Шаг за шагом. Усилители и радиоузлы
Шрифт:
Четыре возможные частотные характеристики показаны на рис. 19, внизу справа. На первой из них (а) завалены низшие частоты, на второй (б) — высшие. К сожалению, в реальном случае оба эти недостатка объединяются: обычно завалены как высшие, так и низшие частоты (в).
Рис. 19 Частотная характеристика громкоговорителя показывает, как изменяется звуковое давление при изменении частоты тока (синусоидального) в звуковой катушке; величина тока на всех частотах одинакова.
Звуковое давление или силу звука, как правило, указывают в децибелах, и это позволяет довольно просто оценить степень подъема (обозначают знаком «+»), либо завала (знак «—») характеристики, степень частотных искажений. За нулевой уровень принимают звуковое давление (силу звука) на частоте 1000 гц.
Иногда вводят коэффициент частотных искажений — Кч.и, который показывает, на сколько децибелов (или, что то же самое, во сколько раз) сила звука на той или иной частоте сильнее или слабее, чем на частоте 1000 гц. Так, если указано, что Кч.и-200 = 20 дб, а Кч.и-5000 = —10 дб, то это означает, что при одном и том же токе в звуковой катушке сила звука на частоте 200 гц будет в 100 раз (на 20 дб) больше, а на частоте 5 кгц в 10 раз (на 10 дб) меньше, чем на опорной частоте 1000 гц.
По частотной характеристике легко определить значение Кч.и для любой частоты.
Частотные искажения, так же как и нелинейные, приводят к изменению формы сигнала (в частности, звука), к изменению его спектра. Однако в результате частотных искажений никаких новых составляющих не возникает, а лишь меняется соотношение старых. При этом резко меняется тембр звука, из оркестра исчезают целые группы инструментов, неузнаваемыми становятся голоса певцов. Завал низших частот резко ослабляет звучание контрабаса, барабана, рояля. Если завалены высшие частоты, то прежде всего исчезают скрипки и флейты, звук становится глухим, бубнящим.
Конечно, нам хотелось бы, чтобы частотная характеристика всех наших переводчиков и других звеньев системы передачи звука была идеальной, то есть имела бы вид прямой линии во всем диапазоне от 16 гц до 22 кгц (рис. 19, г.).
В этом случае соотношение между всеми слышимыми составляющими сложных звуков оставалось бы неизменным и мы были бы гарантированы от изменений тембра и других подобных неприятностей. Но (опять эти «но»!) создание идеальной частотной характеристики во всем диапазоне слышимых частот — задача чрезвычайно сложная, и эту сложность вы вскоре почувствуете сами. Конструкторы, конечно, стремятся к равномерной частотной характеристике, но в разумных пределах. В дорогих и сложных системах высококачественного звучания диапазон воспроизводимых частот должен быть весьма широким. В простых, недорогих установках приходится идти на значительное сужение диапазона, а значит (что поделаешь!), на заметные частотные искажения, на ухудшение качества звучания.
В результате большого числа экспериментов было предложено все аппараты для воспроизведения звука разделить на четыре класса (не путайте с классами приемников — здесь нет прямого совпадения) и для каждого из них установить такую полосу частот:
Высший класс — от 30–40 гц до 14–15 кгц (неискаженное воспроизведение звука); неравномерность характеристики — 6 дб.
Первый класс — от 50 гц до 10 кгц (высококачественное воспроизведение звука); неравномерность характеристики — 6 дб.
Второй класс — от 100 гц до 6 кгц (воспроизведение среднего качества); неравномерность характеристики — 16 дб.
Третий класс — от 150–200 гц до 4 кгц (воспроизведение низкого качества); неравномерность характеристики — 16 дб.
Переход в каждый следующий, более высокий класс, например из третьего во второй или из второго в первый, связан со значительным усложнением аппаратуры. Оправдано ли это? Стоит ли затрачивать энергию, время, средства на то, чтобы на несколько килогерц расширить частотную характеристику?
Для разборчивого воспроизведения речи вполне пригодна аппаратура третьего класса. Как правило, нас удовлетворяет даже обычный телефон, где верхняя граничная частота составляет 2,5 кгц, а иногда даже 1,5 кгц. Голос собеседника при этом очень сильно искажен, однако обычно это нас не огорчает — главное, чтобы был понятен смысл сказанного. Совсем иначе обстоит дело с воспроизведением музыки.
Здесь мы уже не можем сказать: «Искажения? Пустяки! Главное, чтобы можно было догадаться, какая мелодия…»
При воспроизведении музыки искажения, и в первую очередь частотные, могут оказаться той самой ложкой дегтя, с которой и бочка меда не нужна. Во всяком случае, аппаратура третьего класса воспроизводит музыку с весьма заметными искажениями, и звучит эта музыка, прямо скажем, плохо.
Правда, точных границ между «хорошо» и «плохо» никто не устанавливал — заметность частотных искажений, так же как и нелинейных, зависит от многих факторов и в том числе от вкуса слушателя, его музыкальности, тренировки, тонкости слуха и, если хотите, от настроения и характера. Есть люди, для которых «лишь бы играло», «лишь бы музыка», а то, что под эту музыку даже не всякий цирковой слон согласится танцевать, — для них это несущественно. Наверняка никто из нас не захочет есть пирожное, в которое кондитер по рассеянности вместо сахара и крема положил горчицу и перец.
А вот музыку, в каждый звук которой композитор вложил определенный смысл, определенные мысли и чувства, мы иногда готовы проглотить, не замечая «перца» и «горчицы».
О качестве звучания, о высокой верности воспроизведения звука мы еще не раз будем вспоминать. Но сейчас, поскольку к слову пришлось, хочется посоветовать: сравните звучание карманного приемника (от него многого не потребуешь, здесь главное — габариты, вес, экономичность) и хорошей радиолы первого или даже второго класса. Такое сравнение наверняка поможет вам понять, «на что идут деньги», зачем мы строим сложную и дорогую звуковоспроизводящую аппаратуру высоких классов, почему добиваемся минимальных частотных и нелинейных искажений.
Мы с вами в самом общем виде познакомились с принципом работы главных переводчиков, с некоторыми характеристиками их работы. Теперь поговорим о конкретных типах громкоговорителей и микрофонов, применяемых в радиолюбительской аппаратуре. Начнем с микрофонов.
Данные некоторых распространенных микрофонов приведены в табл. 7.
В ней наряду с уже знакомыми нам характеристиками — полоса частот и неравномерность частотной характеристики (рис. 21) — вы встретите и незнакомые. Среди них — чувствительность. Она показывает, какое напряжение дает микрофон под действием звукового давления 1 н/м2.
Рис. 21. Частотная характеристика микрофона показывает, как зависит выходное напряжение от частоты звука при неизменном звуковом давлении.
Чем лучше микрофон преобразует звуковую энергию в электрическую, тем больше его выходное напряжение при одном и том же звуковом давлении, тем, следовательно, выше чувствительность [3].
В табл. 7 указано также рекомендованное сопротивление нагрузки, то есть сопротивление, на которое должна работать звуковая катушка микрофона. Если сделать сопротивление нагрузки больше, то возрастут искажения, а если меньше — снизится чувствительность.