Джерела та приймачі звуку - Студопедія
Джерелом звуку може бути будь-яке тіло, що коливається, поміщене в пружне середовище, в якому коливання- створюють акустичну хвилю. Ми обмежимося лише коротким розглядом деяких джерел, які створюють тональні звуки.
Камертон. Це U-подібний стрижень прямокутного перерізу. При ударі по одній із ніжок стрижня в ньому збуджується стояча хвиля, пучності якої знаходяться на кінцях ніжок камертону, а вузол – у місці його вигину. Саме в цьому місці, де немає коливань, до камертона прикріплена ручка. У кожен момент часу ніжки камертону рухаються в протилежні сторони, тому сумарний імпульс його весь час дорівнює нулю. Камертони застосовують як еталони звуків чистих тонів, так як інтенсивності обертонів у спектрі звуку, що видається камертоном, дуже малі в порівнянні з інтенсивністю основного тону. Відстань між вузлом і пучністю стоячої хвилі дорівнюєl/4.Таким чином, довжина ніжки камертону дорівнює чверті довжини хвилі випромінюваного ним основного тону. Недолік камертону в тому, що інтенсивність звуку, що випускається ним, досить мала. Пояснюється це тим, що його ніжки коливаються у різні боки та створюють дві хвилі у протилежних фазах, які послаблюють одна одну. Для посилення звуку, створюваного камертоном, його зазвичай зміцнюють на відкритому з одного кінця ящику - резонаторі. При певних розмірах резонатора в ньому виникають коливання стовпа повітря, і інтенсивність звуку, що випромінюється, зростає.
Струни. Тверді тіла, поперечні розміри яких набагато менше їх довжини. Якщо струну закріпити з обох кінців і прикласти до неї короткочасну силу в напрямку, перпендикулярному її довжині, то в струні виникає хвиля, яка дійшла (до кінців струни відбивається в результатічого утворюється стояча хвиля з вузлами в місцях закріплення. Якщо сила, що приводить струну в рух, була прикладена всередині струни, то на ній укладається одна напівхвиля. Можливі й інші випадки застосування сили, але в будь-якому випадку на струні укладається ціле число напівхвиль. Довжина хвилі відповідних коливань пов'язана з довжиною струниlнаступним співвідношенням
Коливання, що відбувається із найменшою частотою, створює основний тон струни; коливання зn> 1 відповідають обертонам. В наявності обертонів легко переконатись, відтягнувши струну на гітарі посередині, а потім притиснувши її посередині до грифу. На струні буде видно стоячу хвилю з довжиною хвилі в 2 рази меншою, ніж у основного тону, що добре чутно по висоті тону, що випускається гітарою. Змінюючи довжину струни, також можна досягти зміни висоти тону, чим і користуються музиканти, які грають на струнних інструментах.
Як і в струні, власні частоти коливань повітряного стовпа складаються з основного тону та обертонів (для труб, відкритих з обох кінців). Якщо труба відкрита з одного кінця, то основний тон матиме довжину хвилі, що дорівнює вчетверо довжині труби. Таким чином, що довша труба, то нижчим буде основний тон. Це добре видно в органі, що складається з великої кількості труб, починаючи від найменших до великих, завдовжки кілька метрів, що випускають звуки дуже низького тону.
Акустичні резонатори можуть мати різну форму. Наприклад, резонатор Гельмгольца – сферичний пустотілий посуд з невеликим циліндричним горлом і діаметрально протилежним йому вузьким отвором з конусним наконечником. Акустична хвиля призводить до коливального руху повітряної пробки в горлі судини, яка викликає вимушені коливання повітря у внутрішньому обсязі сфери. Власначастота коливань повітря у резонаторі визначається обсягом сферичної порожнини. Якщо одна з частот у спектрі падаючої хвилі збігається зі своєю частотою коливань обсягу повітря в порожнині, відбувається резонанс. Піднісши вузький отвір приладу до вуха, можна помітити значне зростання гучності звуку у відповідному резонансі ділянці спектру.
До появи електроакустичної апаратури набір резонаторів Гельмгольця різних діаметрів застосовували для аналізу звукових спектрів, т. е. виділення їх однієї із спектральних складових. Аналогічним резонатором може бути велика морська раковина, внутрішній обсяг якої, володіючи складною конфігурацією, виділяє з навколишніх звуків певний набір частот. Притиснувши раковину до вуха, можна почути характерне для раковини гудіння. Ротова порожнина людини і тварин є також резонатором. Джерелом звуку є гортань, що приводить у резонансні коливання повітря, укладене в порожнини.
Інтенсивність випромінювання звуку визначається потужністю джерела коливань, але також залежить від розмірів коливаються поверхні або об'єму. Переконатись у цьому можна на простому досвіді, взявши металевий стрижень і за допомогою затискачів натягнувши між його кінцями струну. Наводячи її в коливальний рух, ми почуємо слабкий звук. Однак, варто притиснути штатив до поверхні столу, як звук різко посилиться. Розглянемо причину цього явища. Під час руху струни вниз повітря під нею стискається (тиск зростає), а над струною тиск знижується. Таким чином, виникають дві хвилі одночасно, причому у протилежних фазах: одна з них починається згущенням, а інша – розрідженням. Внаслідок того, що вирівнювання тиску в газі відбувається зі швидкістю звуку, за цей період тисквирівнюється з відривом довжини хвилі. Оскільки при частоті, наприклад, 680 Гц,l= 0,5 м, то діаметр струни виявляється значно менше довжини хвилі, а стискування та розрідження повітря майже повністю компенсують один одного. Струна хіба що «перекачує» повітря знизу нагору і назад. Звідси випливає, що тіло, що вагається, випромінює звук значної інтенсивності лише тоді, коли його розміри можна порівняти з довжиною хвилі. Саме тому відбувається посилення звуку, коли стрижень зі струною притиснутий до поверхні столу. Коливання струни передаються столу, оскільки лінійні розміри столу можна порівняти з довжиною хвилі, то випромінювання зростає. Тому гучномовці постачають дифузорами, розміри яких тим більше, чим менше частота звуку, яку вони повинні відтворювати. Сирени. Для отримання звуків особливо великої інтенсивності застосовують сирени, що являють собою два диски однакового діаметра, що знаходяться на одній осі. У дисках по їх колам просвердлено ряд отворів один навпроти одного, через які продувають потужний струмінь повітря. При обертанні одного диска щодо іншого відбувається періодичне переривання струменя повітря, що створює звукову хвилю. Якщо диск обертається, роблячипобертів в секунду, а по його колу розташованеNотворів, то частота звуку, що випускається, будеv = nN.Змінюючи кутову швидкість обертання одного з дисків (ротора), можна плавно змінювати частоту звуку, що випромінюється. Сирени зазвичай застосовують у залізничному, морському транспорті, в ППО тощо. При великих швидкостях обертання сирени можуть бути джерелами ультразвуку.
Приймачі звуку. До них відносять мікрофони (у повітрі) та гідрофони (у рідинах), що перетворюють механічну величину (звуковий тиск) на електричну (силу струму). Основний механічнийдеталлю цих приладів служить мембрана, яка під дією падаючої на неї хвилі призводить до вимушених коливань. Найбільшого поширення набули електродинамічні мікрофони, до мембрани яких прикріплена котушка з витками дроту, вміщена в кільцеподібний зазор постійного магніту. Коли котушка разом з мембраною коливається під дією звуку, то при русі її в магнітному полі в витках котушки створюється змінна ЕДС індукції, що реєструється чутливим електровимірювальним приладом. У гідрофонах безпосередньо під мембраною знаходиться п'єзоелектричний елемент, у якому під дією механічного тиску виникає змінна різниця потенціалів.
Електричні коливання, що виникають у приймачах звуку, можна підсилювати електронними підсилювачами і потім подавати на гучномовець. Таким чином, звуки, які наше вухо безпосередньо не сприймає (наприклад звуки, що видаються рибами), стають чутними. Електричні коливання можуть бути записані на магнітну стрічку, і зараз є великі фонотеки з голосами тварин, птахів та риб. Вимірюючи силу струму, створюваного мікрофонами і гідрофонами, можна визначати звуковий тиск і інтенсивність звуку, що падає на мембрану. Один із найбільш чутливих приймачів звуку – вухо ссавців.
Чи не знайшли те, що шукали? Скористайтеся пошуком: