Дослідження робочих характеристик акустичних систем. Лабораторна робота з Методи та засоби представлення знань . Робота № 530899

Дослідження робочих характеристик акустичних систем

Інформація про навчальний заклад

ВУЗ:

Національний університет Львівська політехніка

Інститут:

Не вказано

Факультет:

РТ

Кафедра:

Кафедра електронних приладів

Інформація про роботу

Рік:

2019

Тип роботи:

Лабораторна робота

Предмет:

Методи та засоби представлення знань

Група:

ЕЛ-31

Завантажити

Частина тексту файла (без зображень, графіків і формул):

Міністерство освіти і науки України Національний університет “Львівська політехніка” Кафедра електронних приладів / Лабораторна робота № 1 з дисципліни «Методи та засоби представлення та обробки інформації» на тему: «Дослідження робочих характеристик акустичних систем» Мета: засвоїти основні засади функціонування акустичних антен на прикладі лінійної групи мікрофонів та дослідити вплив характеристик акустичних сигналів на робочі параметри акустичних антен. Теоретична частина У найбільш загальному вигляді будь-який напрямлений мікрофон можна представити як деякий комплекс, що складається з чутливого елемента (власне мікрофона), що здійснює акустико-електричне перетворення, і механічної системи (акустичної антени), що забезпечує напрямлені властивості комплексу. У залежності від принципу дії мікрофони поділяють на наступні типи: • порошково вугільні; • електродинамічні; • електростатичні (конденсаторні і електретні); • напівпровідникові; • п'єзоелектричні; • електромагнітні. Порошково вугільний мікрофон уперше був сконструйований російським винахідником М. Махальским у 1878 році і пізніше, незалежно від нього, П. М. Голубицким у 1883-м. Принцип дії такого мікрофона базується на тому, що вугільна чи металева мембрана під дією звукових хвиль коливається, змінюючи щільність і, отже, електричний опір вугільного порошку, що знаходиться в капсулі і прилягає до мембрани. Унаслідок нерівномірного механічного тиску сила струму, що протікає через мікрофон, модулюється акустичним сигналом. Однак в інтересах знімання інформації мікрофони даного типу практично не використовуються через їхню низьку чутливість і велику нерівномірність амплітудно-частотної характеристики. Електродинамічний мікрофон котушкового типу винайшли американські вчені Э. Венте й А. Терас у 1931 році. У ньому застосована діафрагма з полістирольної плівки або алюмінієвої фольги. Котушка, зроблена з тонкого дроту, жорстко зв'язана з діафрагмою і постійно знаходиться в кільцевому зазорі магнітної системи. При коливаннях діафрагми під дією звукової хвилі витки котушки перетинають магнітні силові лінії й в обмотці наводиться електрорушійна сила (ЕРС), що створює змінну напругу на виході мікрофона. Замість котушки може використовуватися стрічка з дуже тонкої (близько 2 мкм) металевої фольги. У конденсаторному мікрофоні, винайденому американським ученим Э. Венте в 1917 році, звукові хвилі діють на тонку металеву мембрану, змінюючи відстань і, отже, електричну ємність між мембраною і металевим нерухомим корпусом, що являють собою пластини електричного конденсатора. При підведенні до пластин постійної напруги зміна ємності викликає появу струму через конденсатор, сила якого змінюється в такт із коливаннями звукових частот. Електретний мікрофон, винайдений японським вченим Єгуті на початку 20-х років XX століття, за принципом дії і конструкцією схожий з конденсаторним. Тільки роль нерухомої обкладки конденсатора і джерела постійної напруги в ньому грає пластина з електрета. Недоліком такого мікрофона є високий вихідний опір, що приводить до великих втрат сигналу, тому в корпус елемента, як правило, вмонтовують емітерний повторювач, що дозволяє знизити вихідний опір до величини не більш З...4 кОм. У п'єзоелектричному мікрофоні, уперше сконструйованому радянськими вченими С. Н. Ржевкіним і А. И. Яковлєвим у 1925 році, звукові хвилі впливають на пластинку з речовини, що володіє п'єзоелектричними властивостями (наприклад, із сегнетової солі), викликаючи на її поверхні появу електричних зарядів. В електромагнітному мікрофоні звукові хвилі впливають на мембрану, жорстко зв'язану зі сталевим якорем, що знаходиться в зазорі постійного магніту. На невеликій відстані навколо якоря намотана обмотка нерухомої котушки. У результаті впливу акустичних хвиль на таку систему на виводах обмотки з'являється ЕРС. Дані вироби так само, як і порошково вугільні мікрофони, не одержали широкого поширення через велику нерівномірність амплітудно-частотної характеристики. Узагальнені характеристики перерахованих типів мікрофонів приведені в табл.1. Таблиця 1. Основні характеристики акустичних приймачів мікрофонів Тип мікрофона Діапазон частотної характеристики, Гц Нерівномірність відтворення частот, дБ Осьова чутливість на частоті 1 кГц, мBм2/н Порошково-вугільні 300...3400 20 1000 Електродинамічні 30...15000 12 1 Конденсаторні 30...15000 5 5 Електретні 20...18 000 2 1 П'єзоелектричні 100...5000 15 50 Електромагнітні 300...5000 20 5 Найчастіше в спрямованих мікрофонах застосовуються чутливі елементи (мікрофони) електретного типу, тому що вони мають найкращі електроакустичні характеристики: широкий частотний діапазон; малу нерівномірність амплітудно-частотної характеристики; низький рівень спотворень, викликаних нелінійними і перехідними процесами, а також високу чутливість і малий рівень власних шумів. / Рис.1. Класифікація напрямлених мікрофонів Однак саме головне в напрямлених мікрофонах - це властивості їх акустичної антени. Акустичні антени є саме тими основними елементами, що обумовлюють вигляд і основні характеристики комплексів дистанційного перехоплення мовної інформації. Призначення їх полягає в підсиленні звуків, що приходять по основному напрямку, і істотному ослабленні всіх інших акустичних сигналів. В даний час розроблено кілька модифікацій антен, відповідно до яких існує наступна класифікація напрямлених мікрофонів (рис.1.). Для порівняльної оцінки якості перерахованих вище напрямлених мікрофонів використовують технічні характеристики, основними з який є характеристика спрямованості й індекс спрямованості. Характеристика, чи діаграма спрямованості - це чутливість мікрофона в залежності від кута ( між робочою віссю мікрофона і напрямком на джерело звуку. Її або визначають на ряді частот, або в межах смуги частот. Звичайно використовують нормовану характеристику спрямованості R((), тобто залежність відношення чутливості Е0 виміряної під кутом (, до осьової (максимальної) чутливості Еос . Більшість мікрофонів має осьову симетрію, тому характеристика спрямованості для них однакова у всіх площинах, що проходять через вісь мікрофона. Графічне представлення характеристик спрямованості часто дають у полярних координатах (рис.2.) Індекс спрямованості показує виражену в децибелах різницю рівнів потужності сигналів на виході мікрофона від двох джерел звуку: одного (наприклад, голосу людини), розташованого на осі, і іншого - джерела розсіяних звукових хвиль (наприклад, шуму автотраси), якщо обидва створюють у точці розташування мікрофона однаковий акустичний тиск. Іншими словами, індекс спрямованості показує величину придушення (дискримінації) шуму, що приходить з бічного напрямку, стосовно сигналу, що приходить з напрямку, що співпадає з віссю мікрофона. Ненаправлений мікрофон не придушує шуму, тому його індекс спрямованості дорівнює нулю (Qнм =0 дБ). Коефіцієнт напрямленої дії показує виражену в децибелах ступінь збільшення рівня сигналу на виході мікрофона при заміні ненапрямленого мікрофона напрямленим і постійною величиною акустичного тиску. Комбіновані мікрофони є найпростішим видом напрямлених мікрофонів, тому що представляють із себе систему, що складається з двох типів акустичних приймачів – мікрофонів. Найпростіша комбінація цих приймачів, що найбільш часто застосовується на практиці, складається з одного мікрофона-приймача тиску й одного мікрофона-приймача градієнта тиску, розташованих якнайближче один від одного (переважно один над одним) і так, щоб їхні осі були паралельні. Змінюючи параметри мікрофонів, можна одержувати різні характеристики спрямованості і відповідно індекси спрямованості усієї системи. Вхідні дані: Частота: 1кГц; Кількість мікрофонів: 5; Відстань між мікрофонами: 21 см; Амплітуда: 1. Довжина звукової хвилі: λ=V/f=0.33 м. Ширина основного пелюстка діаграми направленості: Θ1=arcsin(λ/l)=1.5714285714 / / R(Θ)=0.953 Індекс спрямованості групи: / QHM=0.131 / Рис.3. Діаграма направленості Висновок: в ході виконання освоїв основні засади функціонування акустичних антен на прикладі лінійної групи мікрофонів та дослідити вплив характеристик акустичних сигналів на робочі параметри акустичних антен.

Лабораторна робота Методи та засоби представлення знань

valikp

24.05.2019 20:45

Коментарі

Ви не можете залишити коментар. Для цього, будь ласка, або зареєструйтесь.

Ділись своїми роботами та отримуй миттєві бонуси!

поділитись