Звук, характристики звука. Микрофон. Классификация микрофонов

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Содержание

 

1. Звук
2. Понятие звука
3. Объективные характеристики звука
4. Субъективные характеристики звука
5. Микрофон
6. Классификация микрофонов

 

 

 

 

Звук

В широком смысле звук –  это упругие волны, распространяющиеся в какой-либо упругой среде и  создающие в ней механические колебания. В узком смысле – это  субъективное восприятие этих колебаний  органами чувств животных и человека.

Как и любая волна, звук характеризуется амплитудой и спектром частот. Обычно, человек слышит звуки  в диапазоне от 16-20 Гц до 15-20 кГц. Звук ниже диапазона слышимости человека называют инфразвуком, а выше диапазона слышимости называют ультразвуком. Среди слышимых звуков также следует особо выделить фонетические, речевые звуки и фонемы, и музыкальные звуки.

Различают продольные и поперечные звуковые волны. В зависимости от направления, соотношения, распространения  волн и направления механических колебаний частиц среды их распространения.

 

Понятие  звука

Звуковые волны могут служить  примером колебательного процесса. Всякое колебание связано с нарушением равновесного состояния системы  и выражается в отклонении ее характеристик  от равновесных значений с последующим  возвращением к исходному значению. Для звуковых колебаний такой  характеристикой является давление в точки среды, а ее отклонение – звуковым давлением.

 

Объективные характеристики звука

Любое тело, которое находится в упругой  среде и колеблется со звуковой частотой, является источником звука. Источника  звука можно поделить на две группы: источники, которые работают на собственной  частоте, и источники, которые работают на вынужденных частотах. К первой группе принадлежат источники, звуки  в которых создаются колебаниями  струн, камертонов, воздушных столбов  в трубах. Ко второй группе источников звука принадлежат телефоны. Способность  тел излучать звук зависит от размера  их поверхности. Чем большая площадь  поверхности тела, тем лучше оно  излучает звук. Так, натянутая между  двумя точками струна или камертон создают звук довольно малой интенсивности. Для усиления интенсивности звука струн и камертонов их объединяют с резонаторными ящиками, которым присущий ряд резонансных частот. Звучание струнных и духовых музыкальных инструментов основано на образовании стоящих волн в струнах и воздушных столбах.

Интенсивность звука, который создается источником, зависит не только от его характеристик, а и от помещения, в котором  находится этот источник. После прекращения  действия источника звука рассеянный звук не исчезает внезапно. Это объясняется  отбиванием звуковых волн от стен помещения. Время, на протяжении которого после  прекращения действия источника  звук полностью исчезает, называют временами реверберации. Условно  считают, что время реверберации равняется промежутку времени, на протяжении которого интенсивность звука уменьшится в миллион раз.

Время реверберации - это важная характеристика акустических свойств концертных залов, кинозалов, аудиторий и др. При  большом времени реверберации музыка звучат довольно громко, но невыразительно. При малом времени реверберации музыка звучат слабо и глухо. Поэтому  в каждом конкретном случае добиваются наиболее оптимальных акустических характеристик помещений.

 

Субъективные  характеристики звука

Человек ощущает звуки, которые лежат  в диапазоне частот от 16 Гц до 20 кГц. Чувствительность органов слуха  человека до разных частот неодинаковая. Для того, чтобы человек реагировал на звук, необходимо, чтобы его интенсивность была не меньше минимальной величины, которая носит название порога слышимости. Порог слышимости для разных частот неодинаковый. Людское ухо имеет наибольшую чувствительность к колебаниям частотой от 1 до 3 кГц. Порог слышимости для этих частот составляет около Дж/м2с. При значительном возрастании интенсивности звука ухо перестает воспринимать колебания как звук. Такие колебания вызывают ощущение боли. Наибольшую интенсивность звука, при которой человек воспринимает колебания как звук, называют порогом болевого ощущения. Порог болевых ощущений при указанных частотах отвечает интенсивности звука 1 Дж/м2с.

Звук  как физическое явление характеризируют  частотой, интенсивностью или звуковым давлением, набором частот. Это объективные  характеристики звука. Органы слуха  человека воспринимают звук за громкостью, высотой тона, тембром. Эти характеристики имеют субъективный характер.

Диаграмма, на которой представлены области  частот и интенсивности, воспринимаемые человеческим ухом, называют диаграммой слуха.

Физическому понятию интенсивности звука  отвечает громкость звука. Субъективную громкость звука нельзя точно  количественно измерить.

Высота  звука определяется его частотой, чем больше частота, тем большим  будет высота звука. Органы слуха  человека довольно точно ощущают  изменение частоты. В области  частот 2 кГц может воспринимать два тона, частота которых отличается на 3 - 6 Гц.

 

Микрофон

Микрофон  – это электроакустический прибор, преобразовывающий звуковые колебания  в колебания электрического тока, устройства ввода. Служит для звукоусиления. Микрофон используется во многих устройствах, таких как телефоны и магнитофоны, в звукозаписи и видеозаписи, на радио и телевидении, для радиосвязи, а также для ультразвукового контроля.

 

Классификация микрофонов

Типы микрофонов по принципу действия:

- Динамический микрофон

А) Катушечный

Б) Ленточный

- Конденсаторный микрофон

- Электретный микрофон

- Угольный микрофон

- Пьезомикрофон.

Динамический  микрофон - наиболее распространённый тип конструкции микрофона. Он представляет собой мембрану, соединённую с лёгким токопроводом, который помещен в сильное магнитное поле, создаваемое постоянным магнитом. Колебания давления воздуха (звук) воздействуют на мембрану и приводят в движение токопровод. Когда токопровод пересекает силовые линии магнитного поля, в нём наводится ЭДС индукции. ЭДС индукции пропорциональна как амплитуде колебаний мембраны, так и частоте колебаний.

Конденсаторный микрофон - Представляет собой конденсатор, одна из обкладок которого выполнена из эластичного материала (обычно полимерная плёнка с нанесённой металлизацией), которая при звуковых колебаниях изменяет ёмкость конденсатора. Если конденсатор заряжен, то изменение ёмкости конденсатора приводит к изменению напряжения, которое и является полезным сигналом с микрофона. Для работы такого микрофона между обкладками должно быть приложено поляризующее напряжение, 60-80 вольт в более старых микрофонах, а в моделях после 60-70х годов 48 вольт.

Электретный микрофон - Принцип действия электретного конденсаторного микрофона основан на способности некоторых диэлектрических материалов (электретов) сохранять поверхностную неоднородность распределения заряда в течение длительного времени.

Угольный микрофон - один из первых типов микрофонов. Угольный микрофон содержит угольный порошок, размещённый между двумя металлическими пластинами и заключённый в герметичную капсулу. Стенки капсулы или одна из металлических пластин соединяется с мембраной. При изменении давления на угольный порошок изменяется площадь контакта между отдельными зёрнышками угля, и, в результате, изменяется сопротивление между металлическими пластинами. Если пропускать между пластинами постоянный ток, напряжение между пластинами будет зависеть от давления на мембрану.

Пьезомикрофон - сверхчувствительный микрофон который используется как телефонный капсюль или звуковой датчик для систем безопасности.