7. Elektroakustika, záznam a reprodukce zvuku

Z HPM wiki
Přejít na: navigace, hledání

Obsah

ELEKTROAKUSTIKA, ZÁZNAM A REPRODUKCE ZVUKU

Akustika se zabývá vznikem, šířením a vnímáním zvuku.

Zvuk je mechanické kmitání pružným prostředím (tzv. podélné vlnění).

Jedná se o vlnění o frekvenci ve slyšitelném spektru (20Hz až 20kHz).

Akustický tlak

Akustický tlak p [Pa] je zvýšení nebo snížení tlaku oproti klidovému barometrickému tlaku,

způsobené postupným zhušťováním a zřeďováním částic prostředí.

Jeho hodnota rovná se rozdílu tlaku celkového a atmosférického v danem prostředí. Může se dostat i do záporných hodnot, relativně k atmosférické hodnotě.

P ak 2.0.png

Průběh vlevo je akustický tlak v závislosti na čase pro ton 512 Hz. Vpravo je průběh akustického tlaku náhodného zvuku v čase.

Atmosférický tlak v obou případech je 100kPa. V prvním případě má akustický tlak sinusový průběh s dobou periody 1/512 s. Amplituda tohoto průběhu může být hodnocena hodnotou peak-to-peak = 2Pa, nebo hodnotou peak = 1Pa, nebo taky hodnotou RMS (Root-Mean-Square, efektivní hodnota) = 0,71 Pa.

Vzhledem k nepravidelnosti změn průběhu vpravo, špičkové hodnoty pro nás nejsou moc k použiti, hodnota RMS nám zůstává jediná použitelná. Pro pochopení - jde o integrál druhé mocniny akustického tlaku v čase. Důvodem je fakt toho, že je to střídavá veličina. Pro sinusový signál stačí P/odmicnina2.

RMS průběhu vpravo je stejná jako vlevo.

Akustická rychlost

Rychlost kmitání částic kolem rovnovážné polohy.

Rychlost šíření zvuku

Rychlost s jakou se přenáší zvukové vlnění. Ve vzduchu se zvuk šíří rychlostí 340ms-1.

Hladina akustického tlaku

L= 20log p/p0 [dB]

p – velikost akustického tlaku

p0 – referenční akustický tlak 𝑝0 = 2 ⋅ 10−5[𝑃𝑎]



ELEKTROAKUSTICKÉ MĚNIČE

Elektroakustický měnič přeměňuje elektrický signál na akustický nebo naopak.

Dva základní principy měničů:

- Rychlostní měniče = elektrodynamický

- Výchylkové měniče = elektrostatický, piezoelektrický

Elektrodynamický měnič

Jeho činnost je založena na vzájemném silovém působení magnetického pole permanentního magnetu a magnetického pole vznikajícího průchodem proudu vodičem.

- Ve funkci reproduktoru využívá síly, která vzniká v kotvě při průchodu střídavého proudu kmitající cívkou.

Elektrodynam.png


(odkaz na elektrodynamické reproduktory http://noel.feld.cvut.cz/vyu/a2b31hpm/index.php/U%C5%BEivatel:Kristja2 )

(odkaz na elektrostatické reproduktory http://noel.feld.cvut.cz/vyu/a2b31hpm/index.php/U%C5%BEivatel:Touseada )


- Ve funkci mikrofonu využívá při své činnosti změnu magnetického toku způsobenou pohybem membrány vlivem zvukových vln.

(odkaz na elektrodynamické a elektrostatickémikrofony: http://noel.feld.cvut.cz/vyu/a2b31hpm/index.php/U%C5%BEivatel:Hyhlito1 )

Elektrostatický měnič

Jedná se v podstatě o kondenzátor, jehož jedna elektroda je pevná a druhá je ve funkci membrány pohyblivá.

Proměnná kapacita je realizována tak, že jedna elektroda je pevná a druhá elektroda je uchycená na pružné membráně. Při detekci akustického tlaku dochází ke změně vzdálenosti desek vůči sobě a tím i ke změně kapacity. Tento kapacitor je polarizován polarizačním zdrojem napětí a při změně kapacity dochází ke změně napětí na tomto kondenzátoru.

Elektrostat.png

Piezoelektrický měnič

Využívá piezoelektrického jevu. Při stlačení materiálu dochází k indukci elektrického náboje na protějších stěnách stlačovaného materiálu. Velikost tlaku pak vyhodnocujeme pomocí množství náboje resp. elektrického napětí. Možný je i opačný způsob použití při přivedení napětí na piezoelektrický materiál dochází k deformaci destičky.



ZPŮSOBY ZÁZNAMU ZVUKU

Analogový a digitální záznam zvuku.

Podle fyzikálního principu se dělí na optický a magnetický.

Magnetický záznam zvuku

Princip magnetického záznamu spočívá ve změně magnetizace pohybujícího se magnetického média. Prvním záznamovým médiem byl ocelový drát. Později byly vyvinuty magnetické pásky. Základem tohoto média je nosič, obvykle plastový materiál, pokrytý vrstvou magnetického materiálu. Změny magnetizace způsobuje změna magnetického toku v magnetickém obvodu.

Při záznamu prochází vinutím cívky el. proud s časovým průběhem odpovídajícím průběhu zaznamenané akustické zprávy. Magnetické siločáry v místě štěrbiny vybuzené elektrickým proudem vystupují z jádra hlavy do pásku a magnetizují ho.

Zpětná reprodukce funguje na podobném principu, kdy změny magnetizace záznamového materiálu způsobují změny magnetického toku snímacího magnetického obvodu a následnou indukcí napětí úměrného změnám magnetizace materiálu.

Zakřivení magnetizační křivky materiálu kolem počátku by způsobovalo zkreslení záznamu. Toto zkreslení lze odstranit předmagnetizací.

Elektromag.png

Edisonův fonograf

Jedná se o záznam, kdy zvukové chvění ovlivňuje rycí nástroj, který vytváří drážku v záznamovém médiu. Záznam v čase umožňuje pohyb média kruhovým nebo spirálovým tvarem. Zpětné snímání zajišťují snímače měnící mechanické chvění jehly na elektrický signál.

Záznam zvuku na optické nosiče

Záznam se v tomto případě provádí v digitální podobě, což znamená, že analogový signál odpovídající záznamového zvuku je převeden do číslicové podoby a následně zaznamenán na záznamový materiál. Záznam probíhá změnou povrchu záznamového média pomocí laserového paprsku. Snímání zaznamenaného zvuku je čistě optickou záležitostí. Povrch média je ozařován laserovým paprskem a snímacím prvkem (fotodioda) se vyhodnocuje intenzita odraženého optického signálu.

Základním prvkem je polovodičová laserová dioda generující při průchodu proudu intenzivní svazek fotonů určité vlnové délky. Záření je monochromatické a tvoří velmi úzký paprsek.

Dioda vyzařuje paprsek soustředěný na povrch záznamového média. Odražený paprsek se pomocí polopropustného zrcadla dostává na fotodiodu, která vyhodnocuje, zda v daném místě je zaznamenaná log. 1 či log. 0.

Optzaz.png
Diag.png

ZÁKLADNÍ PARAMETRY REPRODUKTORŮ

Účinnost reproduktoru

Poměr vyzářeného akustického výkonu ku elektrickému příkonu.

Frekvenční charakteristika reproduktoru

Závislost akustického tlaku na frekvenci.

Impedance reproduktoru

Jmenovitá impedance Zn je nejmenší hodnota impedance reproduktoru v celém kmitočtovém pásmu.

Při rezonanční frekvenci fr dochází k mechanické rezonanci pohybového systému reproduktoru a vzniká rušivé chvění membrány.

Graf125.png

Osobní nástroje
Jmenné prostory
Varianty
Akce
Navigace
Nástroje