Главная ->  Электроакустические и звукотехнологические устройства 

1 2 3 4 5 6 [ 7 ] 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74

сигнала состоит в том, что его энергия целиком приходится иа определенный момент времени и при этом равномерно распределена по всем частотным составляющим. Врсыеииая диаграмма распределении спектральной плотности энергии (энергии, приходящсйси на полосу частот шириной 1 Гц) очень узкого прямоугольного импульса показана на рис. 8, а. Достаточная для практических целей равномерность распределения плотности энергии в области звуковых частот (16 Гц-16 кГц) достигается уже при длительности импульса менее 25 мкс.

Кроне того, любую функцию времени х{1) можно разложить в ряд гармонических колебаний (непрерывных тонов). Это делают с помощью интеграла Фурье:

здесь Л(/)-комплексная спектральная характеристика рассматриваемого сигнала Веществсинаи часть величины е представляет собой гармоническое касб ннс с частотой / н амплитуде*, равной 1. Энергии элементарного колебания, используемого в качестве измерительного сигнала, точно характеризуется по шкале частот н не определяется на врснснной оси, так как длительность непрерывного тона бесконечна. На рис. 8,6 представлены характеристики непрерывного тона и его спектра. Вследствие бесконечной длительности непрерывного тона бесконечно велика и его энергия, а понятие плотности энергии теряет смысл. В связи с этим будем оперировать спектром плотности мощности, принимая за плотность мощности отношеине мощности сигиалв иа выходе фильтра с конечной шириной полосы к ширине полосы (т. е. мощность, приходящуюся на потосу частот mi рниой 1 Гц).

Непрерывные тоны используют в качестве и.мерительных сигналов в тех случаях, когда энергию сигнала желате .ьио сосредоточить в бесконечно узкой полосе частот, а импульсы -в тех сл>чаях, когда энергию сигнала желательно сосредоточить в бесконечно узком временном интервале.

Существует бесконечное множество элементарных составляющих, на которые можно разложить сигнал как функцию времени Здесь справедливо следующее общее правило: чем бо ьшс эпер ни требуется скопце [трировать в данный момент времени, тем более широкополосным должен быть сигнал в частотной области, и наоборот: чем больше энерп i должно быть сосредоточено в данной частотной полосе, тем более протяженным должен быть сигнал во времени. Оптимуму этих двух требований удовлетворяет так называемый гауссов тональный импульс (рис. 8, а). Поэтому его часто применяют в слуховых экспериментах.

Гауссов импульс и его спектр определяют выражениями:

хЩ = Ае Re fe -); (3)

здесь у1 - максимальная амплитуда запо.1ияющего тона; - ширина равновеликого прямоугольного импульса той же амплитуды. Можно показать что Д/-Д/=1.

Если требуется создать широкополосное возбуждение, например возбуждение во всем диапазоне звуковых частот, то согласно скаэаииону в качестве возбуждающего сигнала следует использовать короткий импульс. Правда, энергия, ко орую прн этом можно сообщить системе, будет ограниченной, потону что максимальная анплн ,да звукового давления не ножет превысить некоторый предел, за которым появляется опасность повреждения источинка или приемника звука (органа слуха). Этого можно избежать, использовав внесто одиночного импульса бесконечную постедовательиость коротких ин-



пульсов, полярность и частота следования которых случайны. Полагая, что любые интервалы следования ныпульсов и их полярности равновероятны, приходи к по ятню ;елого шууа . Его энергия не ограничена поскольку не ограничена длите ьность. Плотность мощности белого шу а одпнакоаа на всех частот Плотность вероятности, с ноторой мгновенное значение белого шума прнн м ет пределсиные значения, описывается нормальной функцией распределении (. ис. 9).

С помощью линейной фильтрации нз белого шума можно получить случайные сигналы любой полосы частот п с любым спектром плотности мощио-


Рнс, 9. Плотность веронтности w(x) мгновенных значений белого шума х(0.

0,020,050,10,2 0,5 1 г 5 10иЩ

Рис. 10. Типичные спектры плотности мощности речи и музыки.

сти. Используя такие сигналы, можно исключать резонансы возбуждаемой системы, например образованне в понещеннн стончих ноли. Шум можно использовать н дли инитацнн речи и музыки (по крайней мере по спектру плог-ностя мощности). Типичные спектры речи (Г) н музыки (i) приведены на рнс. 10 (по Скучику, 1954).

Спектры плотности нощ1Юстн, которые при определенных условиях являются и спектрами плотности эиергин, можно кзучать с помощью фильтров, с перестраиваемой полосой пропускания. Б акустике для этой цели нсполь-эуют фнльтры двух типов: с постоянной шириной полос .1 прн любой центральной частоте (Ajf=const -фильтры с постоянной абсолютной шириной нлн фильтры скользищего тона) и с постонниоЙ относительной шириной полосы пропускании (A /o=consl) - трсть-октавные нлн октавные. Если построить зависиностн уровней ощвостн на выходе фнльтра от центральных частот полосы пропусканин. то этн зависимости для обоих типов фильтров полу-чаютсн различными. На рнс. 11 для примера приведены такие завнснности для случаи белого шума н так называемого < розового шу а В случае белого шума монщость, приходящаясн на полосу частот постониноЙ ширины, не зависит от частоты. Прн розовом шу е незавнсиной от частоты оказывается мощность, приходящаяся на относительную полосу частот. Поскольку органы слуха человека в процессе формирования ощущения громкости разлагают сигнал на составлякнцне с почти постоянной относнтельной шириной полосы, то длн слуховых экспсрн ситов в качестве измерительного сигнала очень удобно использовать розовый шум.

На некоторые свойства пространственного слуха оказывают влннние оги-бакнцие сигналов. Функции времени x{t) (без постоянных составляющих, что для звука всегда справедляво) могут быть записаны в виде

x{t)=A(О Re( evfO-

Способ пересчета описан в кинге Б. Фолькера, 1966. В общем виде ж (О представляет собой колебание с щейся амплитудой и фазовым углом (т. е. частотой и

[). На рнс. 12 по-



казан график такого снгиала. Функция А (О - огибающая. Она показаиа на рис. 12 штриховой линией.

Подобно тому, как любан функции времени может был. разложепа иа 5лементарныс сигналы, так и любое звуковое поле может быть разложено на эле еитарные звуковые поли. Один из воэможи х способов разложения основан на принципе Гюйгенса и Френеля, соглакно которому каждую точку волнового п0.1п можно рассыатрнвать как источник сферической волны. На. ложеннем таких эле ентариых волн определяют колебательный процесс в любой точке измеряемого поля.

Рис.

Спектры уощиости белого и розового шууов.

а - мощность, ориходящ яся ив полосу частот постояиноВ абсолют оВ ширины <здес1 60 Гц) 6 1101ЦИ0 ть прнход щ я ся па полосу частот постоянной относительной ширены (здесь третьоктава): /~ крутизна иарастання 3 дБ/окт; 2 -кру-тязна спада 3 дБ/окт.

ГЦ


0,1П0,г5С,5 т 2 t


Рис. 12 Рис 13

Рис. 12, К поясиевию понятия огибающей .

Рис 13, Звуковое давление, колебательная скорость и

:ивиость звука

в ближнем н дальнем поле сферического излучателя нулевого порядка,

/ - спад колебательной скорости в ближнем поле пропорционален (прн удвоении расстояния до излучателя сост вляет 12 дБ). 2- спад звукового давяелня пропорцновя* лея I/f (При удвоении расстояния до излучателя составляет б дБ); Л -спад внтенсна< ности пропорционален 1/г< (при удвоепин расстояния составляет G дБ): 4 -спвд коле-батсльпоВ скорости и дальнем поле пропорционален 1/г (прк удвоения расстояния равев в дБ): 2область ближнего поля; 6 - область дальнего поля.

Сферическая волна -веша, обладакнцая центральной симметрией, т, е. волна, параметры которой зввисят только от расстоянии до источника и не зависят от направления. Источники звука, излучающие сферические волны, называются сфернческнын излучателями нулевого порядка, эле ентарнынн излучателями, или пульсирующими шарами. Название пульсир ющий шар онн получили потому, что источник сферических волн ся должен иметь сферическую форму. Кроне того, его поверхность должнв колебаться так, чтобы все ее точки (если смотреть из центра шара) сннфазно перемещались по радиусу



1 2 3 4 5 6 [ 7 ] 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74