Приемники звука. РЕАЛЬНАЯ ФИЗИКА. Глоссарий по физике

Приемники звука - устройства, предназначенные для обнаружения звуковых волн (см. Звук ),измерения их характеристик (звукового давления, колебат. смещения, колебат. скорости, интенсивности и т. д.) и для преобразования акустич. сигнала в электрический с целью усиления, анализа, передачи, на расстояние, записи. Наиб. распространение получили приемники звука - электроакустические преобразователи ,К-рые позволяют воспроизводить временную структуру акустич. сигнала; при малых волновых размерах приемника звука с их помощью можно получить и пространственную структуру звукового поля. Приемники звука для воздушной среды наз. микрофонами,. для водной - гидрофонами ,для приёма звуковых волн в земной коре - геофонами; приём упругих волн на поверхности твёрдых тел осуществляется виброметрами. Микрофоны и гидрофоны в большинстве случаев служат приёмниками звукового давления, однако существуют и приёмники градиента давления, приёмники колебат. скорости и комбиниров. приёмники для воздушной и водной среды. Эти функциональные особенности микрофонов и гидрофонов обеспечиваются как конструкцией приёмного элемента, так и электронной схемой первичной обработки выходного сигнала приёмника-преобразователя. Виброметры являются приёмниками колебательного смещения частиц, колебательной скорости частиц или ускорения (в последних двух случаях их наз. соответственно велосиметры и акселерометры), причём электронная схема, осуществляющая интегрирование или дифференцирование выходного сигнала, позволяет использовать один и тот же приёмный элемент для выполнения всех трёх функций.

Основной характеристикой приемника звука - преобразователей является чувствительность, представляющая отношение выходного электрич. сигнала к входному акустическому; для приёмников звукового давления чувствительность - отношение амплитуды электрич. напряжения в режиме холостого хода к амплитуде звукового давления. Зависимость чувствительности от частоты, амплитуды сигнала и направления его прихода определяет соответственно частотную характеристику, дина-мич. диапазон и направленность приемника звука.

По виду частотных характеристик приемники звука подразделяют на широкополосные и резонансные. Первые позволяют принимать сложные по спектральному составу сигналы; они работают с пост. чувствительностью в широкой области частот, лежащей ниже первой собств. частоты механич. системы приемника звука, и используются, напр., при приёме речи и музыки, при исследованиях в гидроакустике и геоакустике, изучении шумов акустических разл. происхождения и т. п. Вторые служат для приёма тональных сигналов с заданной частотой или узкополосных сигналов. Они обладают повышенной за счёт резонанса чувствительностью и применяются в режимах активной акустич. локации в гидроакустике, дефектоскопии, медицинской диагностике, в разл. контрольно-измерит. УЗ-устройствах (см. Ультразвук). В акусто-злектронике используют как резонансные, так и широкополосные приёмники.

Динамич. диапазон приемника звука определяется областью амплитуд сигнала, в к-ром чувствительность сохраняется неизменной; снизу он ограничен собств. шумами приёмного элемента, входных электрич. цепей и внеш. шумами, сверху - нелинейностью свойств приёмника. Направленность приемника звука определяется их волновыми размерами и конструктивными особенностями, она оказывает существ. влияние на направленность акустич. антенн. Для получения острой НЧ-направленности приёма могут служить приёмники параметрич. типа, основанные на использовании нелинейных свойств среды, в к-рой распространяется звук (см. Параметрические излучатели и приёмники звука).

В качестве микрофонов в звуковом диапазоне частот служат преобразователи электродинамич., электроста-тич. типа, реже - пьезоэлектрические преобразователи. Чувствительность их составляет от единиц до сотен мВ/Па, динамич. диапазон - от десятков до сотен дБ. Электростатич., пьезоэлектрич. и пьезополимерные измерит. Приемники звука применяются в воздушной среде на УЗ-частотах. В качестве гидрофонов служат в осн. преобразователи из пьезоэлектрических материалов. В гидро-акустич. технике это гл. обр. приемники звука из пьезокерамики с чувствительностью от единиц мкВ/Па до мВ/Па и динамич. диапазоном порядка 100 дБ. При измерениях в жидкостях на УЗ-частотах, а также при физ. измерениях в твёрдых телах, в дефектоскопии и др. областях УЗ-техники, в медицинской диагностике, в акусто-электронике и т. п. наряду с пьезокерамич. преобразователями для приёма звука используются преобразователи на пьезокристаллах, плёночные пьезоэлектрич. и магнитострикционные преобразователи, пьезополимерные и пьезополу-проводниковые преобразователи. Выбор материала, конструкции и размеров приемников звука в этих случаях в значительной степени определяется областью рабочих частот, к-рая может достигать гигагерцевого диапазона. Служат в качестве гидрофонов и оптоволоконные приёмники звука, основанные на акустооптич. преобразовании в волоконных световодах, по к-рым распространяются монохроматич. световые волны. Наряду с приёниками-преобразователями, воспроизводящими временную структуру акустич. сигнала, для газообразной и жидкой сред существуют приемники звука, измеряющие усреднённые во времени характеристики звуковой волны. К ним относятся приёмники механич. типа - Рэлея диск, радиометр акустический, а также термические приемники звука. Последние применяются, как правило, в жидкостях для измерения интенсивности ультразвука ВЧ-диапазона. Они основаны на преобразовании энергии акустич. волны в тепловую. Возникающее при этом нагревание среды измеряется посредством термоэлементов - термопар или термистеров, причём эдс термопар оказывается пропорциональной интенсивности звука. Для увеличения чувствительности термических приемников звука термоэлементы покрываются слоем вещества с большим коэф. поглощения звука. Ниж. граница динамич. диапазона по интенсивности составляет у этих приёмников на частотах порядка единиц МГц величину порядка сотен

Виброметры, применяемые для измерений колебаний поверхности твёрдых тел, подразделяются на контактные и бесконтактные. Первые, к к-рым можно отнести и геофоны, имеют непосредств. механич. контакт с измеряемой поверхностью; чувствит. элементом в них является эл--механич. преобразователь, как правило, пьезоэлектрич. типа; на низких звуковых и на инфра-звуковых частотах применяют преобразователи эл--магн. или эл--динамич. типа. В исследоват. практике обычно используют бесконтактные измерители амплитуды колебаний ёмкостного или индуктивного типа. Для наиб. точных абс. измерений амплитуды колебат. смещений служат оптич. интерференц. методы, ниж. предел по амплитуде для к-рых составляет

мкм. Амплитуды порядка неск. мкм или десятков мкм измеряют с точностью не более 10% при помощи микроскопа по размытию хорошо освещённой точки на боковой поверхности колеблющегося тела. В качестве приемника звука можно рассматривать и органы слуха животных и человека, производящие преобразование акустич. сигналов в нервные импульсы, передаваемые в центральную нервную систему (см. Слух, Физиологическая акустика).

Знаете ли Вы, что любой разумный человек скажет, что не может быть улыбки без кота и дыма без огня, что-то там, в космосе, должно быть, теплое, излучающее ЭМ-волны, соответствующее температуре 2.7ºК. Действительно, наблюдаемое космическое микроволновое излучение (CMB) есть тепловое излучение частиц эфира, имеющих температуру 2.7ºK. Еще в начале ХХ века великие химики и физики Д. И. Менделеев и Вальтер Нернст предсказали, что такое излучение (температура) должно обнаруживаться в космосе. В 1933 году проф. Эрих Регенер из Штуттгарта с помощью стратосферных зондов измерил эту температуру. Его измерения дали 2.8ºK - практически точное современное значение. Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.