ВВЕДЕНИЕ

Появление первых электроакустических аппаратов — угольного микрофона (Хайес, 1878 г.) и электромагнитного головного телефона (Белл, 1876 г.) положило начало телефонной технике. Эти аппараты с некоторыми усовершенствованиями и в настоящее время используются в микротелефонных трубках телефонов. Толчком для быстрого развития электроакустики, как самостоятельной отрасли техники, послужило открытие радиотелефонии (первые радиовещательные передачи из Казани — 1921 г. и Нижегородской радиолаборатории — 1922 г.) и техники усиления II преобразования электрических колебаний электронными лампами.

Используя такие физические явления, как электростатическая и электромагнитная индукции, пьезоэффект, эффект магнитострикции, термоионные процессы, можно построить приборы, преобразующие звуковые волны в электрические колебания и обратно и сохраняющие при этом с большой точностью форму этих колебаний. Однако кпд такого преобразования энергии звуковых волн обычных источников (голос человека, музыкальные инструменты) весьма мал. Поэтому электрический эффект, получающийся на выходе такого сточного» преобразователя - микрофона, невозможно использовать для передачи или записи без предварительного усиления. В свою очередь, для получения достаточно громкого звука при подведении к преобразователю — громкоговорителю электрических колебаний требуется значительная мощность этих колебаний.

Широкие возможности, открывшиеся для усиления электрических колебаний с изобретением электронновакуумных и полупроводниковых приборов, позволили применять совершенные принципы электроакустического преобразования и разработать пригодные для практики микрофоны и громкоговорители. Появление радиовещания, звукового сопровождения кино и развитие граммофонной записи стимулировали поиски инженеров в области создания совершенных электроакустических аппаратов, дающих возможность художественно полноценно передавать, записывать и воспроизводить музыку и речь.

Так были созданы конденсаторный микрофон (Вентэ, Тренделенбург, Яковлев — 1922—1928 гг.), электродинамический ленточный микрофон (Олсон, Райс-Келлог, Вентэ-Тюрас, Харкевич-Ламагин - 1924—1931 гг.) и другие электроакустические аппараты, получившие распространение в технике радиовещания, телевидения,

звукового кино, оптической, граммофонной и магнитной записи звука.

Значительную роль в развитии электроакустики, как самостоятельной отрасли техники, сыграло то обстоятельство, что электроакустические аппараты и методы электроакустики нашли широкое применение в научном эксперименте, в различных технологических процессах в промышленности, мореплавании и в военной технике.

Вот некоторые примеры. В мореплавании используется эхолот с помощью которого с корабля посылается в воду вертикально вниз короткий звуковой импульс, измеряется время пробега этого импульса до дна и возвращения отраженного эха. По известной скорости распространения звука в воде и измеренному времени определяется глубина места.

В шахтах и на производствах, где могут накапливаться вредные или взрывоопасные газы, применяются акустические газоанализаторы, определяющие наличие газов благодаря тому, что скорость звука в газах различного состава различна. В установках по обеспыливанию применяются мощные источники звуков высоких частот, которые способствуют интенсивной коагуляции (слипанию) частичек пыли и выпадению их из очищаемого газа. В геологоразведке применяются приборы, создающие звуковые волны низких частот в земной коре и улавливающие их отражение. По этим отражениям можно судить о расположении залегающих на большой глубине слоев различных пород. Для обнаружения отдельных взрывов большой силы как в атмосфере, так и в воде и под землей служат электрические сейсмометры и приемники инфразвука в воздухе и в воде.

С помощью приемников для прослушивания звука в воде — гидрофонов (пьезоэлектрический гидрофон был предложен Ланжевеном в 1918 г.) можно вести наблюдение за движением кораблей на больших расстояниях по характерному шуму, создаваемому (воде их механизмами на ходу. Так как звук воде распространяется с малым затуханием, с помощью приборов, аналогичных радиолокаторам, только использующих звуковые излучатели и приемники, можно обнаружить под водой различного рода препятствия (косяки рыб, айсберги, подводные лодки). Радиолокатор для этих целей совершенно непригоден из-за сильного поглощения электромагнитных волн в воде

Существует много разновидностей электроакустических преобразователей, используемых для ультразвуковых и вибрационных технологических процессов, таких как ультразвуковая пайка, сварка, резание металлов и хрупких материалов, очистка поверхностей, стирка, обогащение пород и т. п.

Электроакустические аппараты — микрофоны и виброметры — составляют основу измерительных приборов, служащих в производстве, на транспорте и в быту для контроля шумов и вибраций, вредных для человеческого организма. Миниатюрные микрофоны с усилителями и телефонами (или вибраторами, приставляемыми

к черепной кости человека), так называемые слуховые протезы, помогают восстановить слух у тугоухих людей.

Кварцевые пьезоэлектрические преобразователи — эталоны частоты — широко применяются для стабилизации частоты генерируемых электрических колебаний в радиотехнических устройствах. Электромеханические фильтры, в которых электрические колебания преобразуются в механические и, проходя через механическую резонансную систему, снова преобразуются в электрические, представляют собой очень эффективное устройство для разделения близких по частоте колебаний.

Эти примеры свидетельствуют о том, что развитие и совершенствование методов и аппаратов для электромеханического и электроакустического преобразования колебаний послужило основой для создания новой отрасли техники — технической акустики, тесно связанной с общим развитием современной промышленности, транспорта, военной техники, техники научного эксперимента.

Заметим в заключение, что исследования в области физики твердого тела в настоящее время распространились на важную смежную область — взаимодействие электрических и тепловых (электронных) колебаний, электромагнитных (световых) волн и весьма высокочастотных ( Гц), называемых часто гиперзвуковыми, механических колебаний кристаллической решетки в твердых телах.

Появилась область так называемой квантовой акустики. В квантовой акустике рассмотрение коллективных колебаний атомов решетки и электронного газа и взаимодействия их с внешними электромагнитными полями ведется на основе квантовой теории твердого тела. Одним из результатов этих исследований является создание электроакустических преобразователей гиперзвуковых частот и перспектива прямого усиления гиперзвуковых волн в полупроводниковых кристаллах благодаря взаимодействию этих волн с электронами проводимости в постоянном электрическом поле. Эта область получила название акустоэлектроники. В данной книге вопросы акустоэлектроники не рассматриваются, так как она составляет самостоятельный раздел физической акустики.