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).
И. П. Голямина,
|
|
 |
