Как рассчитать двухполосную акустику: Об искажениях частотных характеристик малогабаритных акустических систем и «глубоких басах»

Содержание

Как рассчитать фильтр для акустики

Трёхполосные акустические системы, состоящие из трёх динамиков, являются самым удачным решением для высококачественного звуковоспроизведения. В них используются три типа звуковых головок. Они отличаются по размеру, конструктивным особенностям и полосе воспроизводимых частот. Для разделения всего частотного диапазона выдаваемого усилителем низкой частоты используются полосовые фильтры-кроссоверы. В них используются конденсаторы дроссели и, реже, резисторы.

Сделать своими руками фильтр для динамика НЧ очень просто.Основным элементом устройства является индуктивность или дроссель. Катушка включается последовательно с низкочастотным динамиком.

Фильтр для низкочастотного динамика

Фильтр нижних частот из дросселя и конденсатора большой ёмкости называется схемой Баттерворта второго порядка. Он обеспечивает спад частот выше частоты среза до 12 dBна октаву. Схема работает следующим образом. Индуктивность в LC контуре выполняет функцию переменного резистора. Его сопротивление прямо пропорционально частоте ивозрастает с увеличением диапазона. Поэтому высокие частоты практически не попадают на НЧ динамик. Такую же функцию выполняет и конденсатор. Его сопротивление обратно пропорционально частоте и он включается параллельно громкоговорителю.

Поскольку схема устройства должна хорошо пропускать низкие частоты и обрезать высокие, то конденсаторы такого устройства имеют большую ёмкость.Пассивный фильтр для динамика может быть выполнен по более сложной схеме. Если соединить две схемы Баттерворта последовательно, то получится устройство четвёртого порядка из двух индуктивностей и двух конденсаторов. Оно обеспечивает спад частотной характеристики низкочастотного громкоговорителя в 24 децибела на октаву.

Для того чтобы выровнять частотную характеристику и более точно согласовать схему Баттерворта и динамик, между катушкой индуктивности и конденсатором, включается резистор с небольшим сопротивлением. Для этой цели лучше использовать проволочные резисторы.

Фильтры для динамиков своими руками

Сделать фильтр для динамика совсем не сложно. Он состоит всего из двух элементов – конденсатора и катушки индуктивности. Рассчитать параметры радиоэлементов для пассивной схемы низкой частоты второго порядка проще всего на онлайн калькуляторе. Там можно задать желаемый уровень среза и сопротивление акустической головки. Программа выдаст требуемую ёмкость конденсатора и индуктивность катушки. Например, выбран уровень среза 150 Гц, а сопротивление динамика равно 4 Ом. Калькулятор выдаст следующие значения:

  • Ёмкость конденсатора – 187 мкф
  • Индуктивность катушки – 6,003 мГн

Требуемую ёмкость можно получить из параллельно соединённых конденсаторов К78-34, которые специально разработаны для работы в акустических системах. Кроме того есть обновлённая линейка конденсаторов аналогичного типа. Это KZKWhiteLine. В качестве недорогих аналогов, радиолюбители часто используют конденсаторы типа МБГО или МБГП.

Катушка индуктивности на 6 мГн наматывается на оправке диаметром 1 см и длиной 6 см. Поскольку катушка не имеет магнитного сердечника в качестве бобины можно использовать цилиндр из любого материала, на который для удобства намотки, нужно сделать щёчки. Для намотки используется медный провод типа ПЭЛ диаметром 1 мм. Длина проволоки 84 метра. Намотку нужно делать виток к витку.

С целью снижения интермодуляционных искажений при звуковоспроизведении громкоговорители Hi-Fi систем составляют из низкочастотных, среднечастотных и высокочастотных динамических головок. Их подключают к выходам усилителей через разделительные фильтры, представляющие собой комбинации LC фильтров нижних и верхних частот.

Ниже приведена методика расчета трехполосного разделительного фильтра по наиболее распространенной схеме.

Частотная характеристика разделительного фильтра трехполосного громкоговорителя в общем виде показана на рис. 1. Здесь: N – относительный уровень напряжения на звуковых катушках головок: fн и fв – нижняя и верхняя граничные частоты воспроизводимой громкоговорителем полосы; fр1 и fр2 – частоты раздела.

В идеальном случае выходная мощность на частотах раздела должна распределяться поровну между двумя головками. Это условие выполняется, если на частоте раздела относительный уровень напряжения, поступающего на соответствующую головку, снижается на 3 дБ по сравнению с уровнем в средней части ее рабочей полосы частот.

Частоты раздела следует выбирать вне области наибольшей чувствительности уха (1. 3 кГц). При невыполнении этого условия, из-за разности фаз колебаний, излучаемых двумя головками на частоте раздела одновременно, может быть заметно «раздвоение» звука. Первая частота раздела обычно лежит в интервале частот 400. 800 Гц, а вторая – 4. 6 кГц. При этом низкочастотная головка будет воспроизводить частоты в диапазоне fн. fp1. среднечастотная – в диапазоне fp1. fр2 и высокочастотная – в диапазоне fр2. fв.

Один из распространенных вариантов электрической принципиальной схемы трехполосного громкоговорителя приведен на рис. 2. Здесь: B1 – низкочастотная динамическая головка, подключенная к выходу усилителя через фильтр нижних частот L1C1; В2 – среднечастотная головка, соединенная с выходом усилителя через полосовой фильтр, образованный фильтрами верхних частот C2L3 и нижних частот L2C3. На высокочастотную головку В3 сигнал подается через фильтры верхних частот C2L3 и C4L4.

Расчет емкостей конденсаторов и индуктивностей катушек производят исходя из номинального сопротивления головок громкоговорителя. Поскольку номинальные сопротивления головок и номинальные емкости конденсаторов образуют ряды дискретных значений, а частоты раздела могут варьироваться в широких пределах, то расчет удобно производить в такой последовательности. Задавшись номинальным сопротивлением головок, подбирают емкости конденсаторов из ряда номинальных емкостей (или суммарную емкость нескольких конденсаторов из этого ряда) такими, чтобы получившаяся частота раздела попадала в указанные выше частотные интервалы.

Тип конденсатора Емкость, мкФ
МБМ 0,6
МБГО, МВГП 1; 2; 4; 10
МБГП 15; 26
МБГО 20; 30

Емкости конденсаторов фильтров С1. С4 для различных сопротивлений головок и соответствующие значения частот раздела приведены в табл 2.

Zг,0м 4.0 4.5 5.0 6.5 8.0 12,5 15
С1,C2, мкф 40 30 30
20
20 15
fp1, Гц 700 840 790 580 700 520
С3,С4, мкф 5 5 4 4 3 2 1,5
fр2,кГц 5,8 5,2 5 4,4 4,8 4,6 5,4

Легко видеть, что все значения емкостей могут быть либо непосредственно взяты из номинального ряда емкостей. либо получены параллельным соединением не более чем двух конденсаторов (см. табл. 1).

После того как емкости конденсаторов выбраны, определяют индуктивности катушек в миллигенри по формулам:

Поскольку полное сопротивление головки является частотнозависимой величиной, для расчета обычно принимают указанное в паспорте головки номинальное сопротивление Zг, оно соответствует минимальному значению полного сопротивления головки в диапазоне частот выше частоты основного резонанса до верхней граничной частоты рабочей полосы. При этом надо иметь в виду, что фактическое номинальное сопротивление различных образцов головок одного и того же типа может отличаться от паспортного значения на ±20%.

В некоторых случаях радиолюбителям приходится использовать в качестве высокочастотных головок имеющиеся динамические головки с номинальным сопротивлением, отличающимся от номинальных сопротивлений низкочастотной и высокочастотной головок. При этом согласование сопротивлений осуществляют, подключая высокочастотную головку В3 и конденсатор С4 к различным выводам катушки L4 (рис. 2), т. е. эта катушка фильтра играет одновременно роль согласующего автотрансформатора. Катушки можно намотать на круглых деревянных, пластмассовых или картонных каркасах с щечками из гетинакса. Нижнюю щечку следует сделать квадратной; так ее удобно крепить к основанию – гетинаксовой плате, на которой крепят конденсаторы и катушки. Плату крепят шурупами ко дну ящика громкоговорителя. Во избежание дополнительных нелинейных искажений катушки должны выполняться без сердечников из магнитных материалов.

Пример расчета фильтра.

В качестве низкочастотной головки громкоговорителя используется динамическая головка 6ГД-2, номинальное сопротивление которой Zг=8 Ом. в качестве среднечастотной – 4ГД-4 с таким же значением Zг и в качестве высокочастотной – ЗГД-15, для которой Zг=6,5 Ом. Согласно табл. 2 при Zг=8 Ом и емкости С1=С2=20 мкф fp1=700 Гц, а при емкости С3=С4=3 мкф fр2=4,8 кГц. В фильтре можно применить конденсаторы МБГО со стандартными емкостями (С3 и С4 составляют из двух конденсаторов).

Основные разновидности акустического оформления колонок

Основные разновидности акустического оформления колонок.
Акустика открытого, закрытого и изобарического типов, а также вариантов
оформления: с лабиринтом, фазоинвертором, пассивным излучателем и т. д.


Акустические системы (колонки)
– это последнее звено аудиосистемы, воспроизводящее звук путём преобразования электрического сигнала, поступающего с выхода УМЗЧ, в механические колебания излучателей, а следом и в звуковые колебания воздуха, воспринимаемые органами нашего слуха, а при высокой мощности — и остальными частями тела.
Как ни крути, а акустическая система — это ящик, собранный из механически прочного материала с вмонтированными в него динамиками. Ящик может быть выполнен в соответствии с одной из многочисленных конструкций, определяющих тип акустического оформления системы.

Рассмотрим основные разновидности этих конструкций:

1. Акустические системы открытого типа.


Качалось бы, что может быть проще, чем отбросить от ящика заднюю стенку, либо вообще — выкинуть к едреней фене все стенки, а динамики смонтировать на простом деревянном щите?
Именно из этой простой идеи, собственно говоря, и зародились первые акустические системы, называемые системами открытого типа.
Несмотря на кажущуюся архаичность решения, подобные колонки выпускаются как промышленно, так и делаются на коленках адептов качественного аудиофильского звука.
Объясняется такой интерес полным отсутствием какой-либо компрессии с тыловой стороны диффузоров динамиков. Результат — крайне открытое и воздушное звучание акустики и реальное удовольствие при прослушивании практически любых музыкальных жанров, исключая современные танцевальные, где на первый план выходит не натуральность звучания, а необходимость наличия мощных компрессионных басов.

Помимо отсутствия жирных басов существенным недостатком открытой акустики является и крайне высокая цена промышленных изделий, и необходимость наличия большого помещения для правильной ориентации колонок по отношению к слушателю, а также возможности размещения их на изрядном расстоянии от стен.

Частным случаем открытых систем является акустика, построенная на электростатических излучателях, в которых вместо традиционных динамиков применяется натянутая во всю высоту акустической системы тончайшая плёнка из токопроводящего материала. За счёт малого веса излучателя подобные системы обладают рядом достоинств, основными из которых являются: повышенная детальность и звукопередачи, а также филигранная способность отрабатывать даже самые резкие динамические перепады. Недостатком опять-таки является некоторая недостача низких частот.
Падение звукового давления при снижении частоты ниже значения резонансной частоты подвижной системы АС открытого типа составляет 12 дБ/окт.

2. Акустические системы закрытого типа (закрытый ящик).


Рассчитать и «сколотить» полностью закрытый и герметичный ящик — дело также не сильно мудрёное и трудозатратное.
Как не странно, промышленный выпуск систем закрытого типа начался не только позже появления на свет акустики открытого типа, но также и позже распространения акустических систем с фазоинвертором на борту.
Произошло это событие сразу после начала выпуска усилителей достаточной мощности и динамиков с низкой упругостью подвеса.
Замкнутый объём воздуха внутри корпуса обладает некоторой упругостью, которая мешает свободному передвижению диффузора динамика и приводит к повышению резонансной частоты подвижной системы, что в свою очередь резко ухудшает воспроизведения частот ниже данного (резонансного) порога.

Лечится это либо увеличением внутреннего объёма изделия, либо повышением массы диффузора (для уменьшения частоты механического резонанса), что приводит к почти пропорциональному снижению чувствительности.
К неоспоримым достоинствам закрытой акустики можно отнести полное отсутствие каких-либо призвуков и фазовых огрехов, свойственных фазоинверторной акустике и акустическим лабиринтам. К недостаткам — либо довольно недетский размер колонок, либо отсутствие сверхглубоких басов при ограниченном объёме изделия.

Падение звукового давления данного типа АС при снижении частоты ниже значения резонансной частоты подвижной системы составляет 12 дБ/окт.

3. Панель акустического сопротивления.


Давно известная, но изрядно подзабытая панель акустического сопротивления (ПАС) несёт в себе достоинства как открытых, так и закрытых акустических систем, сочетая естественность звучания (без фазовых и переходных искажений) с простотой исполнения.
Панель представляет собой множество отверстий 5…20 мм в диаметре на задней стенке корпуса громкоговорителя.
Суммарная площадь отверстий — около 60…80% от эффективной площади диффузора НЧ динамика.

Поверх отверстий ту

МНОГОПОЛОСНЫЕ КОЛОНКИ | Hiendmusic.ru

МНОГОПОЛОСНЫЕ АКУСТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ

Появление новых музыкальных жанров, в частности, активное развитие рок музыки в конце 60х – 70х годов 20 века и параллельное совершенствование акустических систем привели к появлению многополосных колонок, в которых использовались две или более динамические головки, каждая из которых воспроизводила только часть общего спектра сигнала. В зависимости от числа раздельных полос воспроизведения акустические колонки могут быть двухполосными, трехполосными и т. д. Классические многополосные колонки имеют от трех до четырех полос разделения.

Неотъемлемой частью любой многополосной акустической установки является разделительный фильтр, обеспечивающий подведение к каждой динамической головке только тех частот, которые он пропускает. Число фильтров должно быть равно числу головок. В зависимости от полосы частот, на которой те или иные головки работают лучше всего, они делятся на низкочастотные, среднечастотные и высокочастотные. Рекомендуемые разделительные граничные частоты фильтров между собой равны 500 Гц, 1 кГц, 2 кГц, 4 кГц, 8 кГц. В двухполосных установках граничные разделительные частоты обычно равны 0,5 или 2 кГц, а в трехполосных — 0,5 и 4 кГц.

Основой любой акустической системы является диффузорный электродинамический громкоговоритель. В диффузорном громкоговорителе диффузор (рассеиватель), входящий в его механическую подвижную систему, выполняет функции преобразования механических колебаний в акустические и излучения звука.

Процесс излучения звуковых волн довольно прост: при своих колебаниях диафрагма приводит в движение частицы прилегающего к ней воздуха, создавая попеременно его сжатие и разрежение. Колебания этих частиц передаются соседним слоям воздуха и т. д., создаются волны сжатия и разрежения, которые движутся со скоростью звука вдаль.

Магнитное поле создается кольцевым постоянным магнитом (в ряде громкоговорителей магнитом служит керн) и магнитной цепью из двух фланцев и керна. Между керном и верхним фланцем есть кольцевой зазор, в котором размещена звуковая катушка, свободно колеблющаяся в нем. Чтобы диффузор не изгибался как мембрана и для создания необходимой жесткости, ему обычно придают форму усеченного конуса с круговым или эллиптическим основанием. Тем не менее на высших частотах диффузор, изгибаясь, колеблется как мембрана: волны изгиба двигаются от центра к периферии и обратно, создавая стоячие волны по радиусам диффузора. Для больших диаметров диффузора (около 25 см) эти колебания начинают появляться на частотах выше 1500 Гц, для меньших — на более высоких частотах и воспринимаются слушателем как искажения звука.

Механическая колебательная система имеет резонансную частоту Wm = l/sqr(mCm), которую называют частотой механического резонанса (т — масса подвижной системы; Сm- ее гибкость. Ниже частоты механического резонанса среднее звуковое давление громкоговорителя резко падает. Практически для широкополосных громкоговорителей не удается уменьшить частоту механического резонанса до 60…70 Гц. Следовательно, нижняя граница передаваемого диапазона частот не менее 50…60 Гц, а в большинстве случаев не менее 70…80 Гц. Частоту, выше которой диффузор колеблется как мембрана, можно повысить (при сохранении его массы и размеров), придав диффузору большую жесткость. Эта достигается утолщением стенок диффузора с уменьшением их толщины к периферии.

Динамический громкоговоритель, который по стандартам надо называть «головка динамическая прямого излучения», и который называют все просто «динамиком», был запатентован американцами Райсом и Келлогом в 1925 г. Если взглянуть сегодня на их заявку, то о том, что со дня её подачи прошло восемь десятков лет можно будет судить только по пожелтевшей бумаге. Так мало изменилось в основных чертах конструкции этого устройства, разве что магнитная система стала изящней. И в то же время не приходится сомневаться, что как основной способ преобразования переменного электрического тока в звуковые колебания динамик легко и уверенно шагнет и в третье тысячелетие.

Все революционные конструкции — электростатические, ленточные, планарные, изодинамические, сотовые многослойные и пр., как оказалось, приносят больше проблем, чем решают, а потому так и не смогли вытеснить со сцены классическую конструкцию динамика.

Наиболее заметные усовершенствования в конструкции динамика связаны с появлением новых материалов для изготовления диффузоров. Вслед за бумагой, другими композициями на целлюлозной основе появились полимеры, композиты, металлы и сплавы. Интересно, что в области материалов для изготовления диффузоров наблюдается как бы ситуация накопления — новые прибывают, а старые не исчезают. Дело в том, что два важнейших требования, определяющих качество диффузора, не просто противоречивы, а почти несовместимы. Это — жесткость, которая должна быть как можно выше, и внутреннее затухание, которое тоже жизненно необходимо.

Диффузор — это мембрана или купол воспроизводящий звук. Материал диффузора — чаще всего, прессованная бумага (целлюлоза) с пропиткой для высококлассных моделей. Основные к нему требования, чтобы диффузор не подвергался деформациям во время работы. Выбор материалов для диффузоров очень широк, и определяется большим предпочтением разработчика. Вошло в моду изготовление диффузоре из алюминия, кевлара, полипропилена, дерева, углепластика, лавсана, нередко используются комбинированные материалы (сандвич).

Динамическая головка.

Динамическая головка была изобретена Российским учёным Поповым ещё до 1917 года, а запатентована американцами Райсом и Келлогом в 1925 г., и наиболее заметные изменения в её конструкции связаны с появлением новых материалов для изготовления диффузоров и магнитных систем. Несмотря на присущие ей недостатки, она вполне универсальна, а все иные типы излучателей (ленточные, электростатические и др.) имеют ограниченную область применения. Использование их в АС сопряжено с рядом проблем, но может представлять определенный интерес при создании оригинальных систем.

Для того, чтобы было легче ориентироваться, выбирая акустические излучатели, напомню их основные параметры и принятые англоязычные обозначения, используемые большинством зарубежных производителей.

Таким образом, материал диффузора должен сочетать малую удельную массу с высокой жесткостью и большим затуханием. Поиск компромисса при таких противоречивых требованиях заставляет конструкторов использовать новые материалы, которые успешно сосуществуют со старыми. При этом, решение одних проблем, нередко приводит к появлению новых. Как это ни парадоксально, но бумажные диффузоры пока наиболее удачно сочетают в себе все необходимые характеристики.

  1. Бумажные диффузоры применяют в головках с момента их «рождения». Первоначально они были клееные, в настоящее время их изготавливают преимущественно методами литья и прессования, с различными пропитками из сложных природных или простых синтетических составов. Прессованные диффузоры конической формы недороги, но очень сложны технологично и обладают рядом недостатков, главным образом — невысокой жесткостью. Диффузоры более высокого качества производят методом литья. Жидкая бумажная масса наносится на матрицу (обычно она из металлической сетки) и, затвердевая, образует заготовку диффузора. При такой технологии за счет применения криволинейной образующей и переменной толщины диффузора, уменьшающейся от центра к краям, удается отчасти решить проблему жесткости. Бумажные диффузоры могут применяться в головках практически всех типов.

Достоинства таких диффузоров — прекрасное внутреннее демпфирование, при котором полное отсутствие местных резонансов, что отражается на высочайшее воспроизведение детализированности, наивный переход от поршневого режима работы к зонному. Гладкая АЧХ позволяет не беспокоиться о поведении головки за пределами полосы рабочих частот, что дает возможность использовать простейшие разделительные фильтры с малой крутизной спада и минимальными фазовыми искажениями. Субъективная оценка качества звучания очень высокая, и соответствует идеальному воспроизведению тонального баланса.

Основное преимущество бумажных диффузоров — наивысшее воспроизведение проработанных мельчайших деталей звучания, чистейший, без каких либо окрасов, звук, что создает наибольшую прозрачность, реальность и глубину звуковой картины. Механическая прочность невысока, и это ограничивает максимальную подводимую мощность. Технологический разброс параметров головок массовых серий велик, что при высоких требованиях к качеству звучания, может потребовать предварительного их отбора. Поэтому, при производстве АС с бумажными диффузорами, требуется очень тщательный подбор головок, компонентов, а также особый подход при сборке и настройке АС. После чего, можно получить высококачественные, но дорогие акустические системы и даже Hi-GH, что невозможно достичь с динамическими головками из других материалов, несмотря на то, какими бы красивыми и даже пуленепробиваемыми они не были.

  1. Полипропилен был впервые применен, как материал для изготовления диффузоров, при разработке мониторов для звуковых студий Би-Би-Си в 1975 г., и в настоящее время широко используется в головках самого различного назначения. Благодаря довольно большому демпфированию, правильно сконструированный полипропиленовый диффузор может обеспечить ровную и гладкую АЧХ, при высоких значениях удельного звукового давления.

Материал намного технологичнее и проще в изготовление, чем бумажные композиции, и может с успехом применяться при автоматизированном производстве. Единственная проблема — неудовлетворительная адгезия при использовании большинства промышленных клеящих составов не решена. Именно за технологичность и недорогое сырье полипропилен полюбился некоторым производителям массового ширпотреба, что отчасти подпортило репутацию этого материала.

Жесткость чистого полипропилена не очень высока, и большинство компаний, выпускающих качественные головки с полипропиленовыми диффузорами, используют минеральные добавки: кварц, слюду, силикат магния для повышения жесткости не в ущерб демпфированию.

Достоинства головок с полипропиленовыми диффузорами — очень гладкая АЧХ, нейтральное звучание, хорошие импульсные характеристики, плавный переход к зонному режиму, устойчивость к атмосферным воздействиям. Лучшие образцы полипропиленовых диффузоров по прозрачности звучания уступают бумажным, и из-за своего синтетического состава проигрывают по «живой детальности» звукового образа. Основная область применения — средние по звуку широкополосные и низкочастотные головки, а также для авто и катеров. Эти головки очень устойчивы к атмосферным воздействиям, так что полипропиленовые динамики, исходно не предназначенные для автомобильного применения, можно со спокойной душой ставить в машине, в самые опасные с точки зрения влажности места.

Недостатки — По детальности звучания уступают динамикам с диффузорами высокой жесткости. Неплохой материал для сабвуферов, если только используется материал большой толщины или эффективные минеральные добавки.

Можно отметить, что наиболее удачные примеры применения полипропиленовых диффузоров почему-то сосредоточились в Скандинавии. Эталонами здесь специалисты считают 7-мид-басы от Scan-Speak, Dynaudio и Vifa.

  1. Композитные(Углеволокно). Диффузоры, отформованные из композитных материалов на основе ткани из угольных волокон, сейчас присутствуют в гамме многих производителей, впрочем, чаще всего наряду с другими модификациями, что показывает — углеволокно все же не панацея.

Композиты на основе углеродных волокон в течение уже более чем 20 лет составляют красу и гордость аэрокосмической техники благодаря уникальному, даже в сравнении со стеклопластиками, сочетанию малого удельного веса с очень высокой жесткостью.

Углепластиковые диффузоры идеально работают в поршневом диапазоне, великолепно обслуживая басовый и мидбасовый регистры на основе ткани из углеродных волокон, обладают уникальным сочетанием малой удельной массы с очень высокой жесткостью. Однако из-за недостаточного внутреннего демпфирования и сложной анизотропной структуры материала переход к зонному режиму сопровождается многочисленными пиками и провалами на АЧХ вблизи верхнего края рабочего диапазона.

Для успешного подавления нежелательных призвуков необходимы разделительные фильтры с большой крутизной спада, иногда требуется применение избирательных корректирующих цепочек, либо специальных корректоров. Это намного усложняет конструкцию системы, и создает проблемы с фазовыми искажениями. Основная область применения — сабвуферы.

Зато там, где частота раздела намного ниже верхнего края поршневого диапазона (то есть у сабвуферов), углепластики способны дать действительно мощный, телесно ощущаемый бас.

В конструкции мид-басов все чаще применяют другой композит — на основе кевлара.

  1. Кевлар.

Кевлар известен, в частности как материал для пуленепробиваемых жилетов. Первые кевларовые головки выпустила в середине 80-х годов французская фирма Focal, немецкая Eton, а также английская B&W. Жесткость кевларовых диффузоров необычайно высока, поэтому со всей силой проявляются проблемы, характерные для диффузоров высокой жесткости. На частотах 3….4 кГц и выше проявляется характерный «кевларовый» звук -изрезанная частотная характеристика, следствие резкого перехода сверхжесткого диффузора в зонный режим. На слух это воспринимается в СЧ диапазоне как жесткий, агрессивный звук, явно диссонирующий со звучанием этой же головки в нижней части среднечастотного диапазона. В самой же НЧ головке доминирует туповатый (неотчётливо проработанный) массивный бас. Конструкторы таких систем вынуждены ставить довольно сложные разделительные фильтры четвертого порядка (24 дБ/окт.), дополненные корректирующей цепочкой с настройкой ее на частоту «кевларового» резонанса — обычно в диапазоне 5….7 кГц, что даёт очень сильные изменения в тональном балансе живого звука.

Эффект «кевларового» звука — следствие сочетания высокой жесткости с малыми внутренними потерями. Чтобы улучшить демпфирование, фирма Eton разработала трехслойный материал, состоящий из двух слоев: кевларового композита и вклеенного между ними жесткого «сотового» слоя. Сходный материал использует фирма Focal под названием Aerogel. Другие производители применяют для подавления нежелательных резонансов демпфирующее резиновое покрытие с нижней стороны диффузора или широкий воротник подвеса. Изготовление таких акустических систем очень дорого, что и притягивает многих любителей непонятного для меня звука.

  1. Металлические диффузоры.

Попытки использования чисто металлических диффузоров нельзя считать удачными, поскольку их значительная масса снижает чувствительность головок до 84….87 дБ. Отсутствие внутреннего демпфирования приводит к появлению ярко выраженных пиков на частотах 5…. 10 кГц. Пронзительное хриплое звучание рупорных «колокольчиков», установленных в парках или на площадях — кошмар меломана. Чисто металлические диффузоры применяются только в отдельных моделях сабвуферов и купольных головках ВЧ. Многие производители, освоившие логику создания жестких диффузоров, пробовали (а некоторые и продолжают) делать металлические диффузоры мидбасовых головок. Здесь активно оперируют Phase Linear, Infinity, AVANCE, Скан Спик, несколько небольших американских фирм, специализированных на одну-две модели (например — Alumapro, которая больше ничего и не выпускает). Компания Pioneer выпустила модель в верхней линейке Premier — с характерными объёмными выштамповками по кругу. Пока такие головки — скорее исключения, и устойчивой статистики по ним нет, но по отрывочным признакам они находят применение главным образом в установках, рассчитанных больше на предельные уровни звукового давления, нежели на максимально качественное звучание. Сегодня хотелось бы отметить хорошие результаты комбинированных ВЧ головок, куда в состав диффузора входит шёлк, лавсан и титан.

  1. Жёсткие трехмерные конструкции с плоской излучающей поверхностью и внутренним заполнителем в виде сот или вспененного полимера трудно считать новинкой. Такие головки пробовали делать еще в начале 70-х, причём чтобы подчеркнуть, что они ничего общего не имеют с «устаревшими» диффузорными динамиками, им придавали прямоугольную форму со скругленными углами. Потом как-то тихо, без лишнего шума плоские поршни исчезли со сцены, чтобы появиться снова в продукции наиболее продвинутых и технически бесстрашных компаний в облике СЧ головок и сабвуферов.

Объемный поршень — теоретический идеал излучающей поверхности, но реализоваться он мог только, если был бы невесомым и абсолютно недеформируемым. На деле из-за высокой массы диффузора-поршня конструкторам приходится сложно бороться за звуковую отдачу, а изгибные колебания обычных диффузоров в зонном диапазоне излучения уступают место ничуть не более приятным объемным колебаниям и поперечной «раскачке» тяжелого диффузора. Преимущество таких головок в том, что басе который, как правило не локализуется, становится направленным, что создаёт эффект большей отдачи и компрессии в НЧ.

ВЧ головки

«Пищалки» с мягкими куполами из шёлка или синтетических материалов в настоящее время практически вытеснили диффузорные ВЧ излучатели. Конструктивная особенность купольных головок в том, что вся излучающая поверхность находится внутри звуковой катушки, а не снаружи, как у диффузорных головок.

Достоинство мягких куполов — прекрасное внутреннее демпфирование создает предпосылки для получения гладкой АЧХ с плавным спадом на верхнем краю рабочего диапазона и хорошей переходной характеристики. Недостатком является ограниченная перегрузочная способность, предъявляющая повышенные требования к частоте и/или крутизне спада разделительно фильтра. Высокий профиль купола расширяет диаграмму направленности по сравнению с более плоскими металлическими куполами, которые требуют от конструкторов применения рассеивающих акустических линз, т.е. источников дифракционных искажений АЧХ.

«Пищалки» с жесткими куполами из металлов. Сверхтонкие купола из титана и алюминия стали внедрять в середине-80-х годов; для их изготовления использовали методы прецизионного электролиза и вакуумного напыления.

Как и положено головкам с жесткими диффузорами, «пищалки» с металлическими куполами имеют характерный пик АЧХ на частотах 18….28 кГц величиной до 3..12 дБ. При определенных условиях может возникнуть интермодуляция этих составляющих с другими, находящимися в звуковом диапазоне. На слух это может восприниматься как «металлический» тембр звучания. Нужно отметить, что звучание лучших образцов куполов — прозрачное, чистое, приближающееся к звучанию ленточных излучателей. Ленточные ВЧ головки очень хороши для воспроизведения высоких частот, но у них есть свой ужасающий недостаток — ОЧЕНЬ узкая направленность, а-ля лазерный прицел.

Жесткость диффузора означает, что ускорение звуковой катушки передается без изменения всей излучающей поверхности — от центра до краев. Это выражается потом в ровной частотной характеристике, быстрой атаке на импульсном сигнале, низких интермодуляционных искажениях. Если бы нужна была только жесткость, все диффузоры делались бы из металла. Некоторые и делаются, но поскольку внутреннее затухание в металле ничтожно, для предотвращения собственного «звона» диффузора конструкторам приходится идти на разнообразные ухищрения, и тем не менее окончательно победить резонансы жестких диффузоров так и не удается.

Если бы требовалось только внутреннее затухание, диффузоры надо было бы делать из полупластичной массы вроде известных всем вибродемпфирующих панелей (Dynamat и прочие). Но в этом случае жесткость диффузора была бы ничтожной, и в процессе колебаний только его центральная часть, прикрепленная к звуковой катушке, двигалась бы вместе с ней, а внешние края болтались бы как уши у слона и излучали совершенно не то, что требуется.

Поиск компромисса при таких противоречивых требованиях заставляет конструкторов пробовать все: жесткие материалы (тогда надо заботиться о демпфировании) и материалы с большим затуханием (тогда надо принимать конструктивные меры против нежелательных деформаций). Удивительно, но до сих пор одним из наиболее удачных вариантов баланса между жесткостью и демпфированием обладает древнейший материал для изготовления диффузоров — бумага.

Внутреннее демпфирование акустических систем предотвращает окрашивание звучания, устраняя локальные пики и провалы на АЧХ, снижает слуховую утомляемость, способствует быстрому затуханию импульсных сигналов. Для внутреннего демпфирования используют войлок, синтепон и специально разработанные материалы, например, шерстевату.

Важные конструктивные элементы акустических систем и термины, принятые в акустике:

Керн — передаёт магнитное поле внутрь катушки, но не должен сам намагничиваться, поэтому изготавливается из магнитомягкого материала.

Каркас катушки — цилиндрический каркас, на котором держится звуковая катушка. Изготовляется из тонкого прочного материала, не экранирующего магнитное поле и обладающего минимальной массой. В конструкциях применяют — исключительно электрокартон или алюминий.

Магнитная система — создаёт магнитное поле, в котором перемещается катушка. Очевидно, что чем сильнее это поле, тем больше КПД имеет динамик (тем он громче), поэтому конструкторы стремятся использовать высокоэффективные магнитные материалы. При случайных ударах или разборке магнитной системы или воздействия высокой температуры — характеристики могут необратимо ухудшиться. Иногда магнитная система сверху экранируется (например, для динамиков, встраиваемых в мониторы центрального канала). Раньше встречались Hi-End конструкции, где для усиления магнитного поля на магнитную систему наматывалась дополнительная катушка, питаемая от вспомогательного источника.

Номинальная мощность — максимально рекомендованная производителем подводимая электрическая мощность, ограниченная тепловой и механической прочностью громкоговорителя и нелинейными искажениями. Данная работоспособность соответствует меньшему значению мощности, чем максимально возможное заданное значение недолговременной её работоспособности. Обычно оно меньше паспортного в два раза. Громкоговоритель не должен выходить из строя при длительном его воздействии.

Панель акустического сопротивления (сокращенно — ПАС) — это устройство акустического  демпфирования диффузора динамика, которое позволяет радикально снизить акустическую добротность и как следствие заметно уменьшить полную добротность динамика. Конструктивно — это отверстие или группа отверстий или щелей, в стенке АС общей площадью от 20 до 80% от эффективной излучающей поверхности диффузора динамика, на входе в которое помещена ткань или иное волокнистое вещество, создающее сопротивление продуву воздуха. Применение ПАС, т.е. акустического демпфера, позволяет затормозить собственные колебания диффузора , в результате существенно снизится время «послезвучия» и заметно повысится качество звучания. ПАС может быть применена как к низкочастотному так и к среднечастотному динамику. Эксперименты показали, что эффективность работы ПАС зависит от плотности применяемой ткани и от количества и размеров отверстий. Математическому расчету ПАС не поддается и на практике подобрать оптимальное соотношение ткань/площадь панели удается только экспериментально. Это одна из главных причин, почему такой вид акустического оформления практически не применяется сейчас., хотя в 50-е годы прошлого века его с успехом использовали. Первые сведения о ПАС , по другому — апериодическая мембрана, появились в работах Бриггса в 1956 году, а чуть раньше этот метод был запатентован на Гудмансе… с тех пор многие компании в разных вариантах использовали данную идею, пока техническая революция конца 60-х годов с повальной транзисторизацией и уменьшение объемов акустических систем не оттеснили эту очень удачную находку. Можно почти с уверенностью сказать — с отказом от ПАС завершился золотой век АУДИО.

Подвес — через него диффузор прикрепляется к раме — корпусу (диффузородержателю). Может формоваться вместе с диффузором в процессе его формовки, а может изготовляться отдельно из другого материала- латекса, пеннополиуретана, каучука, резины, прессованного поролона, кожи и так далее. Главное, подвес должен оказывать минимальное сопротивление колебаниям диффузора во время работы. Часто бумажный гофр пропитывают специальными составами для большей гибкости и в то же время гасящими паразитные резонансные колебания. Обычно подвес приклеивается к раме.

Рабочий центр — обычно геометрический центр симметрии выходного отверстия излучателя. Для сложных излучателей рабочий центр указывается в описании громкоговорителей.

Фазоинвертор – важный элемент большинства сегодняшних акустических систем. Фазоинвертор представляет собой щель или трубу, находящуюся в корпусе звуковой системы. За счет резонанса этой трубы обеспечивается расширение низкочастотного диапазона. С конструктивной точки зрения фазоинвертор – это закрытый, но не полностью герметичный ящик.

Принцип работы фазоинвертора

Суть работы данного устройства заключается в том, что при помощи акустического резонатора осуществляется переворот (инверсия) фазы звуковой волны, исходящей от тыльной части диффузора. На выходе фазоинвертора эта уже инверсированная волна суммируется с волной, излучаемой фронтальной поверхностью диффузора. Это существенно увеличивает на частоте настройки прибора уровень звукового давления.

Достоинства и недостатки устройства

Преимущества этого вида акустического оформления известны достаточно хорошо. Приблизительно 90 % производимых в мире современных акустических систем оснащены фазоинвертором. Нижняя граница частоты в таких системах в 1,26 раза меньше, чем в закрытых аналогах (при одинаковых размерах корпуса и КПД).

Если взять акустику с одинаковыми габаритами и показателями нижней границы частоты, то системы с фазоинвертором будут обладать большим на 3 дБ КПД. И наконец, при одинаковых значениях нижней границы частоты и КПД, габариты такой системы будут значительно меньше.

К недостаткам фазоинвертора можно отнести невысокие переходные характеристики (по сравнению с системами закрытого типа) и более сложный процесс согласования усилителя с акустической системой. То есть длительность затухания и время нарастания звукового сигнала определяются лишь качеством исполнения самого фазоинвертора. На практике это проявляется в глухом звуке литавр, «бухающем» звучании барабана, размытости щипка при воспроизведении музыки от струнных инструментов и пр.

Стоит отметить, что достоинства существенно перевешивают вышеупомянутые недостатки. Поэтому большинство компаний, специализирующихся на производстве звукового оборудования, внедряют в свои модели данное устройство.

Простому меломану – пользователю акустических систем достаточно знать про фазоинвертор несколько простых, но очень важных вещей. В комнате площадью меньше 12 метров нельзя устанавливать колонки с фазоинвертором расположенным в задней части – получите отвратительное буханье вместо музыки. Для небольших помещений лучше выбирать колонки с передним расположением фазоинвертора или вовсе без него. Если ваши колонки оснащены фазоинвертором, и вам кажется, что бас «бубнит» — попробуйте заткнуть отверстие фазоинвертора любой плотной тряпкой – иногда это помогает.

Частотная характеристика громкоговорителя по звуковому давлению — зависимость звукового давления, развиваемого громкоговорителем в точке свободного поля (находящейся на определенном расстоянии от рабочего центра прослушивания) от частоты при постоянном напряжении на соединительных клеммах громкоговорителя.

С) Александр Ян-Беляевский «Кое-что об акустике».

Скорость звука Формулы

Возмущение, внесенное в какую-либо точку вещества — твердого или жидкого, — будет распространяться через вещество как волна с конечной скоростью.

Акустическая скорость и скорость звука

Скорость, с которой небольшое возмущение будет распространяться в среде, называется Акустическая скорость или Скорость звука.

Скорость звука связана с изменением давления и плотности вещества и может быть выражена как

c = (dp / dρ) 1/2 (1)

где

c = скорость звука (м / с, фут / с)

dp = изменение давления (Па, фунт / кв. Дюйм)

dρ = изменение плотности (кг / м 3 , фунт / фут 3 )

Скорость звука в газах, жидкостях и твердых телах

Акустическая скорость также может быть выражена с помощью закона Хука как

c = (K / ρ) 1/2 (2)

где

K = объемный модуль упругости (Па, фунт / кв. Дюйм)

ρ = плотность (кг / м 3 , фунт / фут 3 )

Это уравнение действительно для жидкостей , твердые вещества и газ es.Звук быстрее распространяется через среды с более высокой эластичностью и / или меньшей плотностью. Если среда вообще несжимаема — несжимаема — скорость звука бесконечна ( c ≈ ∞).

  • свойства при 1 бар и 0 o C

Скорость звука — скорость звука — в идеальных газах

Поскольку акустические возмущения, вносимые в точку, очень малы, теплопереносом можно пренебречь и для газов предполагается изэнтропический. Для изоэнтропического процесса можно использовать закон идеального газа, а скорость звука можно выразить как

c = (kp / ρ) 1/2

= (k RT) 1/2 (3)

где

k = отношение удельных теплоемкостей (индекс адиабаты)

p = давление (Па, фунт / кв. Дюйм)

R = индивидуальная газовая постоянная (Дж / кг · K, фут-фунт / оторочка o R)

T = абсолютная температура ( o K, o R)

Для идеального газа скорость звука пропорциональна корень квадратный из абсолютной температуры.

Пример — Скорость звука в воздухе

Скорость звука в воздухе при 0 o C (273,15 K) и абсолютном давлении 1 бар можно рассчитать как

c = (1,4 (286,9 Дж / К кг) (273,15 K)) 1/2

= 331,2 (м / с)

где

k = 1,4

и

R = 286.9 (Дж / К кг)

Скорость звука в воздухе при 20 o C (293,15 K) и абсолютном давлении 1 бар можно рассчитать как

c = (1,4 (286,9 Дж / K кг) (293,15 K)) 1/2

= 343,1 (м / с)

Пример — Скорость звука в воде

Скорость звука в воде при 0 o C можно рассчитать как

c = ((2.06 10 9 Н / м 2 ) / (999,8 кг / м 3 )) 1/2

= 1435,4 (м / с)

где

E v = 2,06 10 9 (Н / м 2 )

и

ρ = 999,8 (кг / м 3 )

Скорость звука в Твердые тела

Дозвуковая и сверхзвуковая скорость

  • Если число Маха ниже 1 , скорость потока ниже скорости звука — и скорость дозвуковая .
  • Если число Маха 1 — скорость околозвуковая .
  • Если число Маха выше 1 , скорость потока выше скорости звука — и скорость равна сверхзвуковой.

Введение в уровни сигналов — открытие звука в море

перейти к содержанию

Ищи:

  • Домой
  • Наука о звуке
    • Звук
      • Что такое звук?
      • Как вы характеризуете звуки?
        • Амплитуда (интенсивность)
        • Частота
        • Длина волны
      • Как создаются звуки?
      • Что происходит при большом звуковом давлении?
    • Движение звука
      • Как быстро распространяется звук?
      • Почему звук становится слабее при перемещении?
        • Распространение звука
        • Звукопоглощение
      • Как движется звук?
        • Отражение
        • Отражение
        • Рассеяние
      • Как звук распространяется на большие расстояния? Канал ГНФАР
        • История канала ГНФАР
        • Минимальная скорость звука
        • Перенос звука в канале ГНФАР
        • Изменчивость звукового канала
      • Как морской лед влияет на распространение звука?
    • Измерение звука
      • Как измеряется звук?
      • Какие единицы используются для измерения звука?
      • Как просматриваются и анализируются звуки?
      • Как измеряется слух?
      • Какие звуки слышат люди?
      • Какие звуки слышат животные?
    • Звуки в море
      • Что такое обычные подводные звуки?
      • Чем звук в воздухе отличается от звука в воде?
      • Как люди и животные используют звук в море?
      • Почему звуки обладают определенными свойствами?
      • Как закисление океана повлияет на уровень шума в океане?
      • Как морская жизнь влияет на уровень шума в океане?
      • Как судоходство влияет на уровень шума в океане?
      • Шумовое поле в Арктике
    • Дополнительные темы
      • Что такое интенсивность?
      • Введение в децибелы
      • Введение в уровни сигналов
      • Обработка сигналов
      • Уровни звукового давления и уровни звукового воздействия
      • Частотное взвешивание уровней сигналов
      • Введение в фазу
      • Изменчивость шума океана и бюджеты шума
      • Цилиндрические vs.Сферическое распространение
      • Распространение от массива источников звука в ближнем и дальнем поле
      • Распространение фронта волны
      • Как распространяется звук на мелководье?
      • Как звук распространяется на очень мелководье?
      • Уравнение сонара
        • Пример уравнения сонара: активный сонар
        • Пример уравнения сонара: пассивный сонар
      • Порог обнаружения для сонара
      • Статистическая погрешность
        • Ошибки измерения
        • Естественная изменчивость
        • Ложные срабатывания и ложно-отрицательные результаты
        • vs.Биологическое значение
    • Наука о звуке Резюме
  • Животные и звук
    • Важность звука
      • Почему звук важен для морских животных?
    • Использование звука
      • Как морские животные используют звук?
      • Общение морских млекопитающих
        • Индивидуальные вокализации
        • Групповые вокализации
        • Вокализации, связанные с воспроизведением
        • Звуки, связанные с агрессией
      • Общение с морскими рыбами
      • Общение с морскими беспозвоночными
      • Морские млекопитающие, кормящиеся
      • Морские рыбы и кормление беспозвоночных
      • Навигация морских млекопитающих
    • Производство звука
      • Как морские млекопитающие издают звуки?
      • Как рыба издает звуки?
      • Как морские беспозвоночные издают звуки?
    • Прием звука
      • Как слышат морские млекопитающие?
        • Слух у наземных млекопитающих
        • Слух у морских млекопитающих-амфибий
        • Слух у китообразных и сирен, полностью водное ухо
      • Как слышат морские черепахи?
      • Как слышат водные птицы?
      • Как рыбы слышат?
      • Как морские беспозвоночные улавливают звуки?
    • Эффекты звука
      • Определите, влияет ли звук на морское животное
      • Возможное воздействие звука на морских млекопитающих
        • Изменения поведения у млекопитающих
        • Маскировка у млекопитающих
        • Потеря слуха у млекопитающих
        • Наручники
        Потенциальное воздействие звука на морских рыб
        • Поведенческие изменения у рыб
        • Маскировка у рыб
        • Потеря слуха у рыб
        • Физиологический стресс
        • Проблемы акустики, связанные с диадромными рыбами
      • Измерение реакции морских млекопитающих на звук
        • Чувствительность слуха Исследования
        • Визуальные наблюдения
        • Акустический мониторинг
        • Исследования по маркировке
        • Эксперименты с контролируемым воздействием
      • Умеренные или устраненные последствия деятельности человека
        • Технологии по успокоению судов
      • Антропогенные источники звука
        • Движение коммерческих судов
        • Эхолоты
        • Забивание свай
        • Пневматические сейсмические пушки
        • Сонар
        • Ветряная турбина
    • Расширенные темы
      • Взрывная травма, баротравма и акустическая травма
      • Какие компоненты звука используются для слуха ?
      • Как развился слух у зубатых костей?
      • Потеря слуха
    • Животные и звуки Краткое описание
  • Люди и звук
    • Навигация
      • Как звук используется для навигации под водой?
      • Как звук используется для измерения глубины воды?
      • Как звук используется для поиска объектов на дне океана?
    • Рыбалка
      • Как звук используется для обнаружения рыбы?
      • Как по звуку опознают рыбу?
    • Связь
      • Как звук используется для общения под водой?
      • Как звук используется для передачи данных под водой?
    • Исследования в области физики океана
      • Как звук используется для измерения температуры в океане?
      • Как звук используется для измерения глобального изменения климата?
      • Как звук используется для измерения течений в океане?
      • Как звук используется для измерения волн в зоне прибоя?
      • Как звук используется для измерения верхнего слоя океана?
      • Как звук используется для долгосрочных измерений океана?
    • Изучите Землю
      • Как звук используется для изучения истории Земли?
      • Как звук используется для разведки нефти и газа?
      • Как звук используется для измерения, обнаружения и отслеживания нефти?
      • Как звук используется для изучения подводных землетрясений?
      • Как звук используется для изучения подводных вулканов?
      • Как звук используется для картирования морского дна?
      • Как звук используется для исследования энергии ветра?
    • Изучение морских животных
      • Как звук используется для изучения распространения морских млекопитающих?
      • Как звук используется для оценки численности морских млекопитающих?
      • Как акустика используется для наблюдения за арктическими морскими млекопитающими?
      • Как звук используется для защиты морских млекопитающих?
      • Как звук используется для изучения распределения морских рыб?
      • Как звук используется для измерения планктона?
      • Как активная акустика используется в исследованиях и управлении рыболовством?
      • Как звук используется для изучения коралловых рифов?
      • Как звук используется для определения экологических горячих точек?
    • Study Weather
      • Как звук используется для измерения количества осадков над океаном?
      • Как звук используется для измерения ветра над океаном?
    • Национальная оборона
      • Как звук используется для поиска подводных лодок?
      • Как звук используется для наблюдения за ядерными испытаниями?
      • Как звук используется для мониторинга и защиты гаваней?
    • История подводной акустики
      • До 1800-х годов
      • 1800-х
      • Начало 1900-х
      • Первая мировая война: 1914-1918 гг.
      • 1920-е и 1930-е годы
      • Вторая мировая война: 1941-1945
      • Холод Война
    • Сводка по людям и звуку
  • Для лиц, принимающих решения
    • Веб-семинары DOSITS
      • 2020 Серия веб-семинаров
        • Архив веб-семинаров: Основы подводного звука
        • Архив веб-семинаров: Нормативный подход NMFS: Пассивный архив веб-семинаров
        • Данные
        • Архив вебинаров: международное сравнение
      • Архив вебинаров 2019 года: источники антропогенного звука
        • Архив вебинаров: сейсмические источники
        • Архив вебинаров: забивание свай и ветровые турбины
        • Архив вебинаров: движение коммерческих судов
        • : Гидролокатор, эхолоты и военный сонар
      • 9 0077 Архив веб-семинаров 2018
        • Архив веб-семинаров: Прием звука морскими млекопитающими
        • Архив веб-семинаров: Возможное воздействие звука на морских млекопитающих
        • Архив веб-семинаров: Производство и прием звука костистыми рыбами
        • Архив веб-семинаров: Возможное воздействие звука на море Рыбы
      • Архив веб-семинаров: 2015-2016 Серия
        • Архив веб-семинаров: Наука о звуке
        • Архив веб-семинаров: Производство и прием звуков морскими животными
        • Архив веб-семинаров: Потенциальное воздействие звука на морских млекопитающих
        • Архив веб-семинаров: Возможные эффекты звука на рыбах
        • Архив веб-семинаров: резюме и вопросы
      • Веб-семинар DOSITS Советы по тестированию и устранению неисправностей
    • Видео DOSITS
      • Видео о науке звука
      • Видео о слухах морских млекопитающих
      • Слух у морских рыб
      • Экологический риск Ознакомительное видео
    • Руководства для лиц, принимающих решения
      • Эффекты звука для лиц, принимающих решения, Введение в учебное пособие
        • Учебное пособие: Млекопитающие — изменения поведения
        • Учебное пособие: l Млекопитающие — Маскирование
        • Учебное пособие: Млекопитающие — потеря слуха
        • Учебное пособие: Млекопитающие
        • — Учебное пособие: Млекопитающие — Учебное пособие Поведенческие изменения
        • Учебник: Рыбы — Маскировка
        • Учебник: Рыбы — Потеря слуха
        • Учебник: Рыбы — Физиологический стресс
      • Определите, влияет ли звук на морских животных Введение в учебное пособие
        • Учебное пособие: Уровни звука на расстоянии и на глубине
        • Учебное пособие: Где могут находиться морские животные относительно источника?
        • Учебное пособие: Уровень звука
        • Учебное пособие: Могут ли животные чувствовать эти звуки Часть I
        • Учебное пособие: Могут ли животные чувствовать эти звуки, часть II
      • Лица, принимающие решения Наука о звуке Введение в учебное пособие
        • Научное руководство: Что такое звук?
        • Science Tutorial: Как вы охарактеризуете звуки?
        • Science Tutorial: Amplitude (Intensity)
        • Science Tutorial: Frequency
        • Science Tutorial: Wavelength
        • Science Tutorial: Sound Speed ​​
        • Science Tutorial: Sound Spreading
        • Science Tutorial: Sound Absorption
        • Science Tutorial: How are Звуки просмотрели и проанализировали?
        • Science Tutorial: Чем звук в воздухе отличается от звука в воде?
        • Научное руководство: уровни звукового давления и уровни звукового воздействия
      • Лица, принимающие решения Учебное пособие по источнику звука
        • Учебное пособие: движение коммерческих судов
        • Учебное пособие: эхолоты
        • Учебное пособие: забивание свай
        • Учебное пособие: сейсмическое пневматическое ружье
        • Источник сонара
        • Учебное пособие: ветряная турбина
    • Справочный список: животные и звук
    • Ресурсы DOSITS для лиц, принимающих решения
    • Единицы Страница для регуляторов
    • Сейсмический пневматический пистолет
    • Научный метод
    • Научная неопределенность
  • Вебинары DOSITS
    • Серия вебинаров 2020
    • Архив серии вебинаров 2019: Антропогенные источники звука
    • Архив серии вебинаров 2018
    • Архив вебинаров: Серия 2015-2016
    • Политика конфиденциальности веб-семинаров DOSITS
    • Веб-семинар по устранению неполадок и устранение неполадок DOSITS ips
  • Галереи
    • Аудиогалерея
      • Морские млекопитающие
        • Усатые киты
          • Blue Whale
          • Bowhead Whale
          • Bryde’s Whale
          • Fin Whale
          • Gray Whales
          • Whale Humpback Атлантический кит
          • Сей-кит
          • Южный кит
        • Зубчатые киты
          • Дельфин реки Амазонки, Бото
          • Байджи, дельфин реки Янцзы
          • Клювые киты
          • Белужья, обыкновенный белый кит
          • Дельфин
          • Морская свинья Далла
          • Ложный косатка
          • Беспервая морская свинья
          • Морская свинья
          • Косатка
          • Австралийский дельфин-горбун
          • Индо-тихоокеанский горбатый дельфин
          • Дынноголовый кит
          • Нарфаловый кит
          • Нарфал
          • Pilot Whale
          • Risso’s Dolphin
          • Острозубый дельфин
          • Sperm Whale
          • Spinner Dolphin
          • White-sided delphin
        • Pinnipeds
          • Bearded Seal
          • California Sea Lion
          • Calbeater Seal
          • Гавайский тюлень-монах
          • Северный меховой тюлень
          • Леопардовый тюлень
          • Ленточный тюлень
          • Кольчатый тюлень
          • Морж
          • Тюлень Уэдделла
        • Сирены
          • Ламантин
      • Морские беспозвоночные Креветки
      • Креветки
      • Морской еж (Кина)
      • Колючий лобстер
    • Рыбы
      • Арктический голец
      • Атлантический горбун
      • Бар Джека
      • Barred Grunt
      • Bigeye Scad
      • New Zealand Bigeye
      • Black Grum
      • Blueestriped
      • Clownfi sh
      • Dusky Damselfish
      • Garibaldi

3 Акустика

3 Акустика
3.1.1 Давление

Если вы слушаете радио по утрам, они дадут вам новости, спорт, движение и погода. Часть прогноза погоды сообщает вам, что барометрическое давление составляет около 100 кПа (сокращенно кПа). Что это значит? Что ж, частицы воздуха вокруг вас все находятся под давлением из-за такие вещи, как гравитация и вес частиц воздуха над ними и другие метеорологические вещи, которые выходят за рамки этой книги. Это давление определяет количество физического пространства между молекулами в воздухе.Когда есть более высокий атмосферного давления, между молекулами меньше места, чем в день с более низкое барометрическое давление.

Мы называем это давлением стазиса и сокращаем o .

Когда все частицы в газовой среде (например, в воздухе) в заданном объеме (например, комната) находятся при нормальном давлении, тогда говорят, что газ имеет объемную плотность (также известная как постоянная равновесная плотность), сокращенно ρ o , и измеряется в кг / м 3 .Помните, что на самом деле это килограммы воздуха на кубический метр — если вы смогли поймать кубический метр и взвесить его, вы обнаружите, что это около 1,3 кг.

Этим молекулам нравится оставаться под одинаковым давлением повсюду, поэтому, если вы сгруппируете их как-то в одном месте в комнате, они будут перемещаться, чтобы попытаться уравнять разницу. Это как если вы наливаете в ведро стакан воды, вода уровень всего ковша выравнивается и поэтому поднимается, а не вода из стакана все скопилось в кучке воды, куда вы ее вылили в…

Давайте рассмотрим это как практический пример. Повесим листок бумаги перед вентилятор. Если мы включим вентилятор, мы существенно увеличим давление частиц воздуха в перед лезвиями. Вентилятор делает это, удаляя частицы воздуха из пространства за ним, тем самым уменьшая давление частиц позади лопастей и помещая их впереди. Поскольку давление перед вентилятором больше, чем в любом другом месте комнаты, мы есть ситуация, когда давление воздуха с одной стороны бумага, чем другой.Очевидный результат — бумага уходит от вентилятор.

Это масштабный пример того, как вы слышите звук. Скажем, гипотетически для момент, когда вы сидите один в запечатанной комнате в день, когда барометрический давление 100 кПа. Допустим, у вас есть кларнет, и вы играете на концерт A. Что физически происходит, когда воздух, выходящий изо рта, превращается в Концерт в твоих ушах?

Для начала представим, что кларнет — это просто трубка с отверстиями на каждом конце.Один рядом с отверстиями есть упругий кусок дерева, который, если надавить на него, закроется. дыра.

  1. Когда вы дуете в отверстие, вы собираете частицы воздуха и создаете небольшая область высокого давления внутри мундштука.
  2. Вдувание в отверстие с тростью также приводит к выталкиванию вставьте трость в отверстие и закройте его, чтобы в кларнет больше не попадал воздух.
  3. В этот момент небольшая область высокого давления движется вниз по кларнету и оставляет низкое давление за ним.
  4. Помните, что трость упругая и не любит, когда ее толкают вверх. напротив отверстия в мундштуке, поэтому он отскакивает назад и впускает больше воздуха.
  5. Теперь цикл повторяется и снова возвращается к шагу 1.
  6. Тем временем все эти области высокого и низкого давления перемещаются вниз по кларнет и излучать колокол в комнату, как рябь на озере, когда вы бросить в камень.
  7. Оттуда они доходят до вашего уха и толкают барабанную перепонку внутрь и наружу (высокий давление толкает внутрь, низкое давление уходит)

Эти небольшие колебания давления воздуха — это небольшие изменения в стазисе давление ℘ o . Обычно они очень маленькие, никогда не превышают 1 Па (хотя мы поговорим об этом позже …). В любой момент в определенном месте, мы можем измерить мгновенное давление, которое будет близко к давление застоя, но немного другое, потому что есть источник звука, вызывающий его изменение.

Как только мы знаем давление стазиса и мгновенное давление, мы можем использовать они позволяют вычислить мгновенную амплитуду уровня звука (также называемую акустическое давление или избыточное давление), сокращенно p, используя уравнение 3.1.

(3,1)


Рисунок 3.1: Графическое изображение значений ℘ o (давление стазиса), p (мгновенная амплитуда), ℘ (мгновенное давление) и P (максимальный пик давление).


Чтобы увидеть анимацию того, как это выглядит, посмотрите www.gmi.edu/ drussell / Demos / waves / wavemotion.html.

Синусоидальные колебания этого давления достигают максимального пикового давления P, которое составляет используется для определения уровня звукового давления или SPL.В воздухе этот уровень обычно выражается в децибелах как логарифмическое отношение эффективного давления P e относительно порог слышимости, общепринятый самый низкий уровень звукового давления слышимый людьми на частоте 1 кГц, 20 микропаскалей, используя уравнение 3.2 [Woram, 1989]. Тонкости этого уравнения уже обсуждались в разделе 2.2. децибелы.

(3,2)

Обратите внимание, что для синусоидальных сигналов эффективное давление можно рассчитать из пиковое давление с использованием уравнения 3.3. (Если это не звучит знакомо, следует — перечитайте Раздел 2.1.6 о RMS.)

(3,3)
3.1.2 Простое гармоническое движение

Возьмите груз (маленький …) и повесьте его на конец обтягивающего материала, который прикреплен к потолок и подождите, пока он перестанет подпрыгивать.

Измерьте длину обтягивающего. Эта длина определяется весом и сила Слинки. Если вы используете больший вес, Slinky будет длиннее — если slinky более прочный, он лучше выдерживает вес и, следовательно, будет короче.

Это точка, в которой «система» находится в состоянии покоя или застоя.

Немного потяните за гирю и отпустите. Slinky будет тянуть вес до точку стазиса и пройти ее.

К тому времени, как все это замедлится, вес будет слишком большим и захочется вернуться в точку стазиса, что он и сделает, остановившись в той точке, где мы позволили ему идти в первую очередь (или почти во всяком случае …)

Если мы прикрепим ручку к гири и проведем по ней листом бумаги, пока он там сидит покачиваясь вверх и вниз, линия будет рисовать синусоидальную форму волны.Картина вес будет рисовать график вертикального положения веса (ось y), поскольку он относится ко времени (ось абсцисс).

Если график имеет идеальную синусоидальную форму, то мы называем систему (Слинки и вес на конце) простой гармонический осциллятор.

3.1.3 Демпфирование

Давайте посмотрим на ту систему, которую я только что описал. Мы поставим груз на пружину, как показано на рисунке. на рисунке 3.2



Рисунок 3.2: Масса, поддерживаемая пружиной.


Если не существовало трения воздуха и если пружина была идеальной, то, если вы начал массовую бобби

Как рассчитать дату в Excel

Дата и время в Excel — это числа, отформатированные особым образом. Дата — это целая часть числа, а время (часы и минуты) — дробная часть.

По умолчанию цифра 1 соответствует дате 01.01.1900 — то есть каждой дате — это количество дней, прошедших с 01.01.1900. В этом уроке мы более подробно рассмотрим даты , а в следующих уроках — время.

Взаимодействие с другими людьми

Как в Excel рассчитать дни между датами?

Поскольку дата является числом, это означает, что вы можете проводить математические вычисления и расчетные операции. Подсчитать количество дней между двумя датами Excel не представляет особых проблем.Для наглядного примера мы сначала выполняем сложение, а затем вычитание дат. Для этого:

  1. На чистом листе в ячейку A1 нужно ввести текущую дату, нажав CTRL +.
  2. В ячейке A2 нужно ввести промежуточный период в днях, например 127.
  3. В ячейку A3 нужно ввести формулу: = A1 + A2.

Обратите внимание, что формат «Дата» был автоматически назначен ячейке A3. Нетрудно догадаться, чтобы рассчитать разницу дат в Excel, нужно отнять самую высокую дату от самой новой даты.В ячейку B1 нужно ввести формулу: A3 — A1. Соответственно получаем количество дней между этими двумя датами.

Взаимодействие с другими людьми

Расчет возраста по дате рождения в Excel

Теперь мы научимся рассчитывать возраст по дате рождения:

  1. В новом листе в ячейках А1: А3 нужно ввести даты: 18.04.1985; 17. 08. 1977; 08. 12. 1992.
  2. В ячейках B1: B3 нужно поставить текущую дату.
  3. Теперь вам нужно использовать функцию для преобразования количества дней в количество лет.Для этого необходимо вручную ввести следующее значение в диапазоне C1: C3: = РАЗНДАТ (A1; B1; «y»).

Таким образом, применение функции позволило точно рассчитать возраст по дате рождения в Excel.

Внимание! Для преобразования дней в годы формулы недостаточно: более того, даже если мы знаем, что 1 день = 0,0027397260273973 года, формула: = (B1-A1) * 0,0027397260273973 тоже не даст нам точного результата.

Дней в годах наиболее точно для преобразования функции: = РАЗНДАТ ().Вы не найдете его в списке мастера функций (SHIFT + F3), но если вы просто введете его в строку формулы, он будет работать.

Функция РАЗНДАТ поддерживает несколько параметров:

Опция Описание
«d» Счетчик полных дней;
«м» Счетчик полных месяцев;
«у» Счетчик полных лет;
«ym» Счетчик полных месяцев без лет;
«мкр» Счетчик дней без месяцев и лет;
«ярд» Счетчик дней без лет.

Проиллюстрируем пример использования нескольких параметров:

Внимание! Чтобы функция: = DATEDIF () работала без ошибок, убедитесь, что дата начала была старше даты окончания.

Вставка даты в ячейку Excel

Цель этого урока — пример математических операций с датами. Кроме того, мы позаботимся о том, чтобы в Excel тип данных даты был числом.

Вам необходимо заполнить таблицу датами, как показано на картинке:

Есть разные способы ввода дат: в столбце A — способ ввода, в столбце B — результат отображения.

Обратите внимание, что ячейка формата по умолчанию — «Общий», даты и число выравниваются по правой стороне, а текст — по левой. Значение в ячейке B4 распознается программой как текст.

В ячейке B7 Excel по умолчанию присвоил себе текущий год (сейчас 2015-й). Это видно при отображении содержимого ячеек в строке формул. Обратите внимание, как значение было изначально введено в A7.

Расчет даты Excel

На чистом листе в ячейки A1 и C1 нужно ввести 01.01. 1900, а в ячейках A2 и C2 — 01.01.1901. Теперь меняем формат ячеек на «числовой» в выбранном диапазоне C1: C2. Для этого можно нажать CTRL + SHIFT + 1.

C1 теперь содержит число 1, а C2 — 367. То есть один високосный год (366 дней) сейчас и один день прошел.

Способ отображения даты можно настроить с помощью диалогового окна «Формат ячеек». Для его вызова нажмите: CTRL + 1. На вкладке «Номер» нужно выбрать «Категория:» — «Дата». В разделе «Тип:» отображаются наиболее популярные форматы отображения дат.

Скачать примеры расчета даты в Excel

Читайте также: Функции для работы с датами в Excel

В следующем уроке мы будем работать со временем и периодами дня на готовых примерах.

Статистика

: двусторонний дисперсионный анализ

Статистика: двухсторонний дисперсионный анализ

Двусторонний дисперсионный анализ является расширением одностороннего дисперсионного анализа. Есть две независимые переменные (отсюда и название двусторонняя).

Допущения

  • Популяции, из которых были взяты образцы, должны быть нормальными или приблизительно нормально распространяется.
  • Образцы должны быть независимыми.
  • Дисперсия популяций должна быть одинаковой.
  • Группы должны иметь одинаковый размер выборки.

Гипотезы

Есть три набора гипотез с двусторонним дисперсионным анализом.

Нулевые гипотезы для каждого из наборов приведены ниже.

  1. Средние населения первого фактора равны. Это похоже на односторонний ANOVA для фактор строки.
  2. Средние населения второго фактора равны.Это похоже на односторонний ANOVA для фактор столбца.
  3. Между двумя факторами нет взаимодействия. Это похоже на выполнение теста на независимость с таблицами непредвиденных обстоятельств.

Факторы

Две независимые переменные в двустороннем ANOVA называются факторами. Идея в том, что там это две переменные, факторы, которые влияют на зависимую переменную. У каждого фактора будет два или более уровней внутри него, а степень свободы для каждого фактора на единицу меньше количества уровней.

Группы лечения

Группы лечения формируются путем сочетания всех возможных комбинаций двух факторов. За Например, если у первого фактора 3 уровня, а у второго — 2 уровня, то будет 3×2 = 6 разные лечебные группы.

В качестве примера предположим, что мы сажаем кукурузу. Тип посевного материала и тип удобрения являются два фактора, которые мы рассматриваем в этом примере. В этом примере 15 групп лечения. Есть 3-1 = 2 степени свободы для типа посевного материала и 5-1 = 4 степени свободы для типа семян. удобрение.Существует 2 * 4 = 8 степеней свободы для взаимодействия между типом семени и вид удобрения.

Данные, которые фактически отображаются в таблице, являются образцами. В этом случае по 2 образца от каждого группы лечения были взяты.

Fert I Ферт II Ферт III Ферт IV Fert V
Seed A-402 106, 110 95, 100 94, 107 103, 104 100, 102
Семя B-894 110, 112 98, 99 100, 101 108, 112 105, 107
Семя C-952 94, 97 86, 87 98, 99 99, 101 94, 98

Главный эффект

Основной эффект включает независимые переменные по одной.Взаимодействие игнорируется для эта часть. Используются только строки или только столбцы, а не смешанные. Это та часть, которая похожа на к одностороннему дисперсионному анализу. Каждая из дисперсий рассчитана для анализа основных эффектов похожи на разницу

Эффект взаимодействия

Эффект взаимодействия — это влияние одного фактора на другой. Степени свободы вот произведение двух степеней свободы для каждого фактора.

В пределах вариации

Вариация внутри — это сумма квадратов внутри каждой экспериментальной группы.У вас на один меньше размер выборки (помните, что все группы лечения должны иметь одинаковый размер выборки для двустороннего ANOVA) для каждой группы лечения. Общее количество лечебных групп является произведением количество уровней для каждого фактора. Внутренняя вариация — это внутренняя вариация, разделенная на ее степени. свободы.

Внутренняя группа также называется ошибкой.

F-тесты

Существует F-тест для каждой из гипотез, а F-тест представляет собой средний квадрат для каждой основной гипотезы. эффект и эффект взаимодействия, разделенный на внутри дисперсии.В числителе степеней свобода возникает из-за каждого эффекта, а знаменатель степеней свободы — это степени свобода для внутренней вариативности в каждом случае.

Таблица двустороннего дисперсионного анализа

Предполагается, что основной эффект A имеет уровни (и A = a-1 df), основной эффект B имеет уровни b (и B = b-1 df), n — размер выборки для каждого лечения, а N = abn — общий размер выборки. Обратите внимание на общая степень свободы снова на единицу меньше общего размера выборки.

Источник СС df MS F
Главный эффект A дано А,
а-1
SS / df MS (A) / MS (W)
Главный эффект B дано Б,
б-1
SS / df MS (B) / MS (W)
Эффект взаимодействия дано A * B,
(a-1) (b-1)
SS / df MS (A * B) / MS (W)
В пределах дано N — ab,
ab (n-1)
SS / df
Итого сумма других N — 1,
abn — 1

Сводка

Следующие результаты рассчитаны с использованием электронной таблицы Quattro Pro.Он обеспечивает p-значение а критические значения — для альфа = 0,05.

Источник изменения SS df MS Факс P-значение F-Crit
Семя 512.8667 2 256.4333 28,283 0,000008 3.682
Удобрение 449.4667 4 112.3667 12.393 0,000119 3,056
Взаимодействие 143.1333 8 17,8917 1,973 0,122090 2,641
В пределах 136.0000 15 9.0667
Итого 1241.4667 29

Из приведенных выше результатов мы видим, что оба основных эффекта значительны, но взаимодействие между ними нет. То есть не все виды семян равны, и не все виды удобрений. равны, но тип семян не зависит от типа удобрения.


Ошибка в учебнике Блюмана

Двусторонний дисперсионный анализ, пример 13-9, в тексте Блюмана содержит неверные значения. В у студента не было бы возможности узнать об этом, потому что в книге не объясняется, как вычислить ценности.

Вот правильная таблица:

Источник изменения SS df MS Ф
Образец 3.920 1 3,920 4,752
Столбец 9,680 1 9,680 11,733
Взаимодействие 54.080 1 54.080 65,552
Внутри 3.300 4 0,825
Итого 70.980 7

Учащийся должен закончить стол, а не вычислить сумму квадратов.

Оставить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *