СОДЕРЖАНИЕ

ИСКАЖЕНИЯ В АКУСТИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ

Преобразование одного вида энергии в другой, в частности электрической в акустическую, практически не происходит без искажений. Основными видами искажений являются: амплитудно-частотные (АЧИ), фазово-частотные (ФЧИ), переходные (ПИ), которые могут быть определены через первые два, нелинейные (НИ).

Сущность АЧИ заключается в том, что преобразователь воспроизводит электрические сигналы разной частоты неодинаково. Например, при подведении напряжения 1 В на частоте 100 Гц к данному преобразователю он будет развивать на расстоянии 1 м по его оси звуковое давление 0,1 Па, а при подведении напряжения 1 В, но на частоте 1000 Гц он будет развивать звуковое давление 0,2 Па.

Амплитудно-частотные искажения легко определяются по амплитудно-частотной (АЧХ) или чаще для краткости называемой частотной характеристике, где по оси абсцисс откладывается (как правило, в логарифмическом масштабе) частота, а по оси ординат также в логарифмическом масштабе (в децибелах) развиваемое звуковое давление в определенной точке пространства и при заданном режиме подведения напряжения к преобразователю, например при неизменном напряжении на всех частотах. Бланки АЧХ стандартизованы ГОСТ.

Рис.14. Частотная характеристика акустической системы 35АС-1

На Рис.14. изображена частотная характеристика акустической системы 35АС-1, изображенная на стандартном бланке АЧХ 16122—78 (Рис. 14) и стандартом МЭК (Рис. 15).

Мерой АЧХ является ее неравномерность. Так, представленная на Рис. 14 осевая АЧХ имеет неравномерность 15 дБ в диапазоне 40—20 000 Гц.

Причинами АЧИ являются частотные зависимости сопротивления излучения и механических сопротивлений элементов преобразователя и их комбинаций, а также зависимость от частоты электрического входного сопротивления преобразователя.

Рис.15. Бланк АЧХ, стандартизованный МЭК

Сущность ФЧИ заключается в том, что сдвиг фазы между подводимым электрическим напряжением и развиваемым преобразователем звуковым давлением отличен от равномерно растущего с частотой сдвига фаз звукового давления между двумя точками поля, находящимися на разных расстояниях от естественного источника. Действительно, как следует из (13), сдвиг фазы пропорционален частоте и расстоянию от источника. Нарушение этой зависимости в преобразователях при излучении ими звука обусловливается, по существу, теми же причинами, которые имеют место при АЧИ.

Переходные искажения заключаются в том, что при подведении к преобразователю переменного напряжения излучаемое им звуковое давление не сразу достигает постоянного значения, а нарастает постепенно и не сразу спадает до нуля при выключении подводимого напряжения. Причины переходных искажений — инерция и упругость элементов преобразователя ПИ. Переходные искажения и ФЧИ отечественными стандартами не нормируются.

Нелинейные искажения проявляются в том, что при подведении к преобразователю напряжения одной или нескольких частот в излучаемом им звуке кроме составляющих этих частот появляются еще и другие. Эти частоты могут быть кратными подводимым частотам (гармоники), или в целое число раз меньше их (уптертоны или субгармоники), или являться суммой или разностью подводимых частот. В последнем случае говорят об интермодуляционных искажениях. Причинами НИ является то, что смещения, скорости, ускорения элементов преобразователя под воздействием приложенных к ним сил становятся непропорциональными приложенным силам, что вызывается их нелинейной зависимостью. По своей величине НИ оцениваются, во-первых, суммарным коэффициентом гармоник

(25)

где ρ₁ — звуковое давление на частоте подводимого напряжения;

ρ₁, ρ₂ — звуковые давления в излученном звуке на частотах 2f₁, 2f₂ и т.д.

Кроме суммарного коэффициента гармоник часто НИ оцениваются характеристическим коэффициентом гармоник, который отличается от суммарного коэффициента гармоник тем, что в (24) значение ρ₁ заменяется ρ_ср [см. (25)].

Другим видом оценки НИ являются коэффициенты интермодуляционных искажений, определяемые при подведении к преобразователю частот f₁ и f₂ как

k_им2 = (ρ_f2-f1 + ρ_f2+f1)/ρ_f2,

k_им2 = (ρ_f2-2f1 + ρ_f2+2f1)/ρ_f2,

где ρ_f2 — звуковое давление на частоте f₂;

ρ_f2-f1; ρ_f2+f1, ρ_f2-2f1, ρ_f2+2f1 — соответственно звуковые давления на частотах, указанных в индексах. Общий коэффициент интермодуляционных искажений

Следует заметить, что наибольшего значения НИ достигают при увеличении подводимой к преобразователю мощности до предельно допустимой.

Близким НИ видом искажений являются дребезжание и призвуки. И те и другие хорошо ощущаются при подведении к преобразователю синусоидального напряжения постепенно изменяющейся частоты.