4.2. ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

Технические характеристики, которыми пользуются для оценки соответствия данного прибора его назначению, и требования к этим характеристикам различны для каждой из шести перечисленных выше групп приборов. Однако в основном для каждого аппарата они сводятся к следующим:

— диапазон рабочих частот;

— динамический диапазон;

— номинальная мощность;

— чувствительность;

— нелинейные искажения, вносимые аппаратом;

— направленность приема или излучения акустических волн аппаратом;

— коэффициент полезного действия (или отдачи);

— электрические параметры;

— габариты и эксплуатационные особенности.

Диапазоном рабочих частот аппарата называют область частот колебаний, в пределах которой остальные его характеристики не выходят за установленные допуски.

Динамический диапазон аппарата определяет разность уровней в между минимальным и максимальным по амплитуде (или эффективному значению) сигналами, в пределах которой аппарат может работать, не внося в передаваемый сигнал искажений, выходящих за соответствующие допуски.

Номинальная мощность аппарата относится к числу характеристик излучающих электроакустических аппаратов и определяет максимальный допустимый для данного излучателя электрический сигнал на его входе. Допустимость той или иной амплитуды сигнала может определяться либо по нагреву аппарата, либо по механической прочности его, либо по искажениям сигнала, в зависимости от принятых условий.

Чувствительность аппарата тесно связана с теоретическим понятием чувствительности преобразователя. Обычно для электроакустических аппаратов-приемников используется чувствительность по напряжению, т. е. отношение электрического напряжения на выходе приемника к действующему на него звуковому давлению. При этом оговаривается, естественно, режим на электрической стороне преобразователя (холостой ход или нагрузка на заданное сопротивление). Кроме того, если используется чувствительность при холостом ходе, то указывается внутреннее электрическое сопротивление самого приемника. Будем называть чувствительностью приемника (микрофона, гидрофона) величину:

т. е. отношение амплитуды напряжения на зажимах приемника к амплитуде звукового давления действующего в точке поля, в которую помещается приемник, при разомкнутых зажимах приемника (сопротивление нагрузки Чувствительность приемника иногда выражают также в децибелах по отношению к чувствительности в 1 В/дин

Чувствительность приемника, как правило, зависит от частоты. Эта зависимость называется частотной характеристикой чувствительности приемника (микрофона, гидрофона) и обычно представляется в виде графика причем шкала частот также берется в логарифмическом масштабе.

Часто представляет интерес неравномерность чувствительности приемника в рабочем диапазоне частот. В этом случае может быть построен график величины разность уровней чувствительности на частоте и уровня чувствительности при некоторой стандартной частоте (для радиовещательных микрофонов, например, в качестве такой частоты выбирают 1000 Гц). Пользуются также разностью где средний уровень чувствительности в рабочем диапазоне частот подсчитываемый по площади, ограничиваемой характеристикой и осью частот в рабочем диапазоне, как показано на

рис. 4.1. Максимальной неравномерностью чувствительности в рабочем диапазоне частот называют наибольшие отклонения величины от

Чувствительностью излучателя называют отношение звукового давления развиваемого излучателем в свободном поле в условленном направлении на некотором условленном расстоянии от излучателя, к амплитуде тока питающего излучатель:

Рис. 4.1. Определение среднего уровня чувствительности электроакустического аппарата и максимальных значений неравномерности уровня чувствительности

Так как потребляемая излучателем мощность пропорциональна его электрическому сопротивлению при неизменной чувствительности, то для суждения об эффективности излучателя необходимо характеристику дополнить еще и величиной этого сопротивления. Иногда в качестве характеристики чувствительности используют отношение развиваемого излучателем звукового давления к корню квадратному из потребляемой кажущейся электрической мощности Такая характеристика учитывает величину электрического сопротивления излучателя и лучше характеризует его эффективность.

Точно так же, как и для акустических прйемников, величина чувствительности излучателей зависит от частоты и представляется в виде графика частотной характеристики чувствительности или в виде графика неравномерности этой чувствительности по частоте. При использовании для определения величины следует и величину представлять в виде графика как функцию частоты. Зависимость от частоты характеризует важнейший вид линейных искажений сигнала, создаваемых аппаратом, — амплитудно-частотных искажений.

Вторым видом линейных искажений аппарата являются фазочастотные искажения. В идеальном случае отсутствия этих искажений производная по частоте от разности фаз между входным и выходным сигналами на преобразователе должна быть постоянной: Если зависит от частоты, появляются фазовые (фазо-частотные) искажения. В ряде случаев этот вид искажений не играет существенной роли при передаче сигнала (например, в радиовещании) и, кроме того, с улучшением амплитудных характеристик как правило, уменьшаются и

зовые искажения. Поэтому в большинстве случаев отдельные требования к фазовой характеристике радиовещательной аппаратуры не предъявляются.

Гораздо более важной характеристикой аппарата является то, насколько точно соблюдается пропорциональность между мгновенными величинами сигнала на выходе и на входе. Известно, что при отсутствии такой точной линейной зависимости в выходном сигнале появляются составляющие с частотами, которых нет в сигнале на входе. Существенно знать, в какой мере они искажают сигнал при приеме или излучении: каковы нелинейные искажения, вносимые преобразователем. Нелинейные искажения, в зависимости от назначения электроакустического аппарата, могут характеризоваться различными способами. Наиболее употребительные из этих характеристик следующие:

— коэффициент гармоник — отношение эффективного значения гармоник, образующихся при преобразовании синусоидального сигнала, к эффективному значению составляющей основной частоты этого сигнала;

Рис. 4.2. Искажения синусоидального сигнала на фазовой диаграмме: а — отсутствие амплитудно- и фазо-частотных искажений; б - фазо-частотные искажения, в — нелинейные искажения; г - суммарные фазо-частотные и нелинейные искажения

— коэффициент нелинейных искажений — отношение эффективного значения всех продуктов нелинейных искажений к эффективному значению составляющей основной частоты сигнала;

— коэффициент взаимной модуляции — коэффициент модуляции синусоидального сигнала более высокой частоты, вызываемой сигналом более низкой частоты, при одновременной передаче этих двух сигналов через электроакустический аппарат;

— коэффициент дифференциальных искажений — отношение амплитуды разностного синусоидального сигнала к амплитуде одного из двух близких по частоте и одинаковых по амплитуде сигналов, одновременно передаваемых электроакустическим аппаратом.

В электроакустическом аппарате, не создающем запаздывания по фазе и нелинейных искажений, зависимость между мгновенными значениями величины, действующей на входе и получаемой на выходе, может быть изображена в виде прямой (рис. 4.2а). Если

имеются только фазовые искажения, то при подаче на вход синусоидального напряжения зависимость между величинами входа и выхода изобразится эллипсом (рис. 4.26). При наличии только нелинейных искажений эта же зависимость изобразится кривой линией (рис. 4.2в). Чем сильнее отличается эта характеристика от прямой, тем больше нелинейные искажения. При наличии фазовых и нелинейных искажений характеристика превращается в замкнутую кривую сложного вида — в «искаженный эллипс» (рис. .

Коэффициенты гармоник разностных тонов и взаимной модуляции связаны между собой видом нелинейной характеристики. Эту связь проще всего проиллюстрировать для случая отсутствия фазовых искажений, т. е. для аппарата с нелинейной характеристикой, изображенной на рис. 4.2в. В реальном приемнике характеристика лишь слегка отличается от прямой линии. Ее можно достаточно точно представить многочленом, ограничившись при этом третьей степенью:

Если амплитуды очень малы, то чувствительность приемника при бесконечно малых давлениях. По мере увеличения амплитуды давления начинают играть роль члены Для нахождения коэффициента гармоник подставим в (4.3) и воспользуемся формулами перехода от степеней тригонометрических функций к функциям кратных дуг:

Тогда определению коэффициент гармоник будет:

Подставляя таким же образом в (4.3), можно найти амплитуды колебаний с частотами оси и и амплитуды колебаний с комбинационными частотами

С помощью (4.7) и (4.5), положив найдем коэффициент дифференциальных искажений:

а с помощью (4.5), (4.7) и -эффективное значение коэффициента взаимной модуляции:

Направленность излучения (или приема) акустических волн электроакустическим аппаратом оценивают при помощи характеристики направленности и коэффициента концентрации его акустической антенны (см. параграф 4.3).

Коэффициент полезного действия используют для определения эффективности излучателей. Он равен отношению излучаемой аппаратом акустической мощности к подводимой к его зажимам электрической мощности. При помощи коэффициента полезного действия удобно характеризовать аппарат только в том случае, когда его электрическое входное сопротивление близко к чисто активному. Если же аппарат имеет преимущественно реактивное сопротивление, то потребляемая им кажущаяся мощность существенно больше активной. На кажущуюся мощность должен быть рассчитан выходной каскад усилителя, питающего излучатель, поэтому об эффективности такого излучателя удобнее судить по коэффициенту отдачи — отношению полезной акустической мощности, излучаемой аппаратом, к потребляемой им кажущейся электрической мощности. Кпд будем обозначать а коэффициент отдачи — Обе величины, как правило, зависят от частоты. Зависимости используют как технические характеристики излучателей наряду с

Важнейшим электрическим параметром электроакустического аппарата является его электрическое сопротивление. В случае приемника это сопротивление играет роль внутреннего сопротивления генератора электрической энергии, в случае излучателя — входного сопротивления потребителя электрической энергии.

В зависимости от назначения электроакустического аппарата, принципа действия и особенности конструкции может возникнуть необходимость в дополнительных технических и эксплуатационных характеристиках его, как то: пределы температур, давлений, влажности, при которых может работать аппарат, габариты и вес аппарата, допустимые кратковременные электрические и механические перегрузки и т. п.