Акустические системы

Министерство образования  и науки Российской Федерации

НОВОСИБИРсКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙУНИВЕРСИТЕТ

 

Кафедра технологии и организации  пищевых производств

 

 

 

Расчетно-графическая  работа по дисциплине «Информатика»  на тему:

Акустические системы

Вариант – 14

Выполнила:Тищенко А.Б.

Факультет:ФМА

Группа: ЭМ-212

Проверил: Сапожников А.Н.

Новосибирск

2013

Оглавление

ВВЕДЕНИЕ 3

1 ИСТОРИЯ ПОЯВЛЕНИЯ АКУСТИЧЕСКИХ СИСТЕМ 4

1.1 Система ввода/вывода звука - аудио адаптер ..6

1.2 Воспроизведение звука - акустическая стереосистема 7

2 ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА 11

2.1 Мощность 14

2.2 Параметры Тиля-Смолла 16

2.3Компьютерные акустические системы – Speakers 20

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 21

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 22

 

 

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время наша жизнь уже абсолютно не мыслима  без каждодневного применения технологий, в частности, компьютерных. Компьютерные технологии сочетают в себе сотни  различных функций являя собой  пример неограниченной работоспособности, направленности и, конечно, практичности.

Современный мультимедиа-ПК в полном “вооружении” напоминает домашний стереофонический Hi-Fi комплекс, объединенный с дисплеем-телевизором. Он укомплектован активными стереофоническими  колонками, микрофоном и дисководом для оптических компакт-дисков. Кроме того, внутри компьютера укрыто новое для ПК устройство – аудиоадаптер, позволивший перейти к прослушиванию чистых стереофонических звуков через акустические колонки с встроенными усилителями.

Появление систем мультимедиа, безусловно, производит революционные изменения в таких областях, как образование, компьютерный тренинг, во многих сферах профессиональной деятельности, науки, искусства, в компьютерных играх и т.д.

Качественное «железо» и, безусловно, хорошая акустическая система для ПК нужна любому пользователю. Фирм-производителей акустики на данный момент очень много. У каждой фирмы есть как преимущества, так и недостатки. Поэтому выбрать хорошую акустическую систему для компьютера часто бывает трудновато.

Современные акустические системы являются готовым удобным решением для создания домашнего кинотеатра. Идеально подходят для небольших помещений, где важно рационально использовать имеющееся пространство. Отличительные достоинства - качественный звук и легкость использования.

 

1 ИСТОРИЯ ПОЯВЛЕНИЯ АКУСТИЧЕСКИХ СИСТЕМ

Акустическая система  ПК - это устройство, предназначенное  для вывода обрабатываемой на компьютере звуковой информации. Под акустической системой в широком смысле слова  будем понимать электромеханический  преобразователь электрических  звуковых сигналов в акустические.

Мы все уже привыкли к тому, что современный персональный компьютер может издавать весьма разнообразные звуки. Вначале они  могли только гудеть и пищать на разные лады, затем появились программы, произносящие вполне отчетливые слова  и играющие отдаленное подобие музыки, слушаемой через водосточную  трубу; компьютерные игры довольно быстро научились даже при помощи встроенного громкоговорителя издавать что-то вроде выстрелов и взрывов. А теперь повсеместное распространение недорогих звуковых карт позволило воспроизводить с их помощью любые теоретически возможные звуки. Однако, в большинстве случаев, мы с вами слышим только те звуки, которые были заложены при разработке той или иной программы, а между тем многим хочется гораздо большего. Все это вполне возможно - при наличии требуемых аппаратных средств и/или программ, а главное - знаний о способах извлечения нужных звуков из такого вроде бы немузыкального устройства, как компьютер, так как компьютер по первоначальному определению это устройство для хранения, обработки и передачи информации.

С течением времени перечень задач выполняемых на ПК вышел  за рамки просто использования электронных  таблиц или текстовых редакторов. Персональный компьютер становится мультимедийным комплексом.

Мультимедиа - это сумма  технологий, позволяющих компьютеру вводить, обрабатывать, хранить, передавать и отображать (выводить) такие типы данных как текст, графика, анимация, оцифрованные неподвижные изображения, видео, звук и речь (рис.1.1).

 

     

Текст  Аудио Изображения

   

Анимация Видео Интерактивность

Рис.1.1_Основные составляющие мультимедиа

Компакт-диски со звуковыми  файлами, подготовка мультимедиа презентаций, проведение видео конференций и  телефонные средства, а также игры и прослушивание аудио CD - для  всего этого необходимо, чтобы  звук стал неотъемлемой частью ПК. Для  этого необходима звуковая карта (рис.1.2) и акустическая система (рис.1.3)

 

Рис.1.2_ Звуковая карта Рис.1.3._Акустическая система

 

1.1 Система ввода/вывода  звука - аудио адаптер

Микрофон используется для  ввода звука в компьютер. Непрерывные  электрические колебания, идущие от микрофона, преобразуются в числовую последовательность. Эту работу выполняет  устройство, подключаемое к компьютеру, которое называется аудио адаптером, или звуковой картой. Воспроизведение  звука, записанного в компьютерную память, также происходит с помощью  аудио адаптера, преобразующего оцифрованный звук в аналоговый электрический  сигнал звуковой частоты, поступающий  на акустические колонки или стереонаушники.

Аудио адаптер имеет аналогово-цифровой преобразователь (АЦП), периодически определяющий уровень звукового сигнала и  превращающий этот отсчет в цифровой код. Он и записывается на внешний  носитель уже как цифровой сигнал.

Цифровые выборки реального  звукового сигнала хранятся в  памяти компьютера (например, в виде WAV-файлов). Считанный с диска цифровой сигнал подается на цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП), который преобразует цифровые сигналы в аналоговые. После фильтрации их можно усилить и подать на акустические колонки для воспроизведения. Важными  параметрами аудио адаптера являются частота квантования звуковых сигналов и разрядность квантования.

Из сказанного следует, что  звуковая карта совмещает в себе функции ЦАП (рис.1.4) и АЦП.

Рис.1.4_Микросхема ЦАП

Аудио адаптер - достаточно сложное техническое устройство, построенное на основе использования  последних достижений в аналоговой и цифровой аудиотехнике.

 

1.2 Воспроизведение звука  - акустическая стереосистема

Какой бы современной ни была электронная система записи и воспроизведения звука, сколько  бы форматов записи она ни обслуживала, объединенная в одном агрегате, в  конце ее, на выходе будет "динамик" - так называли его раньше. И был  он сначала один, ну два - для воспроизведения  высоких и низких звуковых частот в одной коробке-ящике. С появлением в 1950-х годах стереофонических грампластинок  ящиков стало два - отдельно для правого  и левого звукового канала.

Известный давний опыт трансляции звуковой передачи был предпринят французом  Клементом Адлером еще в 1881 году на Парижской электрической выставке. Восемьдесят пар телефонных проводов были протянуты со сцены Парижской  оперы в четыре комнаты отеля, расположенного поблизости. Посетителям  выставки таким образом демонстрировалась  возможность слушать оперный  спектакль на расстоянии. Музыкальные  образы воздействовали на слушателя  с помощью двух отдельно стоящих  микрофонов, расположенных на театральных подмостках.

Спустя 50 лет в исследовательских  подразделениях BELL Labs Харви Флетчер (HarveyFletcher), знаменитый американский ученый-теоретик и практик, основатель и руководитель Акустического общества и президент  Физического общества США, в соавторстве  с Артуром Келлером (Arthur C. Keller) и  в содружестве с именитым дирижером  симфонического оркестра Леопольдом Стоковским (LeopoldStokowski) провели первые опыты  по моно- и бинауральной звукозаписи.В  Англии в то же время аналогичными исследованиями занимался инженер  звукозаписывающей компании EMI Алан Блумлейн (Alan D.Blumlein), который 14 декабря 1931 года оформил документы на патентование пространственно-ощущаемой звукозаписи, также названной бинауральной.

В разработках и производстве современных широко применяемых  электродинамических громкоговорителей  до сих пор повторяются нововведения, известные еще с середины 1920-х  годов. Идеи и реализующие их технические  решения, положенные в основу акустического  устройства, преобразующего электрические  колебания в звуковые, были изложены инженерами американской компании GENERAL ELECTRIC Честером Райсом (Chester W.Rice) и Эдвардом Келлогом (Edward W. Kellog) в трудах американского  института инженеров-электриков в 1925 году. Занимавшийся электроакустикой параллельно с ними и независимо от них в том же году инженер  Эдвард Вент (EdwardWente) из американской компании BELL Laboratories также подал заявку на патентование аналогичного излучателя звуковых колебаний.

Однако Ч. Райс и Э. Келлог привели в статье еще и описание усилителя мощностью 1 Вт для своего громкоговорителя. И уже в 1926 году по их предложению американская фирма RCA (RadioCorporationofAmerica) разработала и  сделала громкозвучащий радиоприемник  в одном корпусе. Помимо акустической головки он содержал входные контуры  настройки, ламповый усилитель и  выпрямитель питания электросети. Радиоприемник получил ставшее  популярным наименование "радиола", а громкоговоритель динамического  типа стали называть просто: "динамик".

Громкоговоритель - прибор для  преобразования электрических колебаний  в акустические колебания воздушной  среды, является последним и одним  из наиболее важных звеньев любого акустического тракта, так как  его свойства оказывают чрезвычайно  большое влияние на качество работы этого тракта в целом.

По способу преобразования колебаний громкоговорители подразделяются на электродинамические катушечные (подавляющее число современных  типов громкоговорителей), электромагнитные, электростатические, пьезоэлектрические и некоторые другие; по виду излучения - на громкоговорители непосредственного  излучения, диффузорные и рупорные; по воспроизводимому диапазону - на широкополосные, низко-, средне- и высокочастотные; по потребляемой электрической мощности - на мощные и маломощные.

В подавляющем большинстве  современных акустических систем (более 90%) преобразование электрических звуковых сигналов в акустические осуществляется при помощи электродинамических  головок, принцип действия которых  основан на взаимодействии магнитного поля постоянного магнита с проводом звуковой катушки. При протекании токов  звуковой частоты по проводу под  влиянием электродинамической силы катушка громкоговорителя попеременно  втягивается и выталкивается  из кольцевого зазора магнита в зависимости  от направления электрического тока. Ну, а дальше все просто: звуковая катушка механически соединена с излучателем - диффузором, который, собственно, и создает в пространстве сгущения и разрежения воздуха, т.е. акустические волны. Так как звуковая волна, излучаемая передней (фронтальной) поверхностью диффузора, находится в противофазе с акустической волной, излучаемой тыльной стороной диффузора, обе эти волны при работе динамической головки в открытом пространстве могут гасить друг друга, что носит название «акустическое короткое замыкание» (по аналогии с коротким замыканием в электрических сетях). Чтобы избежать этой неприятности, головки помещают в корпус, основным назначением которого и является исключить это самое взаимодействие звуковых волн от фронтальной и тыловой поверхностей диффузора. Динамики, установленные в корпус вместе с разделительными фильтрами, образуют акустическую систему, называемую иногда звуковой колонкой или попросту громкоговорителем.

В относительно небольшом  количестве акустических систем используются излучатели, основанные на других физических принципах (электростатические, пьезоэлектрические, изодинамические, плазменные излучатели), но эти типы «экзотических» громкоговорителей  практически не применяются в  массовых акустических системах.

Чувствительность (эффективность  излучения) громкоговорителя на высоких  частотах повышают, уменьшая индуктивность  звуковой катушки, например, с помощью  вихревых токов Фуко; уменьшение индуктивности  снижает ее электрическое сопротивление  и приводит к возрастанию тока на высоких частотах. На низких частотах чувствительность громкоговорителя повышают, применяя специальные акустические оформления.

В подавляющем большинстве  современные звуковые колонки представляют собой набор из двух-трех электродинамических  громкоговорителей, помещенных внутрь корпуса прямоугольной формы  шириной 20-30 см.

Важным параметром, характеризующим  звуковые колонки, является диаграмма  направленности. При узкой диаграмме  непосредственно в сторону слушателя  направляется больше звуковых сигналов акустического излучателя, и звуковые образы проявляются более отчетливо.

Как и в реальном концертном зале, в домашних условиях исполнителям произведений искусства положено находиться перед слушателем. Этому условию  вполне удовлетворяют две звуковые колонки (левая и правая), установленные  на определенном расстоянии от слушателя  и одна от другой.

Как можно использовать колонки  для воспроизведения бинаурального  звука (т.е. звука, предназначенного для  прослушивания в наушниках, когда  часть сигнала предназначена  для одного уха, а другая часть  для другого уха)? Как только мы подключим вместо наушников колонки, наше правое ухо начнет слышать не только звук, предназначенный для  него, но и часть звука, предназначенную для левого уха. Одним из решений такой проблемы является использование техники cross-talk-cancelledstereo или transauralstereo, чаще называемой просто алгоритм crosstalkcancellation (для краткости CC).

Идея CC просто выражается в терминах частот. Сигналы S1 и S2 воспроизводятся колонками. Сигнал Y1 достигающий левого уха представляет собой смесь из S1 и "crosstalk" (части) сигнала S2 (рис.1.5).

Рис.1.5_Схема воспроизведения бинаурального звука колонками

Если мы решим использовать наушники, то мы явно будем знать  искомые сигналы Y1 и Y2 воспринимаемые ушами. Проблема в том, что необходимо правильно определить сигналы S1 и S2, чтобы получить искомый результат.