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, в чем ложность понятия "физический вакуум"?

Физический вакуум - понятие релятивистской квантовой физики, под ним там понимают низшее (основное) энергетическое состояние квантованного поля, обладающее нулевыми импульсом, моментом импульса и другими квантовыми числами. Физическим вакуумом релятивистские теоретики называют полностью лишённое вещества пространство, заполненное неизмеряемым, а значит, лишь воображаемым полем. Такое состояние по мнению релятивистов не является абсолютной пустотой, но пространством, заполненным некими фантомными (виртуальными) частицами. Релятивистская квантовая теория поля утверждает, что, в согласии с принципом неопределённости Гейзенберга, в физическом вакууме постоянно рождаются и исчезают виртуальные, то есть кажущиеся (кому кажущиеся?), частицы: происходят так называемые нулевые колебания полей. Виртуальные частицы физического вакуума, а следовательно, он сам, по определению не имеют системы отсчета, так как в противном случае нарушался бы принцип относительности Эйнштейна, на котором основывается теория относительности (то есть стала бы возможной абсолютная система измерения с отсчетом от частиц физического вакуума, что в свою очередь однозначно опровергло бы принцип относительности, на котором постороена СТО). Таким образом, физический вакуум и его частицы не есть элементы физического мира, но лишь элементы теории относительности, которые существуют не в реальном мире, но лишь в релятивистских формулах, нарушая при этом принцип причинности (возникают и исчезают беспричинно), принцип объективности (виртуальные частицы можно считать в зависимсоти от желания теоретика либо существующими, либо не существующими), принцип фактической измеримости (не наблюдаемы, не имеют своей ИСО).

Когда тот или иной физик использует понятие "физический вакуум", он либо не понимает абсурдности этого термина, либо лукавит, являясь скрытым или явным приверженцем релятивистской идеологии.

Понять абсурдность этого понятия легче всего обратившись к истокам его возникновения. Рождено оно было Полем Дираком в 1930-х, когда стало ясно, что отрицание эфира в чистом виде, как это делал великий математик, но посредственный физик Анри Пуанкаре, уже нельзя. Слишком много фактов противоречит этому.

Для защиты релятивизма Поль Дирак ввел афизическое и алогичное понятие отрицательной энергии, а затем и существование "моря" двух компенсирующих друг друга энергий в вакууме - положительной и отрицательной, а также "моря" компенсирующих друг друга частиц - виртуальных (то есть кажущихся) электронов и позитронов в вакууме.

Однако такая постановка является внутренне противоречивой (виртуальные частицы ненаблюдаемы и их по произволу можно считать в одном случае отсутствующими, а в другом - присутствующими) и противоречащей релятивизму (то есть отрицанию эфира, так как при наличии таких частиц в вакууме релятивизм уже просто невозможен). Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.