Приспособление для приема и передача звуковых сигналов. Основные характеристики звука. Передача звука на большое расстояние Устройство для приема передач на расстоянии

Хотим мы этого или нет, но придет время, когда мы избавимся от проводов. Будет время, когда в наших домах все бытовые устройства не будут нуждаться в проводном питании, все ведет к этому.

Сегодня будет рассмотрен метод передачи аудио сигнала без проводов. Разрабатывая это устройство, я не раз натыкался, на проблемы с приемом сигнала, поскольку в итоге, сигнал получался в не желанном качестве. Очередной вариант приемника позволяет принимать и воспроизвести четкий сигнал без хрипов и помех.

Схемы почти нет, только пара компонентов - солнечный модуль от китайских зарядных устройств для мобильника (был куплен за 10$), сетевой понижающий трансформатор на 10 - 15 ватт с коэффициентом трансформации 1:10 или 1:20, два аккумулятора от мобильных телефонов (буквально с любой емкостью), и сам лазер.

Приемник аудио-сигнала:

Передатчик аудио-сигнала:

Само устройство достаточно простое, имеется приемник и передатчик сигнала. В качестве передатчика был использован обыкновенный красный лазер, который был приобретен в магазине за 1$.

При помощи трансформатора, начальный сигнал преобразуется, затем усиливается при помощи аккумулятора и питает лазерный диод. Таким образом, в луче лазера содержится информация начального сигнала, лазер играет роль модулятора – преобразователя. Сигнал, поступая на приемник усиливается и подается на вход УНЧ.

Таким методом возможно передавать аудио сигнал на расстояние до 10 метров, затем сигнал слабеет, но при наличии хорошего предварительного УНЧ и конечного усилителя мощности, можно принимать сигнал и на больших расстояниях.

На основе такого метода можно собрать маломощные беспроводные наушники или удлинители аудио выходов.

К вторичной (понижающей) обмотке трансформатора подаем звуковой сигнал, например от музыкального центра или же более слабый сигнал от ПК. К вторичной обмотке последовательно включен источник питания и лазерный диод.

Статья по акустике из журнала "Наука и жизнь" №10 за 1939 год, в которой рассказывается об особенностях передачи музыки на расстоянии (те же вопросы возникнут позже при звукозаписи) - реверберация, неравномерность распространения звуковых волн в помещении, различия в мощности звучания музыкальных инструментов и т.п.

Художественное вещание завоевало себе прочное место в советском быту. Передача музыки и живого слова на огромные расстояния уже давно перестала казаться чудом. А когда чудо становится обыденностью, начинаются "мелкие придирки". Раньше радиослушателя привлекала сама возможность услышать артиста, исполняющего свой номер в каком-нибудь далеком городе. Теперь его в первую очередь интересуют качество и натуральность передачи.

Вместе с ростом художественных требований слушателя росла и совершенствовалась радиовещательная техника. Современный первоклассный приемник дает очень высокое качество передачи. Однако всем известно, что в концертном зале оркестр звучит лучше, натуральнее, чем по радио. Чего же недостает современному приемнику для создания полной художественной иллюзии при передаче, например, симфонической музыки?

Прежде чем ответить на этот вопрос, познакомимся с основами техники передачи звука на расстояние.

Простейшая схема передачи звука.

Звуковая волна представляет собой колебания частиц воздуха, распространяющиеся от частицы к частице со скоростью примерно 330 м/сек. При звучании какого-либо тона частицы воздуха совершают колебательные движения. Высоту тона определяет число таких колебательных движений в секунду, называемое частотой тона.

Всем известно, что звуковая энергия очень быстро убывает с расстоянием, что "крикнуть" из Москвы в Харьков нельзя. Поэтому для передачи на далекие расстояния звук надо превратить в какой-то другой вид энергии, способный перемещаться с большей скоростью и меньшими потерями. Обычно таким переносчиком служит электрический ток, передающий энергию на большие расстояния с огромной скоростью, равной почти 300 000 км/сек.

Простейшая схема электрической передачи звука изображена на рис. 1, Здесь М - прибор, превращающий звуковые колебания в электрические и называемый микрофоном. Он заставляет электроны в проводах колебаться по такому же точно закону, по какому колеблются частицы воздуха под действием звука. Но микрофон создает очень маленькие мощности, поэтому вслед за ним ставится усилитель У1 – специальное устройство, которое во много раз повышает эти мощности, не меняя характера колебаний. Проволочная линия П соединяет место передачи с местом приёма. Длина ее часто достигает нескольких сот километров. Пройдя такое большое расстояние, колебания заметно ослабевают. Поэтому на приемном конце ставится второй усилитель У2, который увеличивает мощность колебаний до нужной величины. Последний элемент схемы, громкоговоритель Г, служит для обратного превращения электрической энергии в звуковую: колебания частиц воздуха, создаваемые громкоговорителем, имеют точно тот же характер, что "колебания электронов в проводах, т. е. громкоговоритель точно воспроизводит звуковые сигналы, возникающие перед микрофоном".

Такова схема, лежащая в основе всякой передачи звука, в том числе и радиопередачи.

Что недостаёт ещё современному приёмнику?

Попробуем теперь ответить на вопрос, поставленный в самом начале статьи.

Человек, глухой на одно ухо, не в состоянии определить направление звука. Человек, у которого оба уха слышат одинаково хорошо, легко определяет, с какой стороны к нему приходит звук. Сама собой напрашивается мысль, что человек определяет направление звука благодаря тому, что слушает одновременно двумя ушами. Современная акустикa рисует этот процесс так: для высоких звуков, имеющих частоту выше 3 тыс. колебаний в секунду, голова человека служит почти непреодолимым препятствием, и за ней образуется "звуковая тень", т. е. пространство, почти лишенное звуковой энергии (рис. 2, а); при этом дальнее ухо слышит звук слабее, чем ближнее, т.е. направление звука человек осознает за счет разности громкостей; низкие звуки, частота которых лежит ниже 3000 колебаний в секунду, свободно огибают голову человека (рис. 2, b), и оба уха воспринимают почти одинаковую громкость; для таких частот основную роль играет то, что звуковая волна достигает ближнего уха на несколько долей секунды раньше, чем дальнего, т. е. здесь важна разница во времени.

Благодаря этим явлениям человек, слушая симфонический оркестр, по звуку угадывает положение отдельных инструментов на сцене. Чтобы оркестр передавался по радио "натурально, чтобы звук не сделался мертвым, "плоским", надо на месте приёма воспроизвести перспективу звука, его объем.

Ни один современный приемник, как бы "чисто" он ни работал, такого эффекта создать не может, так как к слушателю звук всегда приходит из одной точки - громкоговорителя. Чтобы передача была действительно натуральной, надо создать такие условия, при которых слушатель, не видя оркестра, мог бы легко определять, (вправо или влево, близко или далеко от него расположен каждый инструмент. Это значит, что если оркестр играет в зале № 1, а слушатели находятся в зале № 2, то в любой точке зала № 2 должны создаваться такие же звуковые колебания и в той же последовательности, как и в соответствующей точке зала №1. Из этого условия вытекает другое, более конкретное.

Дело в том, что звуковая волна, распространяясь в закрытом помещении, встречает на своем пути стены и другие препятствия. При этом она частью поглощается данным предметом, а частью отражается от него и распространяется дальше, но уже по другому направлению. Каждая звуковая волна может испытать несколько отражений раньше, чем достигнет уха слушателя. Так как звук распространяется сравнительно медленно, в больших помещениях такая волна-путешественница может дойти до уха слушателя через несколько секунд после того, как звук прекратился. Это интересное явление, позволяющее слышать источник звука, когда он уже перестал звучать, носит название реверберации.

Опыты показали, что роль отраженных волн очень велика. В концертном зале они составляют примерно девять десятых всех звуковых волн, достигающих уха слушателя. Поэтому для точного воспроизведения необходимо, чтобы все отражения в зале № 2 происходили точно так же, как в зале №1, т. е. оба зала должны иметь одинаковый объем, одинаковую форму и одинаковые акустические свойства.

Уяснив задачу, попробуем найти для нее правильное решение. Как всегда при решении новых вопросов начнем с "научной фантастики", т. с. найдем решение, заведомо невыполнимое, но идеально отвечающее поставленным требованиям. После этого можно "спуститься с небес на землю" и найти практическое решение, наиболее близкое к идеальному.

"Научная фантастика".

Пусть передача происходит в зале №1, а слушатели находятся в зале №2, причем оба зала одинаковы. И представим себе, что в зале №1 между публикой и оркестром повешен некий волшебный занавес, густо усеянный бесконечным множеством мельчайших микрофонов, но совершенно "прозрачный" для звуковых волн. Такой же занавес помещен между публикой и воображаемым оркестром в зале №2, но он уже покрыт сетью мельчайших громкоговорителей. Число и размещение их точно совпадают с числом и размещением микрофонов на первом занавесе. Каждый микрофон соединен с соответствующим ему громкоговорителем по схеме рис. 1.

Для воспроизведения всех нюансов при игре симфонического оркестра нужно передавать бесконечно широкую полосу частот. Кроме того, передающая система должна воспроизводить все мощности звука, которые для большого симфонического оркестра могут изменяться в 10 млн. раз!

Чтобы схема была во всех отношениях идеальной, условимся, что каждая из получившихся передающих систем, которые назовем каналами передачи, воспроизводит все частоты и все громкости одинаково точно. Ясно, что, выполнив все эти условия, мы получим идеальное воспроизведение: как только в зале № 1 зазвучит оркестр, репродукторы в зале № 2 точно воспроизведут пространственный узор звуковых колебаний, возникших в первом зале.

К сожалению, описанную передающую систему мы можем построить лишь мысленно. Выясним, насколько можно и нужно приблизиться к такому идеальному решению на практике.

"Спускаемся на землю".

Сначала вспомним о том что слушатели никогда не рассаживаются среди оркестрантов, а всегда на значительном расстоянии от них. При этом неточности объемной передачи звука становятся менее заметными подобно тому, как на большом расстоянии скрадываются недостатки плохого чертежа. А если требования снижаются, можно попробовать заменить бесчисленное множество каналов передачи всего лишь двумя или тремя.

Это предположение было проверено американцами Сноу и Стейнберг, которые проделали следующий опыт (рис. 3): в зале, отведенном для передачи, выделялась так называемая "звуковая площадка", по которой мог перемещаться говорящий человек. На площадке были отмечены 9 контрольных позиций, показанных на нашем рисунке. Вдоль одной из сторон площадки размещались 3 микрофона. Каждый микрофон соединялся по схеме рис. 1 с соответствующим громкоговорителем на "фиктивной звуковой площадке", удаленной от первого бала и отгороженной легким занавесом от большой контрольной аудитории. В последней находилась группа из 12 наблюдателей, обладающих хорошим музыкальным слухом . Каждый наблюдатель имел карандаш и листок бумаги, на котором была проведена линия, изображавшая занавес.

Диктор на звуковой площадке говорил с 15 позиций, включая 9 контрольных, а наблюдатели отмечали для каждой позиции кажущееся положение диктора относительно занавеса на своих листках. 15 позиций вместо 9 были взяты для того, чтобы исключить возможность запоминания.

Результаты измерении для двух и трех каналов передачи даны на рис. 4 (a и b). Как и следовало ожидать, два канала дают меньшую точность воспроизведения, чем три канала, что особенно заметно на средних позициях (позиции 4, 5, 6). Правда, многие читатели скажут, что и три канала дают далеко не блестящие результаты. Для таких придирчивых читателей мы помещаем рис. 4 с, соответствующий тому случаю, когда диктор перешел на фиктивную звуковую площадку и наблюдатели слушали его голос непосредственно. Как видео из рисунка, слуховой аппарат человека сам дает очень большую ошибку.

Несовершенство человеческого слухового аппарата позволяет ввести еще одно очень важное упрощение.

Несколько раньше мы говорили, что для идеального воспроизведения игры симфонического оркестра нужно передавать бесконечно широкую полосу частот, а это практически невыполнимо. Но человеческое ухо способно слышать лишь звуки, частота которых лежит в пределах от 16 до 20000 колебаний в секунду. Передавать частоты, лежащие вне этих пределов совершенно бессмысленно: ухо их все равно не услышит. Кроме того, чтобы крайние частоты слышимых звуков воздействовали на ухо, они должны иметь огромную интенсивность. В симфоническом оркестре они очень слабы, поэтому можно еще больше сократить передаваемую полосу, ограничив ее частотами 40 и 15 000 периодов в секунду. Такую полосу частот уже нетрудно передать равномерно.

В отношении диапазона громкостей, наоборот, человеческое ухо обычно недоиспользуется. Раньше мы уже говорили, что для большого симфонического оркестра отношение самого громкого звука к самому тихому равно примерно 10 млн. В то же время для человеческого уха отношение самого громкого звука, воспринимаемого без боли, к самому тихому, который ухо может уловить, достигает 10 млрд. раз. Значит, можно расширить диапазон громкостей симфонического оркестра в тысячу раз! Для этого достаточно поставить в конце каждого канала специальный регулятор громкости, который мог бы во много раз усиливать наиболее громкие звуки и ослаблять наиболее тихие. В руках опытного дирижера это устройство позволяет значительно увеличить художественный эффект, создаваемый игрой оркестра.

Итак, от идеализированной, фантастической схемы мы пришли к реальной, практически выполнимой передающей системе, не только дающей хорошее объездное воспроизведение, но я увеличивающей воздействие на слушателя по сравнению с натуральной передачей.

Однако, не все обстоит так гладко, как до сих пор казалось.

Новое затруднение.

Дело в том, что различные инструменты симфонического оркестра по-разному излучают звуковую энергию. Инструменты нижнего регистра, такие, как литавры, тромбон-бас и др., излучают звуковую энергию почти равномерно во все стороны. Инструменты верхнего регистра, такие, как пикколо, скрипка или арфа, излучают почти всю звуковую энергию по вполне определенному направлению. Это объясняет тот факт, что во всяком концертном зале, как бы хорош он не был, симфонический оркестр звучит в разных местах по-разному.

Для примера возьмем мало вероятный, но показательный случай, когда на сцене играют лишь скрипка и тромбон-бас. На рис. 5 штриховкой показана часть зала, в которую скрипка излучает почти всю звуковую энергию. Считаем, что тромбон-бас излучает энергию равномерно во все стороны. Если бы в зрительном зале не было реверберации, то зритель в точке А слышал бы и скрипку и тромбон, а зритель в точке В слышал бы… только тромбон. В действительности, благодаря явлению реверберации, звук скрипки после многократных отражений дойдет до точки В, но будет несколько ослаблен и изменит свою окраску.

Как нетрудно догадаться, это новое для нас явление сильно затрудняет передачу симфонической музыки по проводам. Действительно, теперь для идеального воспроизведения необходимо, чтобы громкоговорители передавали звук каждого инструмента по тому направлению, которое для него характерно, иначе пространственный узор звуковых колебаний будет грубо искажен. В то же время невозможно построить громкоговоритель, который "сортировал" бы оркестровую музыку по инструментам, а затем по направлению. Выходит, что передающая система, которую мы недавно так высоко оценивали, принципиально не может дать натурального воспроизведения даже при бесконечно большом числе каналов. Как же быть?

Прокрустово решение.

Древние греки в одном из своих сказаний упоминают о свирепом великане Прокрусте. Этот великан укладывал людей в постель и, если она оказывалась для лих коротка, обрубал выступавшие часта тела, а если длинна - растягивал им суставы.

Часто при решении технических трудностей приходится поступать по примеру этого древнего великана. В частности, в описанной системе угол, в пределах которого излучает свою энергию громкоговоритель, подобен прокрустову ложу, которое нельзя увеличивать или уменьшать. Углы, в пределах которых излучают звук различные музыкальные инструменты, подобны жертвам великана, которых надо кромсать или растягивать, чтобы приспособить к этому ложу.

Исходя из такого принципа, американец Флетчер, автор описанной нами передающей системы, использовал два громкоговорителя в каждом канале. Один громкоговоритель, воспроизводивший только низкие частоты, излучал звуковую энергию равномерно во все стороны, подобно инструментам низшего регистра. Другой, воспроизводивший высокие частоты, излучал звуковую энергию в пределах угла, лежавшего по середине между наибольшим и наименьшим углами для инструментов высокого регистра. При этом для одних инструментов угол излучения срезался, для других растягивался, но оркестр в целом звучал почти натурально.

Первую публичную демонстрацию своего устройства Флетчер провел в апреле 1933 г., причем слушатели находились в Зале Конституции, в Вашингтоне, на расстоянии 140 миль от оркестра, который играл в Академии музыки в Филадельфии. Эта демонстрация дала блестящие результаты и вызвала много восторженных отзывов слушателей.

В 1935 г. опыты Флетчера были весьма успешно повторены в Москве Центральной лабораторией Граммпласттреста под руководством проф. И. Е. Горон.

Обе эти демонстрации наглядно показали, что в отношении точности расположения инструментов слушатель обычно мало требователен, и поэтому "прокрустово решение" в данном случае вполне себя оправдывает.

В данном очерке мы говорили лишь об объемной передаче симфонической музыки. Однако описанная система должна получить гораздо большее применение и в радиовещании и в звуковом кино. Чтобы убедиться в этом, достаточно вспомнить разочарованные лица кинозрителей, которые видят актера двигающимся на экране, а звук его голоса воспринимают откуда-то со стороны, из неподвижной точки - громкоговорителя. Вполне понятно, что с развитием высококачественного телевидения те же неприятности предстоит испытать будущему радиозрителю, если только в то время не будет объемной передачи звука.

Нa строительстве величайшего памятника нашей эпохи - Дворца Советов впервые поставлен вопрос о применении системы Флетчера для объемного воспроизведения звука в Большом зале Дворца.

7207, Класс 74 d, 6

ПАТЕНТ НА ИЗОБРЕ

ОПИСАНИЕ приспособления для приема и передачи звуковых сигналов.

К патенту ин-ной фирмы „Акц. о-во К. П. Герц, Оптическое заведение" (С. P. Goerz, Optische Anstalt Aktiengesellschaft), в r, Прессбурге, Чехо-Словакия, заявленному 26 августа 1925 года (ваяв. свид. № 4127).

Действительные изобретатели ин-цы М. Маурер (Мах Maurer) и

Э. Гашек (Eduard Haschek), в r. Клостернейбурге, Австрия.

Предлагаемое изобретение касается устройства приспособления, с помощью которого, с одной стороны, bIOKHO установить направление поступления звуковых импульсов от какого-либо отдаленного звукового источника, а, с друroN стороны, оказывается возможность посылать вдаль звуковые импульсы в определенном изолированном направлении в виде пучка параллельных лучей.

Служащие для этой цели слуховые определители направления или мегафоны не дают удовлетворительных результатов вследствие применения в них звуковых приемников или же передатчиков произвольной воронкообразной или грушевидной формы, от действия которых звуковые лучи попадают к месту назначения после многократного отражения и отклонения в интерферированном виде, а, следовательно, уже утратив акустическую чистоту.

Хотя, в качестве звуковых приемников и передатчиков применялпсь также. и правильные, с точки зрения акустики. параболоиды вращения, в фокусе которых устанавливались микрофоны или телефоны, в особенности в тех случаях, когда по шуму. исходящему от движущегося ночью, а., следовательно, невидимого летательного аппарата требовалось определить пространственное положение этого аппарата., но и в этом случае, достижение поставленной цели не вполне безупречно, так как при применении телефонов, поступающие звуковые импульсы дают лишь очень слабые импульсы тока, прп пользовании же микрофонами, необходимые изменения наклона телефонной мембраны для отыскания направления звука, сопровождаются неизбежныип перемещениями графитовых шариков, вредно отражающимися на звуковом приеме вследствие вызываемого ими побочного шума.

Предлагаемое приспособление для приема и передачи звуковых сигналов предназначается для устранения подобных недостатков, для каковой цели звуковые лучи, в случае поступления ах параллельным пучком из одного направления, собираются в фокусе приемного параболонда и направляются далее при помощи устанавливаемого, по возможности конфокально с первым, второго полого рефлектора таким образом, чтобы они попадали в ухо наблюдателя или на мембрану микрофона, поворачиваемого лишь в азимутальном направлении, в виде пучка параллельных или сходящихся лучей, при чем для облегчения определения направления приходящих звуковых лучей, входному отверстию для этих последних в рефлекторе может быть придаваемо такое очертание, чтобы при малом угловом отклонении поступающих звуковых лучей от оси приемного рефлектора в одном направлении, получались лишь незначительные, а в другом направлении — гораздо большие потери в силе звука. В то время как для приемного рефлектора наиболее подходящей формой оказывается единственно лишь параболоид вращения, в качестве отводящего рефлектора может быть применяем возможно более вытянутый параболоид, дающий пучки параллельных звуковых лучей большой силы, или устанавливаемый опять-таки конфокально с приемным параболоидом, эллипcomp вращения, при котором возможно соединение звуковых лучей во втором его фокусе.

Если при помощи подобных комбинаций рефлекторов отводить звуковые импульсы в противоположных направлениях, то при этом получаются приспособления, могущие быть применяемыми для отправления пучков параллельных звуковых лучей.

Формы осуществления предлагаемого изобретения представлены на схематическом чертеже, при чем фиг. 1 изображает боковой вид, фиг. 2 †пл устройства с параболическим отводящим рефлектором, фиг. 3 †боков вид, фиг. 4 †пл устройства с эллиптическим отводящим рефлектором, фиг. 5— вид спереди комплектного определителя направления звука с поворачиваемою вокруг вертикальной и горизонтальной оси звуковой базой, в соединении с оптическим визирным приспособлением для отыскания звукового источника, а также для установки направления передачи звука в отправительных устройствах, m фиг. 6 †7 †вари приспособления.

На всех фигурах линией Р, — х обозначено направление оси приемного нли передаточного отражателя А; линией

Р,— у — направление оси отводящего или подводящего рефлектора В, при чем буква Р, означает общий фокус обоих рефлекторов, в котором пересекаются все звуковые лучи, приходящие из направлении ж — Р, или, наоборот, посылаемые в этом направлении. На фиг, 3 и 4 буква Р, означает второй фокус отводящего илй подводящего эллипсоида.

Если указанные комбинации рефлекторов служат для отыскания направления приходящих звуковых лучей, те предпочтительно ограничивать поверхность приемного отражателя А, и входное отверстие отводящего отражателя В плоскостью, проходящею перпендикулярно к плоскости хР,у через общий фокус Р, и через расположенную по главному меридиану точку пересечения Х, обоих отражателей. Этим достигается то, что paze при совершенно незначительном отклонении направлений звука от оси хР, получаются весьма заметные ослабления звука в направлении оси у, между тем как даже более значительные отклонения от названного направления дают в противоположном направлении у совершенно незаметные ослабления звука.

Если описываемое приспособление служит для передачи направленных звуковых импульсов, то следует ограничение передаточного отражателя А, а также выходного отверстия нз подводящего рефлектора В, расположенного по оси

Р, х выполнять коническою поверхностью Х,Р,Х„ для которой образующею служйт E,Í,. При этом рекомендуется устанавливать направление звуковой передачи при помощи простого, расположенного своей осью параллельно Р,х диоптра или другого какоголибо визирного приспособления.

Также и в приемных звуковых устройствах является полезным, для нахождения звукового источника, присоединять к комбинации рефлекторов кольцевой или какой-либо другой диоптр, визирное направление которого соответствует линии E,õ.

Если источник звука связан с поверхностью земли, то для отыскания его положения достаточно азимутальной поворачиваемости оси Р,х, укрепленной на штативе комбинаций отражателей, при чем укрепление это должно допускать также и поворачивание вокруг оси Е, у. Если, однако, источником звука является невидимый летательный аппарат, то одновременно должны быть определяемы его акустический азимут и угол высоты, для чего можно пользоваться изображенной на фиг. 5 комбинациею рефлекторов при участии двух наблюдателей, из которых один должен определить азимутальную, а другой— вертикальную плоскость звука.

На вертикальной цапфе 1 штатива укреплена со свободою азимутального вращения вилка 2, образующая собой опору для горизонтальной опорной рамы 3, на которой накрепко насажены втулки 4, 5 для отражателей. Для достижения высокой чувствительности, звуковые отражатели в данном случае попарно обращены в разные стороны.

Обе образующие собою азимутальную звуковую базу комбинации отражателей состоят, при описываемой форме выполнения, из попарно соединенных между собою рефлекторов 7, 8, обе же, применяемые в качестве вертикальной звуковой базы, комбинации отражателей состоят каждая из трех, попарно конфокально установленных отражателей 9, 10, 11, а именно, из параболоидальных входных рефлекторов 9, r. которым конфокально примыкают перпендикулярные к оси вилки 3, эллиптические отводящие отражатели 10, связанные, в свою очередь, с внутренними эллипсоидальными или параболоидальными отводящими рефлекторами 11, направляющими звуковые лучи либо в слуховой орган наблюдателя, либо к вертикально расположенной мембране микрофона 13, который при таком устройстве не подвергается никаким изменениям наклона, а потому не дает мешающих побочных шумов ни при азимутальном, ни при вертикальном поворачивании рефлекторов. Броме того, на опорной раме 3, для облегчения отыскивания источника звука, установлена зрительная труба 12.

Если дело идет о восприятии помощью микрофона импульсов, исходящих от находящихся на большом расстоянии источников звука, значительного протяжения, например, целых театральных оркестров и сценических представлений, то для этой цели оказывается пригодной форма выполнения, при которой к приемному параболоиду конфокально примыкают не одна, а две, расположенных по одной оси отводящих полых поверхности (в виде эллипсоидов илм параболоидов), так, чтобы с фокусом приемного параболоида, как показано на фиг. 6, совпадало по одному фокусу обоих отводящих эллипсопдов, в плоскости вторых фокусов которых устанавливается по микрофону. Звуковые лучи., поступающие параллельно оси приемного параболоида, воспринимаются поровну каждым из отводящих эллипсоидов, между тем как вся совокупность лучей, поступающих параллельно направлению 1, воспринимается эллипсоидом В, совокупность же лучей, поступающих параллельно направлению И. воспринимается и отводится к микрофону эллипсоидом В. Вместо отводящих рефлекторов эллипсоидальной формы, в данном случае могут быть, конечно, применены и параболоидальные отражатели с наставленными цилиндрическими трубчатыми частями (фиг. 1, 2).

Б приемнику параболоиду могут быть также конфокально присоединяемы четыре IIO!Iblx отводящих поверхности (эллипсоидальные или параболоидальные) таким образом, что все они образуют прямоугольный крест.

На фиг. 7 схематически представлена еще другая форма выполнения, соответствующая фиг. 3. Собственно приемное устройство составлено при этом из двух. зеркально отражающих одна другую половин. На штативе S укреплена поворотная дуга В, соединенная с достаточным зазором при помощи вертикальных цапф Я, с отводящими отражате-. лями В. Корпус каждого из обоих отводящих рефлекторов накрепко связан с сегментами червячных колес Я, и Я, находящихся в зацеплении с червячным шпинделем Вр, приводимым во вращение при помощи маховичка Ь. Прп поворачивании этого маховичка, оба отводящих рефлектора В поворачиваются вокруг своих cooTBeTcTBóþùnõ цапф Я в противоположных направлениях, вследствие чего оси обоих приемных рефлекторов А устанавливаются под сходящимися углами друг к другу.

При отсутствии такого устройства получалось бы, например, при передаче. исполнения оркестром музыкальных произведений, то неудобство, что пространство между вертикальными плоскостями, проходящимп через осн приемных рефлекторов, оказалось бы мертвым пространством. Звуковые BoJIHbI, KoTophIe чаправлялись бы из этого пространства к описанному приспособлению, не воспринимались бы последним, так как в приемном рефлекторе они отражались бы в ту сторону, где не имеется отводящего отражателя. Если, поэтому требуется принять звуковые волны из подобного звукового источника, то толькочто описанное приспособление может быть установлено таким образом, чтобы оси приемных отражателей пересекались перед центром звуковых волн, в этом случае можно быть вполне уверенным, что все звуковые волны, выходящие из упомянутого источника к приспособлению, будут восприняты этим последним.

Описанное приспособление может быть использовано и для того, чтобы по величине сходнмости осей приемных рефлекторов и по расстоянию пх фокусов определить удаление звукового источника, Предмет патента.

1, Приспособление для приема и передачи звуковых сигналов, состоящее пз отражающих звук вогнутых поверхностей, характеризующееся тем, что одна из отражающих поверхностей А (фиг. 1 п 2), служащая приемным пли передаточным отражателем и выполненная в впде па; раболопда вращения, соединена с конфокально с нею устанавливаемою второю полою поверхностью вращения В, применяемою в качестве отводящего или приводящего отражателя.

2. В охарактеризованном в и. 1 приспособлении устройство отводящего илн подводящего отражателя, отличающееся тем, что присоединенный к параболоидальному приемному илп передаточному отражателю А, конфокально с ним, отражатель В выполнен или в виде эллипсоида вращения и служит для отведения звуковых лучей к одному центру, или выполнен в виде параболонда вращения и служит для получения параллельного пучка звуковых лучей.

3. Приспособление, охарактеризованное в п. и. 1 п 2., отличающееся тем, что поверхность приемного и отводящего отражателей ограничена плоскостью, проходящий через общий их фокус Р, и через лежащую в плоскости обеих осей отражателей точку пересечения Н, главных меридианов, перпендикулярно к названной плоскости (фиг. 3 и 4).

4. Видоизменение охарактеризованного в и. 3 приспособления, отличающееся тем, что поверхность подводящего н передаточного отражателя ограничена по имеющей с ним общую ось конической поверхности, вершина которой расположена в фокусе Г„ производящею же которой служит прямая, соединяющая этот фокус с точкой пересечения Н, главных меридианов обеих поверхностей (фиг. 3).

Основные характеристики звука:

1. Тон звука (количество колебаний в секунду). Звуки низкого тона (например, звук, создаваемый большим барабаном) и высокого тона (например, свист). Ухо легко различает эти звуки. Простые измерения (развёртка колебаний) показывают, что звуки низких тонов – колебания малой частоты в звуковой волне. Звуку высокого тона соответствует большая частота колебаний. Частота колебаний в звуковой волне определяет тон звука.

2. Громкость звука (амплитуда). Громкость звука, определяемая его действием на ухо, является оценкой субъективной. Чем больше поток энергии, притекающей к уху, тем больше громкость. Удобной для измерения является интенсивность звука – энергия, переносимая волной за единицу времени через единичную площадку, перпендикулярную к направлению распространения волны. Интенсивность звука возрастает при увеличении амплитуды колебаний и площади тела, совершающего колебания. Также для измерения громкости пользуются децибелами (дБ). Например, громкость звука хороша листьев оценивается в 10 дБ, шёпота – 20 дБ, уличного шума - 70 дБ, болевой порог – 120 дБ, а смертельный уровень – 180 дБ.

3. Тембр звука . Вторая субъективная оценка. Тембр звука определяется совокупностью обертонов. Разное количество обертонов, присущих тому или иному звуку, придаёт ему особую окраску – тембр. Отличие одного тембра от другого обусловлено не только числом, но и интенсивностью обертонов, сопровождающих звучание основного тона. По тембру легко можно различать звуки различных музыкальных инструментов, голоса людей.

Звуковые колебания с частотой менее 20 Гц человеческое ухо не воспринимает.

Звуковой диапазон уха – 20 Гц – 20 тыс. Гц.

Передача звука на большое расстояние.

Проблема передачи звука на расстояние была успешно решена посредством создания телефона и радио. С помощью микрофона, имитирующего человеческое ухо, акустические колебания воздуха (звук) в определённой точке преобразуют в синхронные изменения амплитуды электрического тока (электрический сигнал), который по проводам или с помощью электромагнитных волн (радиоволн), доставляют в нужное место и преобразуют в акустические колебания, подобные исходным.

Схема передачи звука на расстояние

1. Преобразователь «звук - электрический сигнал» (микрофон)

2. Усилитель электрического сигнала и электрическая линия связи (провода или радиоволны)

3. Преобразователь «электрический сигнал – звук» (громкоговоритель)

Объёмные акустические колебания воспринимаются человеком в одной точке и могут быть представлены в виде точечного источника сигнала Сигнал имеет два параметра, связанных функцией времени: частоту колебания (тон) и амплитуду колебания (громкость). Необходимо пропорционально преобразовать амплитуду акустического сигнала в амплитуду электрического тока, сохраняя частоту колебания.

Источники звука - любые явления, вызывающие местное изменение давления или механическое напряжение. Широко распространены источники Звука в виде колеблющихся твёрдых тел. Источниками Звука могут служить и колебания ограниченных объёмов самой среды (например, в органных трубах, духовых музыкальных инструментах, свистках и т.п.). Сложной колебательной системой является голосовой аппарат человека и животных. Обширный класс источников Звук -электроакустические преобразователи, в которых механические колебания создаются путём преобразования колебаний электрического тока той же частоты. В природе Звук возбуждается при обтекании твёрдых тел потоком воздуха за счёт образования и отрыва вихрей, например при обдувании ветром проводов, труб, гребней морских волн. Звук низких и инфранизких частот возникает при взрывах, обвалах. Многообразны источники акустических шумов, к которым относятся применяемые в технике машины и механизмы, газовые и водяные струи. Исследованию источников промышленных, транспортных шумов и шумов аэродинамического происхождения уделяется большое внимание ввиду их вредного действия на человеческий организм и техническое оборудование.

Приёмники звука служат для восприятия звуковой энергии и преобразования её в др. формы. К приёмникам Звука относится, в частности, слуховой аппарат человека и животных. В технике для приёма Звука применяется главным образом электроакустические преобразователи, например, микрофон.
Распространение звуковых волн характеризуется в первую очередь скоростью звука. В ряде случаев наблюдается дисперсия звука, т. е. зависимость скорости распространения от частоты. Дисперсия Звука приводит к изменению формы сложных акустических сигналов, включающих ряд гармонических составляющих, в частности - к искажению звуковых импульсов. При распространении звуковых волн имеют место обычные для всех типов волн явления интерференции и дифракции. В случае, когда размер препятствий и неоднородностей в среде велик по сравнению с длиной волны, распространение звука подчиняется обычным законам отражения и преломления волн и может рассматриваться с позиций геометрической акустики.

При распространении звуковой волны в заданном направлении происходит постепенное её затухание, т. е. уменьшение интенсивности и амплитуды. Знание законов затухания практически важно для определения предельной дальности распространения звукового сигнала.

Способы коммуникации:

· Изображения

Система кодирования должна быть понятна адресату.

Звуковые коммуникации появились первыми.

Звук (носитель – воздух)

Звуковая волна – перепады давления воздуха

Кодируемая информация – барабанные перепонки

Чувствительность слуха

Децибел – относительная логарифмическая единица

Свойства звука:

Громкость (Дб)

Тональность

0 Дб = 2*10(-5) Па

Порог слышимости – болевой порог

Динамические диапазон – отношение самого громкого звука к самому маленькому

Порог = 120 Дб

Частота (Гц)

2. Параметры и спектр звукового сигнала: речь, музыка. Реверберация.

Звук – колебание, имеющее свою частоту и амплитуду

Чувствительность нашего уха к разным частотам – разная

Гц – 1 к\с

От 20 Гц до 20 000 Гц – звуковой диапазон

Инфрозвуки – звуки менее 20 Гц

Звуки свыше 20 тыс. Гц и менее 20 Гц не воспринимаются

Промежуточная система кодирования и декодирования

Любой процесс может быть описан набором гармонических колебаний

Спектр звукового сигнала – совокупность гармонических колебаний соответствующих частот и амплитуд

Амплитуда меняется

Частота постоянна

Звуковое колебание – изменение амплитуды во времени

Зависимость взаимных амплитуд

Амплитудно-частотная характеристика – зависимость амплитуды от частоты

У нашего уха есть амплитудно-частотная характеристика

Устройство не идеально, у него есть АЧХ

АЧХ – у всего, что связано с преобразованием и передачей звука

Эквалайзер регулирует АЧХ

340 м\с – скорость звука в воздухе

Реверберация – размывание звука

Время реверберации – время, за которое сигнал уменьшится на 60 Дб

Компрессирование – прием обработки звука, когда громкие звуки снижены, а тихие звучат громче

Реверберация – характеристика помещения, в котором распространяется звук

Частота дискретизации – количество отсчетов в секунду