приемники звука
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 П. з.- электроакустические преобразователи ,К-рые позволяют воспроизводить временную структуру акустич. сигнала; при малых волновых размерах П. з. с их помощью можно получить и пространственную структуру звукового поля. П. з. 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 ф-ций.
Осн. характеристикой П. з.- 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 П. з.
По виду частотных характеристик П. з. 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 П. з., 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 П. з. 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 П. з. 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. П. з. применяются в воздушной среде на УЗ-частотах. В качестве гидрофонов служат в осн. преобразователи из пьезоэлектрических материалов. В гидро-акустич. технике это гл. обр. П. з. 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 П. з. в этих случаях в значит. 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 П. з., измеряющие усреднённые во времени характеристики звуковой волны. К ним относятся приёмники механич. типа — Рэлея диск, радиометр акустический, а также термич. П. з. 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 термич. П. з. 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 П. з. 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,
Новости
Дорогие друзья! Бренд Vention празднует своё пятилетие в России! 5 лет — только вперёд! Мы пришли к этой дате вместе! И говорим Вам огромное спасибо! Эта дата имеет особое значение для нас и мы хотим поделиться этой радостью с Вами!
USB 4.0 будет самым быстрым и самым единым стандартом USB. Универсальная последовательная шина, или USB-разъем, был основой широкого спектра устройств в течение многих лет, хотя фактический используемый порт и требуемый кабель могут значительно отличаться. USB 4.0 может изменить это, позаимствовав многие из лучших функций стандарта Intel Thunderbolt 3. USB 4.0 будет быстрее, лучше оснащен и.
Если вы недавно покупали современные телевизоры, то вы, несомненно, были соблазнены термином 4K UHD или словами “Ultra High Definition». Когда UHD был впервые представлен несколько лет назад, он представлял собой скачок в разрешении — фактически.
Все кабели Ethernet локальных сетей выполняют одну и ту же основную задачу — подключение устройств к сетям, таким как Интернет. Однако не все кабели одинаковы. Если вам когда-либо был нужен в кабель для локальной сети Ethernet и вы не имели понятия, какой именно вы должны выбрать – вы не одиноки. Обозначения Ethernet, как и многое в мире современных технологий, трудно интерпретировать и понимат.
Вы могли думать, о HDMI, как о типе кабеля для подключения телевизора, кабельного телевидения, потокового медиа-плеера и домашнего кинотеатра, но это также стандарт, который определяет, какой тип сигналов может передаваться одно оборудование по отношению к другому. Совсем недавно HDMI Forum объявил о последней версии спецификации, HDMI 2.1 и включает в себя несколько основных усовер.
В конце августа 2016 года, во время съезда IFA 2016 в Берлине, HDMI Licensing выпустила новый HDMI Alternate Mode к USB Type-C спецификации. Разработанная основателями HDMI, эта спецификация, по сути, означает, что подключение HDMI будет поддерживаться одним USB Type-C кабелем, что не требует подключения отдельного адаптера HDMI.
HDMI 2.0 VS 1.4: ОСНОВЫ. HDMI 2.0 был объявлен стандартом в конце 2013 года. Многие люди запутались, должны ли они выкинуть свои старые телевизоры, чтобы быть в тренде и следовать последней тенденции. Что касается технологий продвижения, HDMI 2.0 кажется довольно дружелюбным. Это такой же стандарт программного обеспечения, оборудования и кабелей, предназначенный для си.
Система оценки кабельных размеров немного сбивает с толку, и мы получаем много вопросов о них. Почему один акустический кабель 12 AWG выглядит меньше, чем другой? Является ли калибр кабеля хорошим индикатором качества кабеля? Что такое калибр кабеля, так или иначе, и когда и почему это важно? Давайте рассмотрим эти вопросы.
Надежный стандарт порта Universal Serial Bus (Универсальная последовательная шина) является одним из наиболее часто используемых на планете. Но Форум USB разработчиков, компендиум, образованный такими компаниями, как Intel, Microsoft, Apple, HP чтоб следить за развитием этого стандарта, не почивает на лаврах. Последняя версия стандарта USB 3.1 Type C, а также новые устройства и.
Экосистема USB зависит от «соответствия и функциональной совместимости», говорит президент и генеральный директор Форума по внедрению USB Джефф Рэйвенскрафт. Это произошло как раз на следующий день после того, как организация показала свою новую спецификацию аутентификации, мера, призванная раз и навсегда решить проблему устройств USB Type C, просто не взаимодействующих, а в некоторых случа.
С начала прошлого года стандарт USB Type C пытается проникнуть в ваши устройства, как если верить маркетингу, гибкая, двусторонняя, и когда-нибудь универсальная замена для долгоиграющего прямоугольного формата USB к которому вы, вероятно, как минимум привыкли за последнее десятилетие. И, для соединителя, который хочет обогнать что-то привычное и любимое, как USB, дела на самом деле обстоят хоро.
Спецификация DisplayPort версии 1.4 теперь завершена, отметив первое обновление стандарта с 2014 года. Он показывают безумную степень сжатия и поддержку разрешения 8К, работающего на частоте 60 Гц, и 4K до 120 Гц, а также улучшено аудио и поддержка VESA технологии сжатия видеоданных Display Stream Compression (DSC) 1.2.
Разрешение 4К / Ultra HD, ворвалось в мейнстрим как в компьютерных мониторах, так и в телевизорах. Вы можете быть удивлены, какие возможности имеются у четырех наиболее популярных типов соединений, которые вы должны использовать. Добро пожаловать в наш гид по достоинствам и подводным камням интерфейса HDMI, разъема DVI, стандарта DisplayPort и разъема VGA. Узнайте, что является новым, что стары.
HDMI ARC самая крутая TV функция, которую вы не используете (вот то, как). Если вы владелец нового HDTV, аудио видео (A/V) ресивера, звуковой панели, или домашнего кинотеатра в целом (HTiB), вы, возможно заметили (затем быстро забыли) маленькую надпись на одном из входов HDMI, которая гласит «ARC». Что это значит? Подсказка: это не имеет ничего общего с реактором, что служит источником энер.
Кабели не сексуальная технология. Но если и есть какой-то кабель, который тревожит покой любителей технологий, то это HDMI. В то время как много владельцев телевизоров могут знать технологию просто как тот странный плоский штепсель, который заставляет телевизор работать сразу после подключения, HDMI всегда в движении (развивается). Единое цифровое соединение создало великое множество способов п.
Открытие электричества резко изменило нашу жизнь, с чудесами современной науки, окружающими нас повсюду — лампочки, электрические двигатели, радиоволны. Кто хотел бы быть без них? Аудио инженеры, например, потому, что все вышеперечисленные являются потенциальными источниками загрязнения аудио сигнала, которые могут повлиять на наш первозданный сигнал, когда он перемещается между источником и ме.
Измерения. Единицы измерения. Децибелы — универсальная мера
ПРИМЕНЕНИЕ ДЕЦИБЕЛ В РАДИОЭЛЕКТРОНИКЕ И ЭЛЕКТРОАКУСТИКЕ
ЧТО ТАКОЕ ДЕЦИБЕЛЫ?
Универсальные логарифмические единицы децибелы широко используются при количественных оценках параметров различных аудио и видео устройств в нашей стране и за рубежом. В радиоэлектронике, в частности, в проводной связи, технике записи и воспроизведения информации децибелы являются универсальной мерой.
Децибел — не физическая величина, а математическое понятие
В электроакустике децибел служит по существу единственной единицей для характеристики различных уровней — интенсивности звука, звукового давления, громкости, а также для оценки эффективности средств борьбы с шумами.
Децибел — специфическая единица измерений, не схожая ни с одной из тех, с которыми приходится встречаться в повседневной практике. Децибел не является официальной единицей в системе единиц СИ, хотя, по решению Генеральной конференции по мерам и весам, допускается его применение без ограничений совместно с СИ, а Международная палата мер и весов рекомендовала включить его в эту систему.
Децибел — не физическая величина, а математическое понятие.
В этом отношении у децибел есть некоторое сходство с процентами. Как и проценты, децибелы безразмерны и служат для сравнения двух одноименных величин, в принципе самых различных, независимо от их природы. Следует отметить, что термин «децибел» всегда связывают только с энергетическими величинами, чаще всего с мощностью и, с некоторыми оговорками, с напряжением и током.
Децибел (русское обозначение — дБ, международное — dB) составляет десятую часть более крупной единицы — бела 1 .
Бел — это десятичный логарифм отношения двух мощностей. Если известны две мощности Р1 и Р2, то их отношение, выраженное в белах, определяется формулой:
Физическая природа сравниваемых мощностей может быть любой — электрической, электромагнитной, акустической, механической, — важно лишь, чтобы обе величины были выражены в одинаковых единицах — ваттах, милливаттах и т. п.
Напомним вкратце, что такое логарифм. Любое положительное 2 число, как целое, так и дробное, можно представить другим числом в определенной степени.
Так, например, если 10 2 = 100, то 10 называют основанием логарифма, а число 2 — логарифмом числа 100 и обозначают log10 100=2 или lg 100 = 2 (читается так: «логарифм ста при основании десять равен двум»).
Логарифмы с основанием 10 называются десятичными логарифмами и применяются чаще всего. Для чисел, кратных 10, этот логарифм численно равен количеству нулей за единицей, а для остальных чисел вычисляется на калькуляторе или находится по таблицам логарифмов.
Логарифмы с основанием е = 2,718. называются натуральными. В вычислительной технике обычно применяются логарифмы с основанием 2.
Основные свойства логарифмов:
Разумеется, эти свойства справедливы и для десятичных и натуральных логарифмов. Логарифмический способ представления чисел часто оказывается очень удобным, так как позволяет подменять умножение — сложением, деление — вычитанием, возведение в степень умножением, а извлечение корня — делением.
На практике бел оказался слишком крупной величиной, например, любые отношения мощностей в границах от 100 до 1000 укладываются в пределах одного бела — от 2 Б до 3 Б. Поэтому для большей наглядности решили число, показывающее количество бел, умножать на 10 и полученное произведение считать показателем в децибелах, т. е., например, 2 Б = 20 дБ, 4,62 Б = 46,2 дБ и т. д.
Обычно отношение мощностей выражают сразу в децибелах по формуле:
Действия с децибелами не отличаются от операций с логарифмами.
Нетрудно посчитать, что 1 дБ соответствует отношению мощностей примерно равному 1,259 или 26%.
2 дБ = 1 дБ + 1 дБ → 1,259 * 1,259 = 1,585;
3 дБ → 1,259 3 = 1,995;
4 дБ → 2,512;
5 дБ → 3,161;
6 дБ → 3,981;
7 дБ → 5,012;
8 дБ → 6,310;
9 дБ → 7,943;
10 дБ → 10,00.
Знак → означает «соответствует».
Подобным образом можно составить таблицу и для отрицательных значений децибел. Минус 1 дБ характеризует убывание мощности в 1/0,794 = 1,259 раза, т. е. тоже примерно на 26%.
⇒ Если Р2=Р1 т. е. P2 /P1=1, то NдБ = 0, так как lg 1=0.
⇒ Если P2 > Pl, то число децибел положительно.
⇒ Если Р2 k , где k — любое целое число (положительное или отрицательное), то NдБ = 10k, так как lg 10 k = k.
⇒ Если Р2 или Р1 равно нулю, то выражение для NдБ теряет смысл.
И еще одна особенность: кривая, определяющая значения децибел в зависимости от отношений мощностей, вначале быстро растет, затем ее рост замедляется.
Зная число децибел, соответствующих одному отношению мощностей, можно произвести пересчет для другого — близкого или кратного отношения. В частности, для отношений мощностей, различающихся в 10 раз, число децибел отличается на 10 дБ. Эту особенность децибел следует хорошо понять и твердо запомнить — она является одной из основ всей системы
К достоинствам системы децибел относят:
⇒ универсальность, т. е. возможность использования при оценке различных параметров и явлений;
⇒ огромные перепады преобразуемых чисел — от единиц и до миллионов — отображаются в децибелах числами первой сотни;
⇒ натуральные числа, представляющие степени десяти, выражаются в децибелах числами, кратными десяти;
⇒ взаимообратные числа выражаются в децибелах равными числами, но с разными знаками;
⇒ в децибелах могут быть выражены как отвлеченные, так и именованные числа.
К недостаткам системы децибел относят:
⇒ малую наглядность: для преобразования децибел в отношения двух чисел или выполнения обратных действий требуется проведение расчетов;
⇒ отношения мощностей и отношения напряжений (или токов) пересчитываются в децибелы по разным формулам, что иногда ведет к ошибкам и путанице;
⇒ децибелы могут отсчитываться только относительно не равного нулю уровня; абсолютный нуль, например 0 Вт, 0 В, децибелами не выражается.
Зная число децибел, соответствующих одному отношению мощностей, можно произвести пересчет для другого — близкого или кратного отношения. В частности, для отношений мощностей, различающихся в 10 раз, число децибел отличается на 10 дБ. Эту особенность децибел следует хорошо понять и твердо запомнить — она является одной из основ всей системы.
Сравнение двух сигналов путем сопоставления их мощностей не всегда бывает удобным, так как для непосредственного измерения электрической мощности в диапазоне звуковых и радиочастот требуются дорогие и сложные приборы. На практике при работе с аппаратурой гораздо проще измерять не мощность, которая выделяется на нагрузке, а падение напряжения на ней, а в некоторых случаях — протекающий ток.
Зная напряжение или ток и сопротивление нагрузки, легко определить мощность. Если измерения проводятся на одном и том же резисторе, то:
Этими формулами очень часто пользуются практике, но обратите внимание, что если напряжения или токи измеряются на разных нагрузках, эти формулы не работают и следует использовать другие, более сложные зависимости.
Пользуясь приемом, который был использован при составлении таблицы децибел мощности, можно аналогично определить, чему равен 1 дБ отношения напряжений и токов. Положительный децибел будет равен 1,122, а отрицательный децибел будет равен 0,8913, т.е. 1 дБ напряжения или тока характеризует возрастание или убывание этого параметра примерно на 12% по отношению к первоначальному значению.
Формулы выводились в предположении, что сопротивления нагрузок имеют активный характер и между напряжениями или токами нет фазового сдвига. Строго говоря, следовало бы рассматривать общий случай и учитывать для напряжений (токов) наличие угла сдвига по фазе, а для нагрузок не только активное, но полное сопротивление, включая и реактивные составляющие, однако это существенно только на высоких частотах.
Полезно запомнить некоторые часто встречающиеся на практике значения децибел и характеризующие их отношения мощностей и напряжений (токов), приведенные в табл. 1.
Таблица 1. Часто встречающиеся значения децибел мощности и напряжения
| ± дБ | 1 | 3 | 10 | 20 | 30 | |
| Р2/Р1 | 1,26 (0,79) |
2 (0,5) |
10 (0,1) |
100 (0,01) |
1000 (0,001) |
|
| ± дБ | 1 | 3 | 6 | 10 | 20 | 40 |
| U2/U1 или I2/I1 |
1,12 (0,9) |
1,41 (0,707) |
2 (0,5) |
3,16 (0,316) |
10 (0,1) |
100 (0,01) |
Пользуясь этой таблицей и свойствами логарифмов легко подсчитать, чему соответствуют произвольные значения логарифм. Например, 36 дБ мощности можно представить как 30+3+3, что соответствует 1000*2*2 = 4000. Тот же самый результат мы получим, представив 36 как 10+10+10+3+3 → 10*10*10*2*2 = 4000.
СОПОСТАВЛЕНИЕ ДЕЦИБЕЛ С ПРОЦЕНТАМИ
Ранее отмечалось, что понятие децибел имеет некоторое сходство с процентами. Действительно, так как в процентах выражается отношение какого-то числа к другому, условно принятому за сто процентов, отношение этих чисел также можно представить в децибелах при условии, что оба числа характеризуют мощность, напряжение или ток. Для отношения мощностей:
Для отношения напряжений или токов:
Можно также вывести формулы для пересчета децибел в проценты отношения:
В табл. 2 дан перевод некоторых, наиболее часто встречающихся значений децибел в проценты отношений. Различные промежуточные значения можно найти по номограмме на рис. 1.
Рис. 1. Перевод децибел в проценты отношений по номограмме
Таблица 2. Перевод децибел в проценты отношений
| % | 100 | 50 | 10 | 1 | 0,1 |
| NU или NI | 0 | -6 | -20 | -40 | -60 |
| NP | 0 | -3 | -10 | -20 | -30 |
Рассмотрим два практических примера, поясняющих перевод процентного отношения в децибелы.
Пример 1. Какому уровню гармоник в децибелах по отношению к уровню сигнала основной частоты соответствует коэффициент нелинейных искажений в 3%?
Воспользуемся рис. 1. Через точку пересечения вертикальной линии 3% с графиком «напряжение» проведем горизонтальную линию до пересечения с вертикальной осью и получим ответ: –31 дБ.
Пример 2. Какому ослаблению напряжения в процентах соответствует его изменение на –6 дБ?
Ответ. На 50% первоначальной величины.
В практических расчетах дробную часть численного значения децибел часто округляют до целого числа, однако при этом в результаты расчетов вносится дополнительная погрешность.
ДЕЦИБЕЛЫ В РАДИОЭЛЕКТРОНИКЕ
Рассмотрим несколько примеров, поясняющих методику использования децибел в радиоэлектронике.
Затухание в кабеле
Потери энергии в линиях и кабелях на единицу длины характеризуются коэффициентом затухания α, который при равном входном и выходном сопротивлениях линии определяется в децибелах:
где U1 — напряжение в произвольном сечении линии; U2 — напряжение в другом сечении, отстоящем от первого на единицу длины: 1 м, 1 км и т. д. Например, высокочастотный кабель типа РК-75-4-14 имеет на частоте 100 МГц коэффициент затухания α, = –0,13 дБ/м, кабель витой пары категории 5 на той же частоте имеет затухание порядка –0,2 дБ/м, а у кабеля категории 6 несколько меньше. График затухания сигнала в неэкранированном кабеле витой пары показан на рис. 2.
Рис. 2. График затухания сигнала в неэкранированном кабеле витой пары
Оптоволоконные кабели имеют существенно более низкие величины затухания в диапазоне от 0,2 до 3 дБ при длине кабеля в 1000 м. Все оптические волокна имеют сложную зависимость затухания от длины волны, которая имеет три «окна прозрачности» 850 нм, 1300 нм и 1550 нм. «Окно прозрачности» означает наименьшие потери при максимальной дальности передачи сигнала. График затухания сигнала в оптоволоконных кабелях показан на рис. 3.
Рис. 3. График затухания сигнала в оптоволоконных кабелях
Пример 3. Найти, каким будет напряжение на выходе отрезка кабеля РК-75-4-14 длиной l = 50 м, если ко входу его приложено напряжение 8 В частоты 100 МГц. Сопротивление нагрузки и волновое сопротивление кабеля равны, или, как говорят, согласованы между собой.
Очевидно, что затухание, вносимое отрезком кабеля, составляет K = –0,13 дБ/м * 50 м = –6,5 дБ. Это значение децибел примерно соответствует отношению напряжений 0,47. Значит, напряжение на выходном конце кабеля U2 = 8 В * 0,47 = 3,76 В.
Этот пример иллюстрирует очень важное положение: потери в линии или кабеле с ростом их длины возрастают чрезвычайно быстро. Для отрезка кабеля длиной в 1 км затухание составит уже –130 дБ, т. е. сигнал будет ослаблен более чем в триста тысяч раз!
Затухание в значительной мере зависит от частоты сигналов — в диапазоне звуковых частот оно будет гораздо меньше, чем в видео диапазоне, но логарифмический закон затухания будет тот же, и при большой длине линии ослабление будет существенным.
Усилители звуковой частоты
В усилители звуковой частоты с целью повышения их качественных показателей обычно вводится отрицательная обратная связь. Если коэффициент усиления устройства по напряжению без обратной связи равен К, а с обратной связью КОС то число, показывающее, во сколько раз изменяется коэффициент усиления под действием обратной связи, называют глубиной обратной связи. Ее обычно выражают в децибелах. В работающем усилителе коэффициенты К и КОС определяются экспериментально, если только усилитель не возбуждается при разомкнутой петле обратной связи. При проектировании усилителя сначала вычисляют К, а затем определяют значение КОС следующим образом:
где β — коэффициент передачи цепи обратной связи, т. е. отношение напряжения на выходе цепи обратной связи к напряжению на ее входе.
Глубина обратной связи в децибелах может быть рассчитана по формуле:
Стереофонические устройства по сравнению с монофоническими должны удовлетворять дополнительным требованиям. Эффект объемного звучания обеспечивается только при хорошем разделении каналов, т. е. при отсутствии проникновения сигналов из одного канала в другой. В практических условиях это требование полностью удовлетворить не удается, и взаимное просачивание сигналов имеет место, главным образом, через узлы, общие для обоих каналов. Качество разделения по каналам характеризуется так называемым переходным затуханием аПЗ Мерой переходного затухания в децибелах служит отношение выходных мощностей обоих каналов, когда входной сигнал подается только на один канал:
где РД — максимальная выходная мощность действующего канала; РСВ — выходная мощность свободного канала.
Хорошему разделению каналов соответствует переходное затухание 60—70 дБ, отличному –90—100 дБ.
Шум и фон
На выходе любого приемно-усилительного устройства даже при отсутствии полезного входного сигнала можно обнаружить переменное напряжение, которое вызвано собственными шумами устройства. Причины, вызывающие собственные шумы, могут быть как внешними — за счет наводок, плохой фильтрации напряжения питания, так и внутренними, обусловленными собственными шумами радиокомпонентов. Сильнее всего сказываются шумы и, помехи, возникающие во входных цепях и в первом усилительном каскаде, так как они усиливаются всеми последующими каскадами. Собственные шумы ухудшают реальную чувствительность приемника или усилителя.
Количественная оценка шумов осуществляется несколькими способами.
Простейший состоит в том, что все шумы, независимо от причины и места их возникновения, пересчитываются ко входу, т. е. напряжение шумов на выходе (при отсутствии входного сигнала) делится на коэффициент усиления:
Это напряжение, выраженное в микровольтах, и служит мерой собственных шумов. Однако для оценки устройства с точки зрения помех важно не абсолютное значение шумов, а отношение между полезным сигналом и этим шумом (отношение сигнал/шум), так как полезный сигнал должен надежно выделяться на фоне помех. Отношение сигнал/шум обычно выражают в децибелах:
где Рс — заданная или номинальная выходная мощность полезного сигнала вместе с шумом; Рш — выходная мощность шумов при выключенном источнике полезного сигнала; Uc — напряжение сигнала и шумов на нагрузочном резисторе; UШ — напряжение шумов на том же резисторе. Так получается т.н. «невзвешенное» («unweighted») отношение сигнал/шум.
Часто в параметрах аудиоаппаратуры приводится отношение сигнал/шум, измеренное со взвешивающим фильтром («weighted»). Фильтр позволяет учесть разную чувствительность слуха человека к шуму на разных частотах. Чаще всего используется фильтр типа А, в этом случае в обозначении обычно указывается единица измерения «дБА» («dBA»). Использование фильтра дает обычно лучшие количественные результаты, чем для невзвешенного шума (обычно отношение сигнал/шум получается на 6—9 дБ больше), поэтому (из маркетинговых соображений) производители аппаратуры чаще указывают именно «взвешенное» значение. Подробнее о взвешивающих фильтрах см. ниже в разделе «Шумомеры».
Очевидно, что для успешной эксплуатации устройства отношение сигнал/шум должно быть выше какого-то минимально допустимого значения, которое зависит от назначения и требований, предъявляемых к устройству. Для аппаратуры класса Hi-Fi этот параметр должен быть не менее 75 дБ, для аппаратуры Hi-End — не менее 90 дБ.
Иногда на практике пользуются обратным отношением, характеризуя им уровень шумов относительно полезного сигнала. Уровень шумов выражается тем же числом децибел, что и отношение сигнал/шум, но с отрицательным знаком.
В описаниях приемно-усилительной аппаратуры иногда фигурирует термин уровень фона, который характеризует в децибелах отношение составляющих напряжения фона к напряжению, соответствующему заданной номинальной мощности. Составляющие фона кратны частоте питающей сети (50, 100, 150 и 200 Гц) и при измерении выделяются из общего напряжения помех при помощи полосовых фильтров.
Отношение сигнал/шум не позволяет, однако, судить о том, какая часть шумов обусловлена непосредственно элементами схемы, а какая внесена в результате несовершенства конструкции (наводки, фон). Для оценки шумовых свойств радиокомпонентов вводится понятие коэффициента (фактора) шума. Коэффициент шума оценивается по мощности и также выражается в децибелах. Характеризовать этот параметр можно следующим образом. Если на входе устройства (приемника, усилителя) одновременно действуют полезный сигнал мощностью Рс и шумы мощностью Рш, то отношение сигнал/шум на входе будет (Рс/Рш)вх После усиления отношение (Рс/Рш)вых окажется меньше, так как к входным шумам добавятся и усиленные собственные шумы усилительных каскадов.
Коэффициентом шума называют выраженное в децибелах отношение:
где Кр — коэффициент усиления по мощности.
Следовательно, коэффициент шума представляет отношение мощности шумов на выходе к усиленной мощности шумов, действующих на входе.
Значение Рш.вх определяется расчетным путем; Рш.вых измеряется, а Кр обычно . известно из расчета или после измерения. Идеальный с точки зрения шумов усилитель должен усиливать только полезные сигналы и не должен вносить дополнительные шумы. Как следует из уравнения, для подобного усилителя коэффициент шума FШ = 0 дБ.
Для транзисторов и ИС, предназначенных для работы в первых каскадах усилительных устройств, коэффициент шума регламентируется и приводится в справочниках.
Напряжение собственных шумов определяет и другой важный параметр многих усилительных устройств — динамический диапазон.
Динамический диапазон и регулировки
Динамическим диапазоном называется выраженное в децибелах отношение максимальной неискаженной выходной мощности к ее минимальному значению, при котором, еще обеспечивается допустимое отношение сигнал/шум:
Чем меньше уровень собственных шумов и чем выше неискаженная выходная мощность, тем шире динамический диапазон.
Аналогичным образом определяется и динамический диапазон источников звука — оркестра, голоса, только здесь минимальная мощность звука определяется шумовым фоном. Чтобы устройство могло передать без искажений как минимальную, так и максимальную амплитуды входного сигнала, его динамический диапазон должен быть не меньше динамического диапазона сигнала. В случаях, когда динамический диапазон входного сигнала превышает динамический диапазон устройства, его искусственно сжимают. Так поступают, например, при звукозаписи.
Эффективность действия ручного регулятора громкости проверяется при двух крайних положениях регулятора. Сначала при регуляторе в положении максимальной громкости на вход усилителя звуковой частоты подается напряжение частотой 1 кГц такой величины, чтобы на выходе усилителя установилось напряжение, соответствующее некоторой заданной мощности. Затем ручку регулятора громкости переводят на минимальную громкость, а напряжение на входе усилителя поднимают до тех пор, пока напряжение на выходе снова не станет равным первоначальному. Отношение входного напряжения при регуляторе в положении минимальной громкости к входному напряжению при максимальной громкости, выраженное в децибелах, является показателем работы регулятора громкости.
Приведенными примерами далеко не исчерпываются практические случаи приложения децибел к оценке параметров радиоэлектронных устройств. Зная общие правила, применения этих единиц, можно понять, как они используются в других, не рассмотренных здесь условиях. Встретившись с незнакомым термином, определенным в децибелах, следует отчетливо представить, отношению каких двух величин он соответствует. В одних случаях это понятно из самого определения, в других случаях связь между составляющими сложнее, и, когда нет четкой ясности, следует обратиться к описанию методики измерения во избежание серьезных ошибок.
Оперируя с децибелами, следует всегда обращать внимание на то, отношению каких единиц — мощности или напряжения — соответствует каждый конкретный случай, т. е. какой коэффициент — 10 или 20 — должен стоять перед знаком логарифма.
ЛОГАРИФМИЧЕСКИЙ МАСШТАБ
Логарифмическая система, в том числе и децибелы, часто применяется при построении амплитудно-частотных характеристик (АЧХ) — кривых, изображающих зависимость коэффициента передачи различных устройств (усилителей, делителей, фильтров) от частоты внешнего воздействия. Для построения частотной характеристики расчетным или опытным путем определяется ряд точек, характеризующих выходное напряжение или мощность при неизменном входном напряжении на разных частотах. Плавная кривая, соединяющая эти точки, характеризует частотные свойства устройства или системы.
Если по оси частот численные значения откладывать в линейном масштабе, т. е. пропорционально их фактическим значениям, то такая частотная характеристика окажется неудобной для пользования и не будет наглядной: в области низших частот она сжата, а высших — растянута.
Частотные характеристики строятся обычно в так называемом логарифмическом масштабе. По оси частот в удобном для работы масштабе откладываются величины, пропорциональные не самой частоте f, а логарифму lgf/fo, где fо — частота, соответствующая началу отсчета. Против отметок на оси надписываются значения f. Для построения логарифмических АЧХ используют специальную логарифмическую миллиметровую бумагу.
При проведении теоретических расчетов обычно пользуются не просто частотой f, а величиной ω = 2πf которую называют круговой частотой.
Частота fо, соответствующая началу отсчета, может быть сколь угодно малой, но не может быть равной нулю.
По вертикальной оси откладываются в децибелах либо в относительных числах отношения коэффициентов передачи при различных частотах к его максимальному либо среднему значению.
Логарифмический масштаб позволяет на небольшом отрезке оси отобразить широкий диапазон частот. На такой оси одинаковым отношениям двух частот соответствуют равные по длине участки. Интервал, характеризующий рост частоты в десять раз, называют декадой; двукратному отношению частот соответствует октава (этот термин заимствован из теории музыки).
Частотный диапазон с граничными частотами fH и fВ занимает в декадах полосу fB/fH= 10m, где m — число декад, а в октавах 2 n , где n — число октав.
Если полоса в одну октаву слишком широка, то можно применять интервалы с меньшим отношением частот в пол-октавы или трети октавы.
Средняя частота октавы (полуоктава) не равна среднему арифметическому от нижней и верхней частот октавы, а равна 0,707 fВ.
Частоты, найденные подобным образом, называют среднеквадратичными.
Для двух соседних октав средние частоты также образуют октавы. Пользуясь этим свойством, можно по желанию один и тот же логарифмический ряд частот считать либо границами октав, либо их средними частотами.
На бланках с логарифмической сеткой средняя частота делит октавный ряд пополам.
На оси частот в логарифмическом масштабе на каждую треть октавы приходятся равные отрезки оси, каждый длиной в одну треть октавы.
При испытаниях электроакустической аппаратуры и проведении акустических измерений рекомендуется применять ряд предпочтительных частот. Частоты этого ряда являются членами геометрической прогрессии со знаменателем 1,122. Для удобства значения некоторых частот округлены в пределах ±1%.
Интервал между рекомендованными частотами составляет одну шестую октавы. Сделано это не случайно: ряд содержит достаточно большой набор частот для разных видов измерений и вбирает ряды частот с интервалами в 1/3, 1/2 и целую октаву.
И еще одно важное свойство ряда предпочтительных частот. В некоторых случаях в качестве основного интервала частот используется не октава, а декада. Так вот, предпочтительный ряд частот в равной мере можно рассматривать и как двоичный (октавный), и как десятичный (декадный).
Знаменатель прогрессии, на основе которой построен предпочтительный ряд частот, численно равен 1дБ напряжения, или 1/2 дБ мощности.
ПРЕДСТАВЛЕНИЕ ИМЕНОВАННЫХ ЧИСЕЛ В ДЕЦИБЕЛАХ
До сих пор мы полагали, что и делимое и делитель под знаком логарифма имеют произвольную величину и для выполнения децибельного пересчета важно знать только их отношение независимо от абсолютных значений.
В децибелах можно выражать также конкретные значения мощностей, а также напряжений и токов. Когда величина одного из членов, стоящих под знаком логарифма в рассмотренных ранее формулах задана, второй член отношения и числа децибел будут однозначно определять друг друга. Следовательно, если задаться какой-либо эталонной мощностью (напряжением, током) в качестве условного уровня сравнения, то другой мощности (напряжению, току), сопоставляемой с ней, будет соответствовать строго определенное число децибел. Нулю децибел в этом случае отвечает мощность, равная мощности условного уровня сравнения, так как при NP= 0 Р2=Р1 поэтому этот уровень обычно называют нулевым. Очевидно, что при разных нулевых уровнях одна и та же конкретная мощность (напряжение, ток) будут выражаться разными числами децибел.
где Р — мощность, подлежащая преобразованию в децибелы, а Р0 — нулевой уровень мощности. Величина Р0 ставится в знаменателе, при этом положительными децибелами выражаются мощности Р > Р0.
Условный уровень мощности, с которым производится сравнение, в принципе может быть любым, однако не каждый был бы удобен для практического использования. Чаще всего за нулевой уровень выбирается мощность в 1 мВт, рассеиваемая на резисторе сопротивлением 600 Ом. Выбор этих параметров произошел исторически: первоначально децибел как единица измерения появился в технике телефонной связи. Волновое сопротивление воздушных двухпроводных линий из меди близко к 600 Ом, а мощность в 1 мВт развивает без усиления высококачественный угольный телефонный микрофон на согласованном сопротивлении нагрузки.
Для случая, когда Р0 = 1 мВт=10 –3 Вт: Pр = 10 lg P + 30
Тот факт, что децибелы представляемого параметра отчитываются относительно определенного уровня, подчеркивают термином «уровень»: уровень помех, уровень мощности, уровень громкости
Пользуясь этой формулой, легко найти, что относительно нулевого уровня 1 мВт мощность 1 Вт определяется как 30 дБ, 1 кВт как 60 дБ, а 1 МВт — это 90 дБ, т. е. практически все мощности, с которыми приходится встречаться, укладываются в пределах первой сотни децибел. Мощности, меньшие 1 мВт, будут выражаться отрицательными числами децибел.
Децибелы, определенные относительно уровня 1 мВт, называют децибел-милливаттом и обозначают дБм или dBm. Наиболее распространенные значения нулевых уровней сведены в таблицу 3.
Аналогичным образом можно представить формулы для выражения в децибелах напряжений и токов:
- Главная
- Статьи
- Измерения. Единицы измерения. Децибелы — универсальная мера
Что такое приемник, радиоприемник?
В широком смысле термином «приемник» можно назвать любой объект (одушевленный или неодушевленный), который осуществляет прием, потребление чего-либо. Это может быть как перманентное, так и периодическое действие. Например, резервуары для воды, вместилища для химических жидкостей и даже специальные учреждения, в которые на временной основе помещаются люди, также относятся к приемникам. В бытовой сфере приемник стал синонимом радиоприемника, хотя если вдаваться в подробности, то подобное сравнение не совсем корректно. Радиоприемник — это приемник, который работает исключительно с радиоволнами. Рассматривать в одной статье все виды приемников не представляется возможным и нужным, данная статья сосредоточена исключительно на радиоприемниках. Слово «радиоприемник» на слуху уже не один десяток лет, однако, подавляющее большинство пользователей знает о них лишь общие сведения. Вместе с тем радиоприемники прошли множество сложнейших этапов эволюции и, наконец, превратились в привычные компактные устройства, сопровождающие нас и дома, и в автомобилях и даже в телефонах. Радиостанции FM-диапазона — одни из самых популярных продуктов, которые можно получить посредством радиоприемника, однако и сегодня, имея радиоприемник широкого диапазона, можно слушать эфир на средних и длинных волнах как 20-30 лет назад. Развитие радиоустройств происходит уже больше ста лет. За это время родились и умерли электровакуумные приборы — лампы. Многие помнят огромные ламповые телевизоры, кинескопы — электронно-лучевые трубки, а также радиолы — огромные ящики с лампами внизу, проигрывателями виниловых пластинок сверху и названиями городов на шкале выбора радиостанций. Лампы сменили полупроводники: все устройства стали меньше и легче во много раз. Затем свершилась революция интегральных микросхем, где десятки тысяч транзисторов размещены на участке крошечного размера. Транзисторный радиоприемник сначала стал размером с ладонь, а потом вообще исчез как отдельное устройство и теперь есть даже в телефоне, реализованный на кусочке микросхемы где-то там внутри.
Что такое радиоприемник
Радиоприемник представляет собой специальное радиотехническое устройство, основные задачи которого состоят в приеме, определении, выделении и, если того требуют обстоятельства, прогрессивном усилении сигналов, поступающих в радиоэфир. Проще говоря, радиоприемник принимает радиоволны и преобразует содержащуюся в них информацию в привычный для пользователя вариант. Конструктивно в состав радиоприемника должны входить: принимающее оборудование (антенна), устройства для обработки и преобразования данных (фильтры, усилители и прочее) с последующим их воспроизведением. Встречаются модели, где все указанные элементы являются самостоятельными частями, но чаще всего они уже входят в состав радиоприемника. Схема работы радиоприемника выглядит следующим образом:
- Антенна приемника улавливает электромагнитные колебания, содержащие как полезный сигнал, так и различные шумы/помехи, и преобразует их в переменный ток (ПТ).
- Колебания ПТ проходят очистку (фильтрацию) от всех ненужных помех, чтобы в конечном итоге получить необходимый сигнал.
- Сигнал подвергается детектированию, в результате которого происходит отделение полезной информации от несущей частоты и приведение ее в необходимый формат.
- Трансляция полученных данных в соответствующем виде (звук, изображение, диаграмма и так далее).
В зависимости от сложности радиоприемника количество процедур может быть больше. К примеру, в некоторых моделях сигнал может проходить многоэтапную фильтрацию по нескольким характеристикам.
Классификация радиоприемников
Классификация радиопринимающих устройств отличается разнообразием, здесь мы озвучим только самые распространенные варианты.
Радиоприемник: ключевые характеристики
Как вы уже поняли, качество радиоприемника зависит от того, насколько хорошо он выполняет базовые задачи. Изучая его технические характеристики, стоит обратить особое внимание на несколько ключевых функций.
- Чувствительность приемника – значение минимального уровня сигнала, который может быть принят, распознан и восстановлен. Величина измеряется в микровольтах, и чем она меньше, тем больше сама восприимчивость. Для работы в среде с насыщенным радиоэфиром приемнику не обязательно обладать повышенной чувствительностью, так как в этом случае он будет собирать множество посторонних помех. Соответственно, для сельской местности, где уровень сигналов относительно низкий требуется высокая чувствительность.
- Динамический диапазон приемника. С технической точки зрения ДД является отношением максимального входного сигнала к минимальному. Как правило, измеряется он в децибелах и показывает качество приемного тракта устройства. К слову, термин динамический диапазон применяется не только в технике, но и при изучении человеческого слуха.
- Селективность приемника – способность радиоприемника выделять из всего частотного многообразия текущего эфира только нужные частоты. В процессе отбора все посторонние шумы, выходящие за установленную полосу пропускания, заглушаются.
К значимым характеристикам также относят стабильность частоты и устойчивость к воздействию посторонних шумов.
Как появился радиоприемник
В завершении нашей статьи уделим немного внимания истории создания радиоприемника. Первые приблизительные образцы радиоприемника и радиопередатчика были созданы знаменитым немецким ученым Генрихом Герцем в 1887 году. Причиной их создания было стремление доказать существование электромагнитных волн, о наличии которых утверждал другой прославленный физик – Джеймс Максвелл. С помощью своих изобретений Герц не только подтвердил наличие ЭМВ, но и провел изучение их основных свойств.
Первый полноценный радиоприемник был создан русским физиком Александром Поповым. Публичная демонстрация радиоприемника в действии состоялась в 1896 г. В период предшествующий Второй мировой войне развитие радиосвязи проходило относительно неторопливо, поскольку практическое применение приемников не было необходимо. Военные действия коренным образом изменили данную «пассивную» ситуацию и стали отличным толчком к усиленному развитию радиооборудования. Именно в 40-е годы XX столетия были разработаны классические приемники. Первая портативная радиостанция также была спроектирована в этот временной промежуток. В последующие мирные года темп развития радиоприемников уже не останавливался, и буквально каждое десятилетие приносило существенные нововведения в это сферу. Так, в 1960-х на рынок взамен ламповых вышли транзисторные радиоприемники, а в 80-х началась активная разработка цифровых приемников. В новом тысячелетии радиоприемник способен осуществлять прием сигнала через интернет и, помимо своих базовых задач, предоставляет абоненту расширенный список дополнительных функций.
Как выбрать и купить приемник
Компания Маринэк на страницах каталога своего Интернет-магазина предлагает широкий выбор радиооборудования, в числе которого есть различные виды радиостанций, большинство из которых работает на прием и на передачу. Следовательно практически любую радиостанцию можно назвать как приемником, так и передатчиком. Некоторые радиостанции имеют встроенный FM-приемник для прослушивания радиопередач FM-диапазона по аналогии с современными смартфонами. В зависимости от частотного диапазона приемники радиоустройств позволяют принимать сигналы различных частот, демодулировать их, преобразуя в сигналы, поступающие на вход динамиков. Динамики радиостанции или телефона воспроизводят расшифрованный принятый сигнал на низкой частоте, доступной для восприятия человеческим ухом.
Современные радиостанции работают на множестве каналов, позволяя абоненту даже в переполненном эфире находить свободные частоты. Сканирование каналов позволяет обнаружить полезный сигнал, принять его при помощи приемника, расшифровать и направить на оконечное устройство. В этом смысле приемник как бы всегда настроен на получение конкретного вида сигналов, которые он сможет принять, то есть в приемнике содержится информация о передатчике, иначе бы обобщенный приемник не мог бы выделить полезную информацию из всего обилия сигналов. Это очень важный тезис, позволяющий понять как вообще происходит передача какой-либо информации.
Информация передается от передатчика к приемнику только в рамках каких-либо правил. Так, человек общается с другим человеком на одном языке. Или же, получая сигнал пожарной тревоги, мы, как его приемники, покидаем помещение, но только потому, что заранее знаем, как реагировать на полученный сигнал такого рода. То есть, у нас есть заранее принятые правила приема сигнала тревоги. Так и радиоприемник имеет заранее прописанные в нем правила приема радиосигналов, которые могут быть обработаны специальным образом, чтобы получился, например, голосовой сигнал в динамике. Если искать в космосе сигналы внеземных цивилизаций, то, не имея правил реагирования на некие полученные сигналы, мы не сможем достоверно оценить, что означает принятый сигнал и как его трактовать. Это происходит потому, что в наших приемниках не содержится информации о таких передатчиках.
Каждый приемник должен решать конкретные задачи, а его выбор должен отталкиваться от работы передающего оборудования и вида передаваемых сигналов. Специалисты компании Маринэк проконсультируют вас по любым вопросам, связанным с радиооборудованием, с нашей помощью вы сможете выбрать и купить приемник именно тот, который будет вам полезен применительно к тем радиосигналам, которые вы планируете получать. Обратитесь в компанию Маринэк, и любая радиостанция откроется вам с технической стороны.