Основной частью духовых музыкальных инструментов является труба (или трубы), заполненная воздухом. Так же, как у струны, колебания воздуха в трубе можно представить в виде суммы гармонических составляющих (собственных колебаний). Частоты этих колебаний определяются длиной трубы L, скоростью звука в воздухе с и граничными условиями на концах трубы.
Для открытой с обоих концов трубы на концах возникают узлы давления (рисунок 4.6), и частоты собственных колебаний определяются соотношением:
(m = 1, 2, 3 …). (4.5)
Видно, что чем больше длина трубы, тем ниже ее звук.
Колебания в трубе можно возбуждать по-разному, например, направляя струю воздуха поперек отверстия при х = 0. В зависимости от скорости струи воздуха энергия перераспределяется между гармониками, определяя тембр звука.
Аэрогидродинамические шумы
Аэрогидродинамические шумы можно разделить на две основные группы:
1) Шумы, связанные с периодическим выбросом газа в атмосферу. Источниками таких шумов являются работающие насосы, компрессоры, двигатели внутреннего сгорания и тому подобное.
2) Шумы, возникающие из-за образования вихрей у твердых границ потока. К ним относится, в первую очередь, шум, образующийся из-за срыва вихрей при обтекании потоком воздуха или жидкости движущихся тел (автомобилей, поездов, самолетов и так далее).
Особым видом аэродинамического шума являются ударные волны, возникающие при преодолении самолетами звукового барьера скорости.
Приемники звука
Приемники звука – это акустические приборы для восприятия звуковых сигналов и преобразования их с целью измерения, анализа, усиления, записи, передачи или воспроизведения.
В качестве приемников звука можно рассматривать органы слуха животных и человека, преобразующие акустические сигналы в нервные импульсы, передаваемые в соответствующие центры головного мозга.
Мы будем рассматривать наиболее распространенные приемники звука – микрофоны, предназначенные для преобразования акустических сигналов в электрические. Микрофоны широко применяются в телефонной связи, радио- и телевещании, системах звукоусиления и звукозаписи.
Рассмотрим устройство и принцип действия некоторых типов микрофонов (рисунок 4.7).
Угольный микрофон
Это простейший микрофон (рисунок 4.7 а), который долгое время использовался в телефонных трубках. Его диафрагма 1, воспринимающая звуковое давление, колеблется, изменяя степень уплотнения и, следовательно, электрическое сопротивление угольного порошка 2, находящегося в прилегающей к диафрагме капсуле. В результате возникают соответствующие изменения тока, протекающего между электродами 3 и 4.
Такие микрофоны несовершенны: нестабильны в работе, создают искажения, подвержены перегрузке.
Электромагнитный микрофон
Электромагнитный микрофон работает следующим образом (рисунок 4.7 б). Перед полюсами (полюсными наконечниками) 2 магнита 3 располагают ферромагнитную диафрагму 1 или скрепленный с ней якорь. При колебаниях диафрагмы под воздействием на нее звукового давления меняется магнитный поток через витки обмотки, намотанной на магнитопровод системы. Благодаря этому на зажимах обмотки возникает переменное напряжение звуковой частоты, являющееся выходным сигналом микрофона.
Электромагнитный микрофон стабилен в работе. Однако для него характерны узкий частотный диапазон, неравномерность частотной характеристики и значительные нелинейные искажения.
