсатора можно снять переменное напряжение, соответствующее частоте и амплитуде звуковых колебаний. Такое устройство будет работать как конденсаторный микрофон.
Если на обкладки конденсатора подать переменное напряжение, то подвижная пластина начнет колебаться, так как будет меняться напряженность магнитного поля и соответственно сила притяжения между обкладками. Прикрепив к подвижной обкладке диффузор и подав на конденсатор аналоговый сигнал, получим устройство, которое будет работать как простейший конденсаторный громкоговоритель.
При идеальных электрических параметрах у конденсаторных микрофонов имеется ряд недостатков, важнейшими из которых являются их громоздкость и потребность в мощном источнике постоянного тока высокого напряжения.
Более совершенной модификацией конденсаторного микрофона является электретный микрофон. Источником электрического поля между пластинами конденсатора служит не батарея, а специальный диэлектрик — электрет. Электреты — это специально обработанные диэлектрики, состоящее из вещества с длинными молекулярными цепями, электрические заряды у которых находятся в противоположных концах. Молекулы электрета ориентированы в одном направлении. Если пластины из электрета выдержать при высокой температуре в постоянном электрическом поле высокого напряжения (1 ...4 кВ), а затем быстро охладить, то они приобретут способность сохранять поляризованное состояние длительное время при подзарядке небольшим источником постоянного тока. Принцип работы электретного микрофона не отличается от принципа работы конденсаторного микрофона.
Пьезоэлектрические преобразователи звуковых колебаний.Работа пьезоэлектрических преобразователей основана на свойстве отдельных кристаллов вибрировать при воздействии на их грани переменного электрического тока. Механические колебания при этом строго соответствуют форме и частоте колебаний электрического сигнала. Если к кристаллу прикрепить диффузор, то в этом случае преобразователь будет работать как пьезоэлектрический громкоговоритель. Если же к граням такого кристалла приложить механическое усилие (например, колебания мембраны), то с его обкладок можно снять аналоговые электрические сигналы, получив пьезоэлектрический микрофон.
Контрольные вопросы
1.Каковы основные свойства звука?
2.Каковы особенности восприятия органами слуха высоких и низких
звуковых частот?
3. Как формируется тембр звука?
4. Чем отличается квадрафоническое звучание от монофонического?
5. Каковы сходство и отличия стереофонического звучания и псевдоквадрофонического?
Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту:
©2015 - 2024 stydopedia.ru Все материалы защищены законодательством РФ.
|