Микрофоны. Классификация и основные параметры

Источник звука

Звук - распространяющиеся в упругих средах, газах, жидкостях и твердых телах механические колебания, воспринимаемые ухом.

Источник звука - различные колеблющиеся тела, например туго натянутая струна или тонкая стальная пластина, зажатая с одной стороны. Как возникают колебательные движения? Достаточно оттянуть и отпустить струну музыкального инструмента или стальную пластину, зажатую одним концом в тисках, как они будут издавать звук. Колебания струны или металлической пластинки передаются окружающему воздуху. Когда пластинка отклонится, например в правую сторону, она уплотняет (сжимает) слои воздуха, прилегающие к ней справа; при этом слой воздуха, прилегающий к пластине с левой стороны, разредится. При отклонении пластины в левую сторону она сжимает слои воздуха слева и разрежает слои воздуха, прилегающие к ней с правой стороны, и т.д. Сжатие и разрежение прилегающих к пластине слоев воздуха будет передаваться соседним слоям. Этот процесс будет периодически повторяться, постепенно ослабевая, до полного прекращения колебаний (рис. 1.1).

Рис. 1.1. Распространение звуковых волн от колеблющейся пластинки.

Таким образом колебания струны или пластинки возбуждают колебания окружающего воздуха и, распространяясь, достигают уха человека, заставляя колебаться его барабанную перепонку, вызывая раздражение слухового нерва, воспринимаемое нами как звук.

Колебания воздуха, источником которых является колеблющееся тело, называют звуковыми волнами, а пространство, в котором они распространяются, звуковым полем.

Скорость распространения звуковых колебаний зависит от упругости среды, в которой они распространяются. В воздухе скорость распространения звуковых колебаний в среднем равна 330 м/с, однако она может изменяться в зависимости от его влажности, давления и температуры. В безвоздушном пространстве звук не распространяется.

При распространении звука, вследствие колебаний частиц среды, в каждой точке звукового поля происходит периодическое изменение давления. Среднее квадратичное значение величины этого давления, обозначаемое буквой P, называют звуковым давлением. За единицу звукового давления принята величина, равная силе в один ньютон (Н), действующей на площадь в один квадратный метр (Н/м²).

Чем больше звуковое давление, тем громче звук. При средней громкости человеческой речи звуковое давление на расстоянии 1м от рта говорящего находится в пределах 0,0064-0,64.

Звуковые колебания

Рис. 1.2. График простого (синусоидального) колебания

Форма звуковых колебаний зависит от свойств источника звука. Наиболее простыми колебаниями являются равномерные или гармонические колебания, которые можно представить в виде синусоиды (рис. 1.2). Такие колебания характеризуются частотой f, периодом Т и амплитудой А.

Частотой колебаний называют количество полных колебаний в секунду. За единицу измерения частоты принят 1 герц (Гц). 1 герц соответствует одному полному (в одну и другую сторону) колебанию, происходящему за одну секунду.

Периодом называют время (с), в течение которого происходит одно полное колебание. Чем больше частота колебаний, тем меньше их период, т.е. f=1/T. Таким образом, частота колебаний тем больше, чем меньше их период, и наоборот.

Рис. 1.3. График звуковых колебаний при произношении звуков а, о и у.

Голос человека создает звуковые колебания частотой от 80 до 12000 Гц, а слух воспринимает звуковые колебания в диапазоне 16-20000 Гц.

Амплитудой колебаний называют наибольшее отклонение колеблющегося тела от его первоначального (спокойного) положения. Чем больше амплитуда колебания, тем громче звук. Звуки человеческой речи представляют собой сложные звуковые колебания, состоящие из того или иного количества простых колебаний, различных по частоте и амплитуде. В каждом звуке речи имеется только ему свойственное сочетание колебаний различной частоты и амплитуды. Поэтому форма колебаний одного звука речи заметно отличается от формы другого, что видно на рис. 1.3, на котором изображены графики колебаний при произношении звуков а, о и у.

Любые звуки человек характеризует в соответствии со своим восприятием по уровню громкости и высоте.

Громкость тона какой-либо данной высоты определяется амплитудой колебаний. Высота тона определяется частотой колебания. Колебания высокой частоты воспринимаются как звуки высокого тона, низкой частоты - как звуки низкого тона (рис. 1.4).

Рис. 1.4. Два музыкальных тона одной высоты и разной громкости (а) и одинаковой громкости, но разной высоты (б).

Интенсивность звука

Тело, являющееся источником звуковых колебаний, излучает энергию, переносимую звуковыми колебаниями в пространство (среду), окружающее источник звука. Количество звуковой энергии, проходящей в одну секунду через площадь в 1 м², расположенную перпендикулярно направлению распространения звуковых колебаний, называют интенсивностью (силой) звука.

Величину ее можно определить по формуле:

I=P²/Cp₀ [Вт/м²] (1.1)

где: Р - звуковое давление, н/м²; С – скорость звука, м/с; р₀ – плотность среды.

Из приведенной формулы видно, что при увеличении звукового давления интенсивность звука возрастает и, следовательно, увеличивается его громкость.

Когда мы ведем обычный разговор с кем-нибудь из друзей, поток энергии в 1 сек равен ~10 мкВт. Звуковой поток от оратора, выступающего перед публикой, лежит в пределах от 200 до 2000 мкВт. Мощность самых громких звуков скрипки может составлять приблизительно 60 мкВт, а мощности звуков органных труб составляют от 140 до 3200 мкВт. Интенсивность самого слабого звука, который еще можно услышать, составляет приблизительно одну миллионную микроватта на 1м², самого громкого – около одного миллиона микроватт.

Интенсивность звукового колебания и громкость восприятия находятся в определенной зависимости. Прирост ощущения (громкости) пропорционален логарифму отношения раздражений (интенсивностей), т.е. при восприятии двух звуков с интенсивностями I₁ и I₂ ощущается разница в их громкости, равная логарифму отношения интенсивностей этих звуков. Эта зависимость определяется формулой:

(1.2)

где: S – приращение громкости, Б; К – коэффициент пропорциональности, зависящий от выбора единиц измерения, I₁ и I₂ – начальное и конечное значения интенсивности звука. Бел – единица приращения громкости, соответствующая изменению силы звука в 10 раз.

Если коэффициент К принять равным 1, а отношение I₁/I₂ =10, то

(1.3)

Слух человека различает приращение громкости на 0,1 Б. Поэтому в практике используют более мелкую единицу измерения – децибел (дБ), равный 0,1 Б. В этом случае формула запишется так:

(1.4)

Таблица 1.1. Интенсивности и уровни различных звуков.

Если ухо человека воспринимает одновременно два или несколько звуков различной громкости, то более громкий звук заглушает (поглощает) слабые звуки. Происходит так называемая маскировка звуков, и ухо воспринимает только один, более громкий звук. Сразу после воздействия на ухо громкого звука снижается восприимчивость слуха к слабым звукам. Эта способность называется адаптацией (приспособлением) слуха.

Тембр звука

Негармоническое периодическое воздействие с периодом Т равносильно одновременному действию гармонических сил с различными частотами, а именно с частотами, кратными наиболее низкой частоте n=1/T.

Это заключение является частным случаем общей математической теоремы, которую доказал в 1822 г. Жан Батист Фурье. Теорема Фурье гласит: всякое периодическое колебание периода Т может быть представлено в виде суммы гармонических колебаний с периодами, равными Т, T/2, T/3, T/4 и т.д., т.е. с частотами n=(1/T), 2n, 3n, 4n и т.д. Наиболее низкая частота n называется основной частотой. Колебание с основной частотой n называется первой гармоникой или основным тоном (тоном), а колебания с частотами 2n, 3n, 4n и т.д. называются высшими гармониками или обертонами (первым - 2n, вторым - 3n и т.д.).

Каждый звук, издаваемый различными музыкальными инструментами, голосами различных людей и т.п., имеет свои характерные особенности - своеобразную окраску или оттенок. Эти особенности звука называют тембром. На рис. 1.5 показаны осциллограммы звуковых колебаний, создаваемых роялем и кларнетом для одной и той же ноты. Осциллограммы показывают, что период у обоих колебаний одинаков, но они сильно отличаются друг от друга по своей форме и, следовательно, различаются своим гармоническим составом. Оба звука состоят из одних и тех же тонов, но в каждом из них эти тоны - основной и его обертоны - представлены с разными амплитудами и фазами.

Рис. 1.5. Осциллограммы звуков рояля и кларнета.

Для нашего уха существенны только частоты и амплитуды тонов, входящих в состав звука, т.е. тембр звука определяется его гармоническим спектром. Сдвиги отдельных тонов по времени никак не воспринимаются на слух, хотя и могут очень сильно менять форму результирующего колебания.

На рис. 1.6 изображены спектры тех звуков, осциллограммы которых показаны на рис. 1.5. Так как высоты звуков одинаковы, то и частоты тонов - основного и обертонов - одни и те же. Однако амплитуды отдельных гармоник в каждом спектре сильно различаются.

Рис. 1.6. Спектры звуков рояля и кларнета.

Основные свойства слуха

Нелинейность слуха

Для нормального среднестатистического органа слуха человека существуют некоторые предельные (пороговые) минимальные значения физических параметров звукового поля, при которых еще существует слуховое ощущение. Таким порогом слышимости являются стандартизованная интенсивность звука I₀=10...12 Вт/м² (близкая к порогу слышимости при f=1000 Гц в тишине), а также соответствующие ей звуковое давление p₀=2*10^-5 Па и плотность звуковой энергии e₀3*10^-15 Дж/м³. Порог слышимости является частнозависимым. Выше порога слышимости расположена область слышимости. На рис. 2.1 показана кривая порога слышимости. Там же показан и верхний порог слышимости, выше которого может наступить разрушение органа слуха - болевой порог, которому соответствует давление p_max=150...200 Па, что превосходит величину p₀=2*10^-5 Па в 107 раз.

Рис. 2.1. Кривые, ограничивающие область слышимости

Для более удобного оперирования столь значительными абсолютными величинами, но в большей степени потому, что слуховое ощущение раздражающей силы звукового сигнала пропорционально ее логарифму (согласно закону Вебера-Фехнера), чаще используются величины, называемые уровнем интенсивности звука (L_I), уровнем ощущения (E), уровнем звукового давления (L_P), уровнем плотности звуковой энергии (L_E), которые также пропорциональны логарифму относительного значения параметра (I/I₀), (p/p₀), (e/e₀) и измеряются в децибелах:

(2.1)

(2.2)

(2.3)

Одинаковые относительные изменения раздражающей силы вызывают одинаковые приращения слухового ощущения. Эта особенность слуха также измерена: порог заметности изменения интенсивности (DI) чистых тонов на высоких и средних уровнях ощущения Е составляет от 0,2 до 0,6 дБ, на низких уровнях ощущения он доходит до нескольких децибел, а среднее значение DI/I около 1 дБ. Таким образом, между порогом слышимости и болевым порогом слух различает несколько сотен ступеней изменения слухового ощущения.

Амплитудная разрешающая способность слуха по ощущению изменений интенсивности звука имеет еще и частотную зависимость: она наиболее высока на средних, заметно меньше на высоких и еще меньше на низких частотах.

Установлено, что уровень громкости неточно характеризует субъективное слуховое ощущение. Для преодоления этого было введено понятие уровня громкости (L_G). За уровень громкости L_G данного звука принимается уровень интенсивности равногромкого с ним чистого тона с частотой 1000 Гц. Единица измерения L_G - фон. При бинауральном слушании (т.е. обоими ушами) чистых тонов для определения уровня громкости пользуются семейством изофон, т.е. кривыми равной громкости (рис. 2.2).

Рис. 2.2. Кривые равной громкости синусоидальных звуков.

Иногда графики изофон вызывают некоторые трудности восприятия их сущности. Для упрощения понимания представлен более доступный график (рис. 2.3), характеризующий чувствительность слуха при различных уровнях громкости. Единицей измерения громкости принят 1 сон, соответствующий громкости тона с уровнем L_G = 40 фон.

Рис. 2.3. Частотные характеристики чувствительности слуха при различных уровнях громкости.

В таблице 2.1 приведены измеренные величины уровня громкости L_G и громкости G для некоторых источников звука и градация громкости в музыкальных программах.

Таблица 2.1.

Слуховой аппарат человека не способен абсолютно линейно ощущать воздействия звуков в значительном диапазоне интенсивностей. Нелинейность слуха проявляется в том, что при воздействии громких тонов с уровнем интенсивности более 40 дБ, например с частотой f₁, в слуховом аппарате образуются гармоники этого тона с частотами 2f₁, 3f₁, 4f₁ и т.д. При уровне интенсивности звука менее 40 дБ субъективные гармоники не образуются. Оптимальным уровнем, при котором заметность и порядковый номер гармоники относительно невелики, можно считать 80...90 дБ. Особенно диссонансны 7-я и 9-я гармоники. 2-я субъективная гармоники почти в 5 раз превосходит 3-ю. Этот факт иногда является основой для утверждения, что SE-усилители, в которых обычно преобладает уже объективная 2-я гармоника, более импонируют слуху, нежели РР-усилители, где доминирует 3-я объективная гармоника, к которой слух более чем в 1,5...2,0 раза чувствительнее. Термин "импонирует" следует понимать в том смысле, что слух не может отделить объективно привнесенные гармоники от собственных субъективных того же 2-го порядка, а потому их восприятие не вызывает дискомфорта. Попыткой воспользоваться этим свойством слуха явилось создание РР-усилителей со специально увеличенной 2-й гармоникой, что достигалось разбалансом драйверного каскада.

Чтобы снизить субъективные нелинейные искажения, следует не увлекаться чрезмерно громким звучанием, применять все компоненты аудиосистемы с достаточно линейными амплитудными характеристиками, применять компоненты как можно более широкополосные, особенно в сторону низких частот.

Разрешающая способность

Хорошо известно, что частотный диапазон слуха простирается от 16 до 20000 Гц. Слуховая память позволяет удерживать до нескольких сотен градаций частоты. Их число уменьшается с понижением интенсивности звука. Поэтому среднее число градаций не более 150. Устройство органа слуха часто уподобляют цепочке резонаторов, настроенных на определенные полосы частот. Такая модель показывает хорошее приближение к устройству и результатам действия реальной слуховой улитки, в которой расположена базилярная мембрана, содержащая свыше 20000 осязающих волокон, которые передают возбуждающее воздействие через нервные окончания в слуховой центр мозга, где и происходит обработка полученных сигналов, вследствие чего слушатель воспринимает (субъективно) образовавшийся слуховой образ. Если слуховая память уже содержит предваряющую эмпирическую информацию о подобном или близком слуховом образе, то мозг идентифицирует ее как знакомую, идентичную или тождественную.

Частотную разрешающую способность слуха обеспечивают полосы пропускания, образованные специфическим устройством органа слуха. Их называют критическими полосками, иногда - частотными группами. Всего таких полосок 24. Поэтому считается, что слух как бы превращает широкополосный звук со сплошным спектром частот в дискретный, т.е. состоящий из конечного числа составляющих, соответствующих включенным в работу числу критических полосок. Ранее было отмечено, что разрешающая способность слуха по амплитуде составляет несколько сот ступеней ощущения.

Таким образом, совокупная разрешающая способность слуха по амплитуде и частоте в пределах области слышимости, ограниченной снизу порогом слышимости, а сверху - болевым порогом, составляет около 22000 элементарных градаций звуковых ощущений. Своего рода четкость звукового изображения. Заметим для справки, что число градаций зрительных ощущений составляет около 600000.

Как было отмечено, орган слуха имеет 24 критические полоски, определяющие дискретную избирательность слуха и его разрешающую способность по частоте. если среднее число ощущаемых градаций по частоте около 150, то максимальное может доходить до 620 при высокой интенсивности звука.

При уровне звукового давления L_P=70дБ на частотах менее 500 Гц слышны отклонения частоты тона на 1,8 Гц; выше же 500 Гц слышны отклонения порядка 0,35% от частоты тона. Частота тона является параметром раздражения органа слуха. Субъективным параметром ощущения частоты тона является высота тона. До частот 500 - 1000 Гц изменения частоты тона (раздражение) и высоты тона (ощущение) описывается логарифмическим законом, выше частоты 500 - 1000 Гц связь раздражения и ощущения все более отличается от логарифмической зависимости (рис. 2.4). За единицу высоты тона как параметра ощущения выбран "мел". Тон частотой 131 Гц (нота "до" малой октавы) имеет высоту тона z=131 мел. Более крупной величиной измерения высоты тона принят "барк": 1 барк = 100 мел.

Рис. 2.4. Высота тона и шкала частотных групп (критических полосок) в зависимости от частоты.

Из рис. 2.4 следует, что между высотой тона и 24 критическими полосками (правая шкала) существует тесная связь. Увеличению частоты на одну критическую полоску соответствует возрастание высоты тона на один барк.

Звуковое раздражение передается на базилярную мембрану, имеющую длину 32 мм. Вдоль мембраны в кортиевом органе располагаются связующие волокна по 3500 в каждом. Раздражение тоном определенной частоты вызывает возбуждение некоторых волокон. При малых уровнях воздействия число возбуждаемых волокон меньше, при больших - больше. При изменении частоты тона изменяется локализация максимального возбуждения на базилярной мембране. На рис. 2.5 показано соотношение и расположение различных шкал относительно протяженности базилярной мембраны.

1. Основная (базилярная) мембрана, мм
2. Число осязающих волокон в ряду, шт
3. Число допустимых градаций высоты тона, шт
4. Частота, Гц
5. Высота тона, мел
6. Высота тона, барк (число и нумерация критических полосок).

Рис. 2.5. Естественные шкалы основной (базилярной) мембраны

На рис. 2.6 показана зависимость уровня возбуждения L_Е на базилярной мембране при воздействии узкополосного шума со средней частотой 1 кГц и уровнем L_Ш. Из рис. 2.6 следует, что сигнал другой частоты, обеспечивающий на несколько децибел меньший уровень возбуждения базилярной мембраны, не будет услышан. Это явление называется Эффектом маскировки. Причем низкие тоны сильнее маскируют высокие, нежели наоборот. Громкие высокие тоны не маскируют низкие тоны даже малого уровня. Высокий тон, который при малой громкости отчетливо слышен одновременно с низким тоном, может оказаться полностью замаскирован низким тоном, если громкость увеличена чрезмерно. При L_Ш=100 дБ почти все критические полоски выше восьмой "загружены" маскирующим сигналом, для преодоления эффекта воздействия которого на волокна базилярной мембраны потребуется такой уровень, который не свойственен натуральным звукам в высокочастотной области. На рис. 2.6 показано действие шума со средней частотой 1 кГц, что не равнозначно музыкальной программе, но тенденции и эффекты маскировки сохраняются при любых типах сигналов.

Рис. 2.6. Зависимость уровня возбуждения L_Е на базилярной мембране от уровня шума L_Ш со средней частотой 1 кГц.

Это вторая причина (после увеличения субъективных гармоник), по которой громкие звуки не обязательно сопровождаются качественным звуком.

Из рис. 2.6 следует также, что два звука маскируют друг друга тем сильнее, чем ближе их основные частоты, например, в случае взятия одинаковых нот на разных инструментах. Слух различает в этом случае каждый инструмент раздельно лишь по признакам характерной окраски звука каждого инструмента (тембру), хранящимся в долговременной памяти слушателя.

Различия в тембрах определяются преимущественно низко- и среднечастотными составляющими звучаний инструментов. Большое разнообразие и богатство тембров связано с сигналами, лежащими в нижней части частотного диапазона, тем более, что в музыке основные тоны выше 1 кГц используются редко.

Бинауральный эффект

Наличие у человека двух ушей, разнесенных друг от друга на расстояние порядка 21 см, позволяет определять направления на источники звука, их удаленность, размеры. В обычных условиях слух способен определять угловое перемещение источника звука в горизонтальной плоскости с точностью около 3...4 градусов. При неподвижном источнике звука слух способен определить направление на него не точнее 12 градусов, а по вертикали - 17...20 градусов.

Такие локационные способности слуха называют бинауральным эффектом и объясняют неодновременностью достижения звуковыми волнами каждого уха, неодинаковым уровнем звуковых давлений в слуховых проходах, особенностями тембров знакомых источников звуков и их изменений.

На самых низких частотах, ниже 300 Гц, бинауральный эффект практически отсутствует и ухо не фиксирует направление звука. На частотах от 300 до 1000 Гц становится заметным сдвиг фаз звуковых волн, попадающих в правое и левое ухо. Мозг мгновенно вычисляет, какому направлению может соответствовать эта разность, и таким образом определяет, откуда идет звук. На частотах более 1000 Гц сдвиг фаз становится очень небольшим (длина волны уменьшается) и поиск направления осуществляется за счет сравнения силы звука, приходящего с разных сторон.

Рис. 2.7. Акустическая система для создания эффекта интегральной локализации (локализации суммы).

На рис. 2.7 показаны два одинаковых громкоговорителя (АС) 1 и 2, расположенные на расстоянии 2L один от другого. На расстоянии Х от базы АС на оси симметрии расположен слушатель, уши которого находятся на расстоянии r₁ и r₂ от соответствующих АС.

Если на обе АС подать одинаковый сигнал, то звук от каждой АС достигнет ушей одновременно: правого от АС₁, а левого - от АС₂. Идентичность звуков не позволит слуху разделить их в пространстве на левый и правый. Так создается слуховая иллюзия: визуальный (кажущийся) источник звука как бы находится в середине базы - между АС.

Если уменьшить громкость АС₁, то это будет воспринято слухом как перемещение КИЗ в сторону АС₂ и наоборот. Таким образом, варьируя громкость звучания левой и правой АС, можно вызывать и поддерживать иллюзию перемещения виртуального источника звука (КИЗ). Это явление называют интегральной локализацией (или локализацией суммы).

Рис. 2.8. Зависимость локализации от: а) разных уровней звуковой энергии сигналов в каналах; б) от временного сдвига сигналов в каналах.

Аналогичную иллюзию перемещения КИЗ можно получить, создавая запаздывание звука в одной из АС. При этом виртуальный источник звука перемещается в сторону АС, излучающей звук с опережением по времени Dt>1,1 мс. На рис. 2.8 показаны зависимости локализации КИЗ соответственно от разности уровней и временного сдвига сигналов в каналах. Оба эти эффекта широко используются при записи музыки.

Рис. 2.9. Влияние запаздывающего повторения сигнала на локализацию виртуального источника звука.

При одинаковых уровнях основного и задержанного сигналов виртуальный источник звука ощущается на месте физически существующего источника, излучающего опережающий сигнал. Источник звука, излучающий задержанный сигнал, не ощущается вовсе, но его присутствие проявляется в виде повышения общей гулкости звучания. При задержках одного из сигналов на время более 50 мс наличие запаздывающего сигнала ощущается как помеха в виде эха, хотя положение КИЗ остается неизменным. Отсюда следует, что опережающий сигнал при одинаковом уровне с задержанным полностью подавляет (маскирует) последний. Повышая уровень запаздывающего сигнала, можно добиться того, что оба источника звука будут восприниматься раздельно даже при запаздывании менее 50 мс. На рис. 2.9 показано необходимое превышение уровня (DL) запаздывающего сигнала в зависимости от временной задержки. При t = 15...20 мс уровень задержанного сигнала должен быть повышен на 11 дБ, чтобы оба источника звука воспринимались раздельно. При t < 50 мс для этого эффекта достаточно превышение уровня всего на 6 дБ. При t = 65 мс запаздывающий сигнал ощущается как эхо. При t < 5 мс наблюдается неустойчивый режим: виртуальный источник звука как бы перепрыгивает из одной АС в другую, совпадая то с источником опережающего, то с источником задержанного сигнала.

Если источники звука резко различаются по тембру, это может привести к раздельному ощущению двух звуковых объектов даже при равных уровнях интенсивности обоих сигналов.

Запись звука

Общие сведения о записи

Под процессом записи понимают преобразование сигналов в пространственное изменение состояния или формы некоторого физического тела (носителя записи) с целью сохранения в нем информации для последующего ее извлечения (получения). Информацию, сохраняемую в носителе записи, называют записью. Носитель записи, содержащий информацию, полученную в процессе записи, называют фонограммой.

За столетие, прошедшее с момента возникновения первых идей записи звука, были предложены десятки способов записи. Одними из них являются: механический (грамзапись), фотографический, магнитный, лазерный и т.д.

Процесс механической записи состоит из нескольких этапов. первичную запись ведут на диск из аморфной меди или на дюралюминиевый диск, покрытый лаковым слоем (так называемый лаковый диск). Записывающий элемент - острие резца рекордера перемещается механизмом в радиальном направлении - от края к центру - и вырезает в меди или лаковом слое спиральную канавку. Помимо поступательного перемещения в радиальном направлении резец в соответствии с записываемым сигналом совершает колебания в горизонтальной и вертикальной плоскостях. В результате изменяются ширина и глубина канавки. С медного или лакового диска гальваническим путем снимают копию, в которой углублениям канавки соответствуют выступающие борозды. Эта копия используется как матрица при прессовании или штамповке пластмассовых грампластинок. Сигналы, записанные на грампластинках, воспроизводят с помощью электропроигрывающего устройства (ЭПУ).

В качестве носителя записи при фотографической записи используют светочувствительный носитель - прозрачную пластмассовую основу в виде ленты, покрытую светочувствительным слоем. Фонограмма образуется в результате фотографического процесса. Под воздействием записываемого сигнала изменяется световой поток, попадающий на движущийся носитель. Киноленту проявляют, промывают, закрепляют, сушат. С полученного негатива снимают позитивную копию и повторяют перечисленные фотохимические процессы. В результате образуется фотографическая фонограмма. Сигнал отображается на киноленте в виде прозрачной полоски переменной ширины или переменной плотности (прозрачности). Чтобы воспроизвести записанный сигнал, движущуюся фонограмму просвечивают пучком света.

Магнитную запись на движущийся ферромагнитный носитель производят с помощью особого электромагнита - магнитной головки - в обмотку которого подают ток сигнала. Магнитное поле электромагнита намагничивает носитель записи, в качестве которого используют пластмассовую ленту, покрытую порошком окислов ферромагнитных металлов или металлическим ферромагнитным слоем. Фонограмма получается в виде намагниченных участков разной длины. Она не нуждается ни в каких процессах обработки и может быть воспроизведена немедленно с помощью устройства, аналогичного записывающему.

Комбинацией механического и оптического способов записи является запись лазерным лучом на компакт-диски. Запись ведут модулированным лучом лазера на вращающийся диск. Под его воздействием в материале первичного носителя образуются углубления - лунки - разной длины. Далее как и при механической записи, получают матрицу. Прессованием получают копии первичной записи. Для воспроизведения также используют луч лазера.

Магнитооптическая запись (или запись на MiniDisk) - это гибрид магнитной и лазерной записи. В ней для записи используется и лазерный луч, и магнитная головка. Главная технология формата MD заложена в самом носителе, специальный магнитный слой которого обладает одним очень полезным, хотя и немного странным свойством. Если этот слой намагничен отрицательным полюсом магнита, то отражающийся от его поверхности лазерный луч немного отклонится в одну сторону. Если этот слой намагничен положительным полюсом, то он отклоняет луч в другую сторону. И хотя отклонения составляют всего лишь около одного градуса, этого достаточно, чтобы их уловил считывающий сенсор и зарегистрировал в виде нулей и единиц цифрового сигнала.

Микрофоны. Классификация и основные параметры

Микрофон - это устройство для преобразования акустических колебаний воздушной среды в электрические сигналы.

В настоящее время существуют различные типы микрофонов, которые находят широкое применение в системах радиовещания, телевидения, телефонии, озвучения, звукоусиления, записи и усиления звука. Микрофон является первым и одним из наиболее важных звеньев любого электроакустического тракта. Поэтому его свойства оказывают огромное влияние на качество работы этого тракта.

Микрофоны в зависимости от назначения подразделяют на профессиональные и бытовые (любительские). Первые из них используют при профессиональной звукозаписи в радиовещании, телевидении, системах звукоусиления, для акустических измерений и т.д. Бытовые микрофоны используют при домашней звукозаписи.

По способу преобразования колебаний микрофоны подразделяют на электродинамические (ленточные и катушечные), электростатические (конденсаторные и электретные), электромагнитные, угольные и др.; по диапазону воспринимаемых частот - на узкополосные (речевые) и широкополосные (музыкальные); по направленности - на ненаправленные (круговые), двусторонненаправленные (восьмеричные или косинусоидальные), односторонненаправленные (кардиоидные, суперкардиоидные, гиперкардиоидные), остронаправленные; по помехозащищенности - на шумозащищенные и обычного исполнения.

По электроакустическим параметрам микрофоны разделяют на четыре группы сложности: нулевая (высшая), первая, вторая и третья. Микрофоны нулевой, первой и второй групп сложности предназначены для звукопередачи, звукозаписи и звукоусиления музыки и речи, микрофоны третьей группы сложности - только для речи. Кроме того, по некоторым параметрам микрофоны подразделяются на устройства высшей и первой категории качества.

Основные параметры микрофонов: номинальный диапазон частот, модуль полного электрического сопротивления, чувствительность, типовая частотная характеристика чувствительности, характеристика направленности ...

Номинальный диапазон частот - тот диапазон частот, в котором микрофон воспринимает акустические колебания и в котором нормируются его параметры. для профессиональных студийных целей обычно стремятся использовать микрофоны нулевой группы сложности высшей категории качества, для которых нормируется диапазон частот 20 ... 20000 Гц. Микрофоны первой группы сложности должны иметь номинальный диапазон частот не менее 31,5 ... 18000 Гц, второй группы 50 ... 15000 Гц, третьей группы 63 ... 12500 Гц.

Модуль полного электрического сопротивления (называемого также выходным или внутренним) нормируется на частоте 1 кГц. Сопротивление может быть комплексным или активным. Если оно комплексное и, следовательно, зависимое от частоты, то приводят или модуль на частоте 1 кГц, или среднее значение по диапазону частот. Для микрофонов нулевой и первой групп сложности нормируется значение модуля полного электрического сопротивления 50 Ом и менее, 100 и 200 Ом, а для микрофонов второй и третьей групп сложности также еще и 2 кОм.

Чувствительность микрофона - это отношение напряжения U на выходе микрофона к воздействующему на него звуковому давлению р, выраженное в милливольтах на паскаль (мВ/Па): E=U/p.

Уровень чувствительности - чувствительность, выраженная в децибелах относительно величины Е_нач = 1 В/Па и определяемая по формуле:

N_м = 20 lgE - 60, дБ, (3.1)

где Е - чувствительность микрофона, мВ/Па.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: