Параметры звука
Звук – это физическое явление, которое представляет собой распространение механических колебаний в виде упругих волн в жидкой, твердой или газообразной среде.
Основными характеристиками звука являются:
- Амплитуда, которая характеризует громкость звука.
- Частота, которая характеризует высоту звука.
- Длительность.
- Спектральный состав.
- Интенсивность.
- Тембр
Единицей измерения частоты звука является герц. В зависимости от частоты колебаний звуки делятся на низкочастотные (до 300 герц), среднечастотные (от 300 до 3000 герц) и высокочастотные (от 3000 герц). Для определения длительности звука измеряется продолжительность колебаний тела, которое издает его. Сила звука (громкость) определяется амплитудой колебаний следующим образом: чем больше амплитуда колебаний, тем звук громче. Данная характеристика измеряется в децибелах. Спектр звука представляет собой распределение звуковой волны по частотам на гармонические колебания. Под интенсивностью звука понимается энергия, переносимая звуковой волной за определенный промежуток времени. Сила звука напрямую зависит от интенсивности.
Основы передачи звуковых колебаний
При преобразовании первичного акустического сигнала в трактах и каналах передачи на выходе из них получается вторичный сигнал. В технике звукозаписи, звукового сопровождения телевидения и т.п. необходимо стремится к тому, чтобы слуховое ощущение зрителя было близко к ощущению при непосредственном слушании в идеальных акустических условиях. Для речевой связи и информационных программ определяющим требованием является понятность речи. Только после выполнения данного требования надо стремиться к точному соответствию между вторичным и первичным сигналами в пределах, в которых качество звука удовлетворяет другим требованиям. Нарушение точности передачи звука делится на следующие виды:
- Маскировка помехами и шумами.
- Потеря акустической перспективы.
- Переходные, нелинейные и линейные искажения.
- Смещение среднего уровня сигнала.
- Ограничение динамического и частотного диапазонов.
Потеря акустической перспективы возникает из-за передачи сигналов по одноканальным системам независимо от количества микрофонов, которые находятся в месте нахождения первичного источника звука. Данный дефект частично может устраняться при помощи использования стереофонической системы передачи. Смещение уровней возникает из-за того, что слушателю не сообщается значение среднего уровня первичного звукового сигнала. Так как в приборах приема и излучения сигнала данный уровень непрерывно изменяется, то восстановить средний практически невозможно. Из-за ряда экономических и технических причин тракт передачи сигналов ограничивает частотный диапазон. Для его расширения можно применять частотную коррекцию. Причиной появления ограничения динамического диапазона является возникновение сверху перегрузки отдельных звеньев тракта передачи сигналов. Для предотвращения этого используется сжатие динамического диапазона сигнала до пределов динамического диапазона тракта.
Пьезоэлектрический эффект
Самый распространенный методом приема и излучения звуковых колебаний основан на использовании пьезоэлектрического эффекта. Прямой пьезоэлектрический эффект связан с тем, что какое-либо механическое воздействие, например сжатие, на пьезокристаллы, вызывает их поляризацию, то есть одна грань кристалла заряжается положительно, а другая отрицательно, а в случае растяжения знак меняется на обратный.
Пьезоэлектрический эффект основан на том, что молекулы кристалла представляют собой диполи. Когда механическое воздействие отсутствует такая система нейтральна. А когда к ней прикладывается механическая нагрузка, диполи немного поворачиваются и нарушается электрическая нейтральность, что приводит к возникновению электрического заряда на гранях пьезокристалла. Монокристаллы некоторых диэлектриков имеют значительный запас пьезоэффекта. К таким веществам относится кварц, состоящий из молекул диоксида кремния, а не отдельных атомов, то объясняет его способность поляризоваться. Самым большим пьезоэффектом обладают пластины кварца пластины кварца, которые вырезаются вдоль определенного кристаллографического направления.
Для производства современных пьезоэлектрических преобразователей используется специальная керамика. Широко распространена керамика из цирконат-титаната свинца. Сам процесс изготовления состоит из следующих операций: сначала исходное вещество размалывают, затем порошок прессуют в виде таблетки и спекают ее. Спекание происходит при приложении электрического поля, чтобы происходила ориентировка диполей. После спекания таблетка серебрится с целью образования электрического контакта. Рабочий диапазон будущего изделия определяется толщиной это таблетки.
