ЛАМПОВЫЙ УНЧ

   Недавно собрал и успешно испытал свой первый ламповый УНЧ по схеме С.Комарова. Усилитель выполнен по двухтактной схеме на 6Ф5П с выходными трансформаторами ТН и блоком питания на электронном трансформаторе «Ташибра». Заявленная автором схемы мощность — 2х9Вт, однако на полную не включал, так как динамики использую по 10Вт.

   В качестве предварительного каскада усиления и фазоинвертора используется дифференциальный каскад. Ток анода каждого триода лампы 6Ф5П — 1,5 мА. Чувствительность усилителя со входа оказалась не очень высокая, поэтому добавил ещё один усилительный каскад на 6Н2П. Выходной каскад лампового УНЧ работает с автоматическим смещением в режиме класса АВ. Баланс токов выходных ламп устанавливается за счет изменения их сеточных смещений резистором 1к. А величина тока — изменением резистора Rc. Для увеличения тока покоя — уменьшаем его сопротивление.

   Для УНЧ на лампах 6Ф5П можно применить трансформаторы ТН36, ТН39 (выходной каскад) и если вы хотите собирать блок питания с классическим трансформатором — ТАН2, ТАН14, ТАН28, ТАН42 (сетевой питающий).

В моём варианте блок питания УНЧ выполнен на базе электронного трансформатора и простого диодного выпрямителя с фильтрующим конденсатором. Подробнее о переделке ЭТ вы можете почитать в других статьях.

   При желании уменьшить фон, можно организовать смещение введя в схему дополнительный резистор номиналом 300 килоом и мощностью 0,5 ватта, соединяющий цепь накала ламп с точкой анодного питания предварительного каскада. Таким образом, паразитный диод накал-катод, через который переменная составляющая тока фона попадает в катодную цепь лампы, будет заперт в предварительном каскаде смещением минус 32 вольта, а в выходном — минус 36 вольт.

   Основа лампового усилителя — кусок листового металла, на котором паяем практически все элементы УНЧ. Внутри красота особо не нужна, на нее никто смотреть не будет. Зато минимум наводок, паразитных емкостей. Все соединения — по кратчайшему пути, по максимуму использовать выводы самих деталей.

   Корпус — дерево и зеркало, с просверленными отверстиями под лампы. Если сделать такой корпус вам будет сложно — просто обклейте металлический корпус зеркальной самоклеющей плёнкой.

   Регуляторы — громкость, баланс и два тембра. Пассивный темброблок на схеме не показан. Сзади корпуса — разъёмы входа и выхода на динамики.

   Долго не мог побороть фон в динамиках. Только когда запитал накал 6Н23П постоянным напряжением и заземлил один из его выводов, фон ушел. Схема пассивного темброблока с усилительным каскадом на 6Н23П показана ниже. 

   Сам корпус не делал — знакомый мебельщик сделал рамку из отходов ламинированной ДСП по спроектированному мной чертежу.     

   Также добавил в УНЧ два стрелочных индикатора уровня сигнала левого и правого каналов.

   Схему подключения индикаторов взял стандартную.  В темноте, с жёлтой подсветкой смотрится очень красиво!

   По поводу звучания: когда слушаешь лампы, слышишь много того, чего раньше не слышал. Первое же, что бросается в глаза (пардон, в уши) — это высокая детальность и чёткость звучания. Данный самодельный ламповый усилитель использую совместно с компьютером. Автор конструкции: Gamzan.

Originally posted 2019-02-15 03:24:52. Republished by Blog Post Promoter

Ламповый УНЧ

   Моей целью являлось создание мощного широкополосного усилителя на лампах с прекрасным звучанием и желательно простого, но не слишком. Я отклонил single-ended (SE) схемы из-за их низкой мощности и ограниченной пропускной способности. Предпочтение отдал эффективной двухтактной «push-pull» системе.

Особенности усилителя:

— Выходные лампы: 4-6550 в триод-режим класс AB2 (push-pull) параллельно. 
— Около 80 ватт RMS на канал.
— Никакой отрицательной обратной связи. Только несколько местных с ограниченной отрицательной обратной связи.
— Ультра-широкая полоса пропускания выходного трансформатора тороидального типа.
— Servo для поддержания точного баланс в выходной цепи.
— MOSFET-регулируемые источники питания.
— УНЧ построен как пару моноблоков.

Принципиальная схема УНЧ (уменьшенная)

   Усилитель выполнен на металлическом шасси, но не с использованием классического для ламповых схем навесного монтажа, а на несущих печатных платах из текстолита.

Принципиальная схема БП УНЧ (уменьшенная)

   Сверху, на шасси, размещаются силовой и выходной трансформаторы, дроссель сглаживающего фильтра, лампы. В подвале шасси, защищенном боковыми стенками, размещаются все остальные радиоэлементы усилителя и монтажные проводники.

   Ламповый усилитель в процессе своей работы греется. Греются радиолампы, силовой трансформатор и дроссель. Греются почти все резисторы, расположенные в подвале шасси. Греются довольно сильно. Но при этом все радиодетали для ламповых конструкций предназначены для работы при повышенных температурах.

   Поэтому для лампового усилителя в процессе его эксплуатации не нужны вентиляторы, однако, необходимо естественное, конвекционное охлаждение. Главное для обеспечения правильного температурного режима лампового усилителя — это дать ему естественный контакт с окружающим воздухом. То есть, либо усилитель должен эксплуатироваться в открытом виде как он показан на фотографии, либо к нему нужно сделать сетчатый или решетчатый защитный корпус, который будет свободно пропускать воздух ко всем элементам его конструкции. Причем, доступ воздуха необходим и к элементам в подвале шасси. Поэтому нельзя ставить усилитель на глухую поверхность. Либо под него нужно подложить поперечные рейки из любого твердого материала, либо, закрыв подвал шасси снизу металлической решеткой, установить на нее ножки, которые будут обеспечивать нужное расстояние от опорной поверхности, до боковых кромок шасси. 

   Ламповый усилитель нельзя помещать в закрытый корпус, в котором, отсутствует приток внешнего воздуха. В таком случае радиодетали перегреются и быстро выйдут из строя.

Напряжения в контрольных точках схемы

   Внимание! Перед первым включением усилителя, необходимо еще раз и весьма тщательно проверить правильность выполненного монтажа по принципиальной и монтажной схемам. Желательно делать это не самому, а попросить своего товарища, коллегу или более опытного радиолюбителя. Чужие ошибки, со стороны, видны лучше, чем свои. Особенно стоит обратить внимание на полярность включения мостового выпрямителя и электролитических конденсаторов. Ламповые конструкции содержат в себе высокие напряжения и достаточные мощности, чтобы при неверном монтаже произвести ощутимые разрушения или привести к поражению электрическим током. При измерении падения напряжения на анодных резисторах соблюдайте аккуратность! Неосторожное касание одним щупом тестера любой точки схемы, включая шасси, когда второй щуп подключен к анодной цепи, приведет к выходу из строя прибора.
Понравилась схема — лайкни!

ПРИНЦИПИАЛЬНЫЕ СХЕМЫ УНЧ

Смотреть ещё схемы усилителей

       УСИЛИТЕЛИ НА ЛАМПАХ          УСИЛИТЕЛИ НА ТРАНЗИСТОРАХ  

   

УСИЛИТЕЛИ НА МИКРОСХЕМАХ          СТАТЬИ ОБ УСИЛИТЕЛЯХ   

    

ЛАМПОВЫЙ УНЧ НА 6П14П И 6Н2П

SE или однотактные схемы – это усилители, в которых сигнал усиливается одним усиливающим элементом (лампой, транзистором) последовательно на каждом каскаде. Эти системы работают в чистом классе А и ценятся многими аудиофилами благодаря их хорошей микродинамике и точности в представлении деталей. Простота также является преимуществом. Недостатками этих схем являются: низкая энергоэффективность (класс A), низкий коэффициент усиления, немного более высокий уровень искажений. Представляем здесь макет такого усилителя.

Предполагается, что это простая и дешевая система, которую можно построить имея минимальный опыт в электронике. Обычно самой дорогой частью лампового усилителя являются трансформаторы громкоговорителей, силовые трансформаторы и лампы. Поэтому, чтобы снизить затраты, предлагаем использовать акустические трансформаторы от старого лампового телевизора (понадобятся два). В таком телевизоре вы также найдете радиолампы, более мощные резисторы, некоторые высоковольтные конденсаторы также пригодятся.

Лампы, необходимые для создания этого усилителя, можно также достать разобрав старое радио. Сетевые трансформаторы можно намотать или купить. Конечно это не Hi-End усилитель, а простой усилитель для начинающих, но звук уже будет заметно отличаться от «кремния». Хотя качество звука в ламповых усилителях сильно зависит от трансформаторов громкоговорителей. Предлагаемые для сборки небольшие трансформаторы, используемые в ламповых телевизорах, не имеют очень хороших частотных параметров. Реально хороший трансформатор большой, тяжелый и довольно дорогой.

Схема усилителя на 6П14П + 6Н2П

Список элементов

Усилитель

• R1, R1A – 1 кОм, 
• R2, R2A – 470 кОм, 
• R3, R3A – 150 кОм,  
• R4, R4A – 1-1,5 кОм, 
• R5, R5A – 150-200 кОм  
• R6, R6A – 470 кОм, 
• R7, R7A – 1 кОм, 
• R8 – 500-1000 Ом, отрегулируйте ток сетки, чтобы он не превышал 5 мА, 
• R9, R9A – 120-180 Ом, подберите для получения нужного тока катода,
• R10, R10A – 5-20 кОм,
• R11 – 10-20 кОм, 
• P – 2×47 кОм / логарифмический, 
• C1, C1A – 100 мкФ / 16 В, 
• C2, C2A – 100-220 нФ / 250 В, 
• C3 – 100 нФ / 400 В, 
• C4 – 47 мкФ / 400 В, 
• C5, C5A – 100 мкФ / 25 В,
• C7 – 33-100 пФ, выбрать чтобы он не срезал высокие частоты и сигнал осциллографа был правильным,
• C6, C6A – около 1 нФ / 250 В припаять непосредственно к выходам трансформатора громкоговорителя.

Блок питания

• R101 – 400-1000 Ом / 5 Вт, 
• R102, – 3-5 кОм / 1 Вт,  
• R103 – 270 кОм / 0,5 Вт, 
• R106 – 0,8-1,5 кОм чтобы светодиод светил достаточно ярко, 
• R104, R105 – 100 Ом, 
• C101 – 100 нФ / 400 В, C102, C103, C104, 105 – 100 мкФ / 400 В, 
• C106, C107 – 47 мкФ / 400 В,
• M1 – диодный мост выпрямитель 5-10 А / 600 В, 
• трансформатор питания 220 В / 250 В – 0,15 А, 6,3 В – 2,5 A.

Схема очень проста. На рисунке показан один канал, другой идентичен. Сигнал со входа через потенциометр P подается на триоды малой мощности (L1), работающие в схеме с общим катодом. После усиления на пентод (L2) подается через конденсатор C2. Трансформатор громкоговорителя (его анодная обмотка) является нагрузкой для этой лампы. Вторичные обмотки трансформатора позволяют питать динамик или наушники.

Усилитель охвачен петлей отрицательной обратной связи, которая уменьшает искажения и расширяет частотную характеристику. Однако это делается за счет усиления. Обратная связь берется с выхода динамика трансформатора и через резистор R10 подается на катод первой лампы (L1). Конденсатор С7 используется для возможной фазовой коррекции. Конденсаторы C3, C4 и резистор R11 образуют фильтр для предотвращения возбуждения усилителя. Аналогичную роль играют резисторы R1 и R7 в цепях ламповых сеток.

Радиолампа L2 может работать в двух режимах – пентод и триод. Режим пентод более мощный, с большим искажением. Режим триода менее эффективен, но имеет меньше искажений. Изменение режима работы может быть сделано с резистором R8. Он в режиме триода должен иметь небольшое значение – обычно это 100 Ом. Если хотим использовать режим пентод для работы усилителя, подключаем R8 как показано на схеме. Можно дать и более высокое значение но так, чтобы ток, протекающий через сетку 2, был немного меньше 5 мА. Как правило значение резистора составляет 500-1000 Ом.

Для подключения громкоговорителей необходим трансформатор, который изменит высокое напряжение в анодной цепи подходящим для сопротивления динамиков или наушников. Для этой цели идеально подходят популярные и простые в добыче трансформаторы из старого лампового телевизора. Естественно понадобится два, по одному на канал.

Можете поэкспериментировать с другими лампами, вместо 6П14П использовать более мощные пентоды (например 6L6 или другие) но помните, что это требует изменения напряжения питания, силовой трансформатор должен иметь также большую мощность. Значения элементов, определяющих рабочую точку лампы, тоже должны быть соответствующим образом подобраны, и трансформаторы АС должны быть адаптированы к типу ламп. Схемы таких усилителей можно легко найти на нашем сайте. 

Блок питания усилителя

Блок питания тоже не сложный. Анодное напряжение выпрямляется с помощью моста и фильтруется RC-фильтром, состоящим из резисторов R101-R102 и конденсаторов C101-C107. Резистор R108 разряжает высоковольтные конденсаторы после выключения питания.

Резисторы R105, R104 симметрируют напряжение накала на землю, так что шум сети, слышимый в динамиках, должен быть минимален. Резистор R101 довольно сильно нагревается, поэтому для лучшего отвода тепла его можно разместить на небольшом радиаторе, либо два сразу подключить – последовательно или параллельно (путем выбора сопротивления отдельных резисторов соответственно). Этот источник питания обеспечивает питание одновременно обоих каналов УНЧ.

   

После включения усилитель должен прогреться несколько минут, чтобы стабилизировались токи протекающие через лампы. Резисторы R101 и R102 в блоке питания, а также R9 и R9A на лампах будут нагреваться до высокой температуры, это нормально. Однако если в воздухе есть запах выжженного лака и видим, что краска на одном из резисторов меняет цвет, значит у резистора слишком мало запаса. В этом случае его следует заменить на такой же по номиналу, но с большей мощностью. После более длительного периода работы снова проверяем напряжение питания и падение напряжения на катодных резисторах ламп. Производим коррекцию анодных токов лампы L2 (L2A).

Печатные платы УНЧ

   

Можно собрать УНЧ навесным монтажом, а можно на платах печатных. На чертеже плат с лампами отмечен способ соединения с другими элементами усилителя (потенциометр, трансформаторы). Все соединения выполнены с использованием витой пары, то есть пары жестко скрученных проводов. Это должно устранить или, по крайней мере, уменьшить наведенный шум в проводах.

В основе металлическое шасси. Позади трансформаторов громкоговорителей находится тороидальный силовой трансформатор, помещенный в металлическую банку, которая уменьшает сетевые помехи, распространяемые этим трансформатором.

Усилитель действительно играет тепло и как-то по-другому, у него большая глубина звука, больше объём. Хотя он даёт только 2 Вт мощности, звучание идеально подходит для небольшой комнаты!

Внимание! Электронные устройства обычно питаются от сети 220 В. Сетевое напряжение опасно, поэтому используйте хорошо продуманные решения конструкций, чтобы не подвергать себя и других пользователей поражению электрическим током. В ламповых устройствах также имеются высокие напряжения. Производите любые регулировки только когда источник питания выключен и после разрядки высоковольтных конденсаторов. Лампы и некоторые резисторы нагреваются до высоких температур.

Лампы из-за высокого входного сопротивления очень чувствительны к внешним помехам. Поэтому используйте экранированные кабели. Металл, подключенный к массе корпуса усилителя, защитит усилитель от ловли внешних помех.

Как сделать ламповый унч. Ламповый усилитель

Итак, решил попробывать себя в ламповой технике. Нашел нужные детали и собрал схему на лампах 6п14п и 6н23п, вначале просто на куске железа. Выход получился ватт 5, звук громкий и четкий, ничего не звенит и не срезается. Доволен таким УНЧ полностью. Питание на него идёт от трансформатора, который взял от радиолы «Сириус». Задействована одна накальная обмотка на 6 вольт, и 250 вольт для питания анодов ламп. Хотя сейчас стало модно устанавливать в усилители на лампах так называемые «электронные трансформаторы «, для начинающих лампостроителей советую выбирать обычные на железе.

В качестве выпрямителя — диодный мостик, а в качестве фильтров — 2 конденсатора от БП компьютера, на 200 вольт 470 мкф соединенных последовательно, итог — выход 315 вольт на конденсаторах. Все это дело по плюсу подключено через резистор 2.7 кОм в разрыве питания.Питание анодов примерно 250 вольт постоянного тока. Конденсаторы фильтра питания шунтируем резистором в 200 кОм что бы было чему их разрядить после выключения из сети устройства.

БП выполнен в отдельном корпусе от старого лампового ТВ. Сам ламповый усилитель сделан в корпусе от советской магнитолы, корпус ее толстый и как раз по размерам подходит.

Панельки для ламп можно выковырять из любой ламповой техники — они все стандартные. Большое отверстие делаем с помощью маленьких, просверленных по кругу. Края зачищаем круглым напильником.

Колонку смастерил на основе динамика 5-гд бумажного, с номинальной мощностью 5 вт, само основание из доски, задняя часть — фанера, а сам динамик на лицивой панели укреплен на двух спрессованных листах картона.

Ножки всем блокам сделал приклеив кусочки двухстороннего скотча к корпусу, чтобы не царапали поверхности стола. Видео про сборку простого УНЧ на лампах смотрите ниже:

Ко входу припаян штекер металлический 3.5 мм, типа – «мама». Проводник, который по аудиовходу, обязательно хороший экранированный.

Регулировку громкости убрал, так как только лишние шумы дает, да и в самом источнике звука (в моём случае DVD плеере) регулировать с пульта ее куда удобнее!

Не забываем на землю поставить резистор 200-500 кОм на входе, а если делаете регулятор — то используйте высокоомный, пробовал на 1 мОм и с ним оказалось лучше всего.

Возможно кому-то конструкция покажется не особо серьёзной, но учтите, что это мой первый шаг в освоении ламповых УНЧ. Следующие усилители будут посолиднее. С Вами был тов. Redmoon.

Обсудить статью ПРОСТОЙ ЛАМПОВЫЙ УСИЛИТЕЛЬ

ЛАМПОВЫЙ УСИЛИТЕЛЬ СВОИМИ РУКАМИ

В превосходстве лампового звука над транзисторным я убедился после первого же собранного и прослушанного усилителя. Несмотря на всё новые микросхемы, транзисторы и прочие «камни», вакуум всё-же предпочтительней для качественного УНЧ. Как не крути, а проходя через пустоту звуковой сигнал имеет меньше искажений, чем проходя через германий и кремний. Причём разница особенно заметна во время поочерёдного прослушивания двух усилителей. Чтоб не покупать дорогущие фирменные ЛУНЧ, можно сделать ламповый усилитель своими руками. Для тех, кто решил убедится в этом сам, предлагается простая классическая схема двухтактного лампового усилителя с мощностью примерно 20 ватт на канал, с сайта radiostation.ru .

Для транса питания, берём старый добрый ТС180-2 от телевизора. Выходные трансформаторы типа ТН, но можно задействовать и ТАНы. Используя все ресурсы военного производства и неоценимую помощь дяди Вадима в создании лампового усилителя , мне удалось сделать такой девайс:

Основой лампового усилителя, является дюралевая пластина 200х160 мм толщиной 4 мм, на которой крепятся детали и лампы. Затем вся конструкция красится в белый цвет (надоели чёрные коробки) и по углам прикручиваются стойки из полированного дюраля Д95. Трансформаторы питания и выходные, помещаются в экраны из жести, для уменьшения фона и наводок.

Для экономии места, дроссель питания был исключён, и вместо него используется простой П-фильтр, конденсатор на 300 мкф — резистор 15 Вт 100 Ом — конденсатор 300 мкф. Фон лампового усилителя в динамиках, не прослушивается даже в тишине.

В статье вы узнаете, как сделать ламповые усилители своими руками из подручных материалов. Не секрет, что ламповый звук — самый красивый, его поклонники будут существовать во все времена, несмотря на то что рынок пестрит большим количеством предложений малогабаритной техники на транзисторах и микросхемах. Рассмотрите более подробно, что вам следует учитывать при изготовлении лампового усилителя.

Питание — основная трудность

Да, именно с питанием могут возникнуть проблемы, так как вам потребуется два значения переменного напряжения: 6,3 В для питания нитей накала и от 150 В для анодов ламп. Самое первое, что нужно выяснить для себя — мощность будущей конструкции. От этого зависит мощность трансформатора для блока питания. Обратите внимание на то, что у трансформатора должно быть три обмотки. Без такого питания нельзя сделать ламповые

Кроме вышеназванных вторичных, должна быть еще и сетевая (первичная). Она должна содержать столько витков, чтобы трансформатор работал в нормальном режиме. И даже при значительной нагрузке (и скачках напряжения в сети вплоть до 250 В) обмотка не должна перегреваться. Конечно, габариты у блока питания будут немаленькие из-за больших размеров трансформатора.

Выпрямитель

Вам потребуется сделать выпрямитель, чтобы на выходе получить минимум +150 Вольт постоянного напряжения. Для этого нужно использовать мостовую схему соединения диодов. В конструкции блока питания можно использовать диоды Д226. Если нужно сделать высокую надежность, то используйте Д219 (у них максимальный рабочий ток составляет 10 Ампер). Если вы делаете ламповые усилители своими руками, то соблюдайте правила техники безопасности.

Неплохо работают в блоках питания диодные сборки. Нужно только выбирать те, которые способны нормально функционировать при напряжениях до 300 Вольт. Особое внимание уделите фильтрации выходного постоянного напряжения — установите 3-4 электролитических конденсатора, соединенных параллельно. Емкость каждого должна составлять не менее 50 мкФ, напряжение питания свыше 300 В.

Схема на лампах

Итак, теперь ближе к самой схеме. Если вы изготавливаете ламповый гитарный усилитель своими руками, либо же для воспроизведения музыки, нужно понимать, что самое главное — это безопасность и надежность. Самые распространенные схемы содержат один или два каскада предварительного усилителя и один оконечный. Предварительные строятся на триодах. Так как существуют радиолампы, у которых в одном цоколе находится два триода, вы можете немного сэкономить места при монтаже.

А теперь о том, какие элементы содержат ламповые усилители. Своими руками придется собрать все в единую конструкцию. Для лампы в предварительном усилителе лучше всего использовать 6Н2П, 6Н23П, 6Н1П. Причем, несмотря на то, что все эти лампы являются аналогами друг другу, 6Н23П намного приятнее звучит. Эту лампу можно встретить в блоке ПТК (переключатель телевизионных каналов) старых черно-белых телевизоров типа «Рекорд», «Весна-308», и т. д.

Оконечный усилительный каскад

В качестве выходной лампы обычно используются 6П14П, 6П3С, Г-807. Причем первая будет самой миниатюрной, а вот последние две весьма внушительных размеров. А у Г-807 анод и вовсе в верхней части баллона. Обратите внимание на то, что в ламповых УНЧ обязательно нужно использовать трансформатор для подключения акустики. Без такого согласующего трансформатора нельзя сделать ламповый усилитель своими руками.

Прекрасно работают в качестве выходных трансформаторы ТВК, используемые в кадровой развертке. Его первичная обмотка включается между плюсом блока питания и анодом выходной лампы. Параллельно к обмоткам подключается конденсатор. Причем очень важно подобрать правильный! Во-первых, он должен быть бумажным (типа МБМ). Во-вторых, его емкость должна быть как минимум 3300 пФ. Нельзя применять электролитические или керамические.

Регулировки и стереозвук

Сделать стереозвук окажется очень просто. Достаточно только сделать два одинаковых усилителя. Можно встретить в старой советской технике стереофонический ламповый усилитель. Своими руками можно повторить конструкцию. Но нужно учитывать некоторые особенности:

1. подключается непосредственно ко входу усилителя. который используется для него, нужно выбирать такой, чтобы в одном корпусе на оси было два элемента. Другими словами, чтобы при вращении ручки менялось сопротивление сразу у двух резисторов.
2. Аналогичные требования и к регулятору частот. Включается он в анодную цепь первого триода предварительного усилителя.

Корпус для усилителя

Если вы делаете ламповый гитарный усилитель своими руками, то использовать корпус из металла есть смысл. Ему не страшны будут удары и иные мелкие потрясения. Но если вы делаете усилитель для использования дома, например, для подключения к плееру, компьютеру, то разумнее использовать корпус из дерева. Но нужно учесть, что трансформатор питания желательно крепить к корпусу при помощи резиновых прокладок. С их помощью уменьшаются вибрации.

Многое зависит от того, какой будет корпус лампового усилителя. Своими руками многие мастера изготавливают корпуса из листового алюминия. Если на лампу будут воздействовать даже мелкие вибрации, ее сетка начнет колебаться. И эти колебания начнут усиливаться, а результат — гудение в динамиках. Также нужно сделать общую шину, которая должна проходить возле всех ламп, входящих в конструкцию. Все провода, по которым идет сигнал, должны быть максимально экранированы — это позволит избавиться от различного рода наводок.

Схемы с транзисторами

И еще одна интересная конструкция — это лампово-транзисторные усилители. Своими руками такие сделать можно буквально за вечер. Но вот ламповые конструкции, как правило, делаются навесным монтажом. Он оказывается самым удобным и простым. А в случае, если будут использоваться транзисторы, нужно применять печатный монтаж. Кроме того, потребуется наличие напряжения 9 или 12 Вольт для питания транзисторных каскадов. Причем транзисторы используются только для построения предварительного каскада усиления. Другими словами, у вас останется всего одна лампа — в выходном каскаде (или две, если речь идет о стерео варианте).

О преимуществах и недостатках ламповых схем усилителей низкой (звуковой) частоты, немало споров. Существуют, прямо таки целые отдельные течения лампового звука, со своими гуру, и адептами. «Только лампы, никаких полупроводников», «гибридные», «однотактные», «фанаты трансформаторов (межкаскадных)» и гибриды и подвиды. Это что касается самодельщиков, которые в любом случае заслуживают уважения. Есть еще те, для кого оболвание ближнего своего, профессия. Там совсем худо. Разумеется, везде есть исключения.

Не будем сейчас касаться «теологии», а посмотрим, что удалось сделать из, буквально подножного хлама.

Начать пожалуй, стоит с того, что приехали мы в Пермский край искать себе местечко для жизни, в основном, с вещами самыми необходимыми и радиодетали в их число не входили. К счастью, в городе нашёлся магазинчик торгующий радиодеталями, со своеобразным ассортиментом, однако, и то что обнаружилось, было за счастье. Радиоэлементы требующиеся для усилителя на лампах, несколько специфичны, это не считая самих радиоламп. Словом, пораскинув мозгами, дал объявление в местную газету о покупке лампового радиоприемника. Много звонили, несколько отдали просто так, с условием «забрать-из-гаража -самому». Набралось аж четыре штуки, потом взбунтовались родственники, а настаивать было неловко — мы тогда временно жили у родителей, а мастерил я у бабушки в частном секторе. К счастью два радио, оказались с весьма близкими внутренностями — типовая схема усилителя НЧ на 6П14, и блок питания одинаковый. «У нашей Алёны Игоревны, внешность такая типическая-типическая».

Первой предательской мыслью, которую с трудом удалось придушить подушкой, была просто взять и перенести эти платки усилителей в отдельную коробочку и… и собственно всё. Но во первых это было бы не слишком эстетично (А как же, чуть не главная изюминка-лампы снаружи? Выпендрёж конечно, но красиво ведь). Да на печатных платах – ну уж нет. Словом, решено было от легкого пути отказаться, чай не первый раз канифоль нюхаем! Чтоб, всё как у людей… (напевая под нос) всё как у люде-е-ей. Да, хм, ну разложил на верстаке на тряпочке надерганные из радио лампы, набросал схемку, блок питания, чтоб все напряжения стабилизированы, все дела. Выходные лампы 6П14, переключение триод-пентод, выходные трансформаторы, вроде ТВЗ 1-9, входной каскад 6Н2П, но утверждение оставил на потом, после экспериментов.

Приличных ламповых керамических панелек в магазине и не видели никогда, пришлось выкручиваться.

Высокие боковые стенки, лишь отчасти для простоты. Во многом для удобства — не дурно защищает хрупкие и бьющиеся радиолампы, а учитывая предстоящую стройку в деревне, вообще не понятно где будет аппарат таскаться. Опять-же, очень удобно настраивать и переделывать — перевернул и стоит себе как вкопаный, причём и лампы не нужно вытаскивать — паяй, меряй, включай, сколько душе угодно.

Радиатор сверху для стабилизаторов, высоковольтных и накалов. Выпрямители для них в подвале шасси.

Корпус разобран, шпаклевка, шлифовка, пару слоев краски.

Сборка корпуса набело.
Смонтированы тумблеры включения питания (накал и с задержкой анодное), индикаторы питания на неоновых лампочках, ламповые панельки, переключатели режима выходного каскада – триод-пентод, и включения обратной связи.

Смонтированы выпрямители в подвале, предохранитель на задней стенке в арматуре, все подключено, осторожненько проверяем работу готового кусочка схемы прямо от сети. Лампы торчат для антуража.
Все работает, ура.

Очередь за силовым трансформатором. Этот, от того же радио. Мощности вполне должно хватить. Кожух был снят с магнитопровода, к нему припаяны четыре шпильки из длинных болтиков М6. Для установки боком в этаком лежачем положении, чтоб все провода были в подвале шасси. Катушку проварил в лаке, чтобы не гудел.

Смонтированы и уже проверены высоковольтные выпрямители, их аж четыре штуки — для каждого каскада двух каналов свой собственный. Каждый диод зашунтирован пленочной ёмкостью против помехи при переключении.

Электролитические конденсаторы здесь, в том числе и от стабилизаторов. Сами стабилизаторы будут на радиаторе сверху.
Подключены тумблеры включения питания и индикаторные неоновые лампочки. Видно сигнальные гнезда и экранированный кабель к первому каскаду.

Планка, нет не Пикатинни — Мазая. Контактная. Будет крепиться на винтах трансформатора внутри корпуса. На ней удобно распаиваются диоды выпрямителя накала всех ламп. Стабилизаторы, опять же снаружи на общем радиаторе.

Стабилизатор +5 вольт. С гнездом USB. Для удобства работы MP3 проигрывателя. Чтоб не бегать искать зарядку или компьютер. Обычная 7805, в классическом включении – два электролитических, два керамических конденсатора. Питается от выпрямителя накала.

О, трансформатор на месте. Зарядка тоже. На крепеж трансформатора нахлобучены контактные планки, на них распаяны три диодных моста с электролитами, включена зарядка для МР3-шника.

Платка со стабилизаторами. Высоковольные на дискретных элементах, три стабилизатора накала посередине — на 7806, плюс, по одному-два (подобрать) диода в общий вывод.

С другой стороны платы силовые элементы.

Причем навыворот, чтоб их прижать спиной к радиатору. Плата тоже сделана несколько оригинальным способом – на манер как с элементами SMD, чтобы со стороны радиатора не было ни дорожек, ни выводов. Высокое напряжение все таки.

Вот этому кстати.

Сверху понятно крышка, чтоб пальцами в высокое напряжение не залезть. Радиатор стандартный, игольчатый, крышка из кровельной оцинкованной стали 0,5мм.

Испытания БП. Соединения между выпрямителем и стабилизатором на живую нитку.

Самое сложное — засовывание на место и монтаж. Радиатор со стабилизаторами с другой стороны шасси. Все провода собранные в четыре пучка продеваются в отверстия и проводятся к выпрямителю. Пинцетом, с толикой терпения и внимательности. Потом начинается главная забава — искать тестером где какой конец провода и по двум схемам подключать, да чтоб не торчало ничего лишнего, да чтоб «и смотри не перепутай… Кутузов». А не то салют может быть знатный, плавали, знаем.

Это уже сами каскады усиления, собственной, так сказать, персоной. Ну, всё как у людей. Автоматическое смещение, межкаскадные конденсаторы вроде фторопластовые, полюбопытствуем.

Выходные трансформаторы.

Из радиоприемников понятно, проварены в воске с парафином, сердечник на горячую стянут в тисках через полоску резинки – чтоб, немагнитный зазор в каждом слое железа был одинаковый и минимальный. При разборке-сборке не теряем полосочку бумаги для немагнитного зазора.

И в импровизированный кожух из сгущёночной банки.

Заливаем воском, или нейтральным герметиком, или эпоксидной смолой, если не жалко.

Выходные трансформаторы на месте.

Прослушивание в бабушкиной теплице, где места побольше. А что, мне нравится.

Акустика была такая вот, акустическое оформление – «закрытый корпус», играет хорошо, но чувствительности маловато, приходится выходной каскад в основном включать пентодом.

Это с кожухом на радиаторе.

Поработав некоторое время, перегорел один из выходных трансформаторов, пришлось переделывать на другие.

Сервис объявлений OLX: сайт объявлений в Украине

Обычные объявления Найдено 14 298 431 объявление Найдено 14 298 431 объявление Хотите продавать быстрее? Узнать как

Ратно Сегодня 12:08

Схема лампового усилителя для наушников: качественный УНЧ

Схема лампового усилителя для наушников. В этой статье поговорим о том, как самостоятельно изготовить ламповый усилитель для наушников с чистым звучанием.

Многие меломаны отказываются от современных усилителей, так как не считают издаваемый ими вес качественным. Намного приятнее слушать так называемый «ламповый» звук – он звонче, насыщеннее, в нем даже есть какое-то скрытое тепло.

Качественная схема лампового усилителя для наушников

Да и внешний вид лампового усилителя намного интереснее, нежели транзисторного или на микросхемах. Он светится в темноте, издает иногда потрескивания при прогреве ламп. А монтаж можно выполнять любым способом – хоть навесным, хоть на печатном текстолите. В статье будет рассмотрено несколько способов изготовления усилителя.

Корпус – какой выбрать?

Для ламповой техники идеальным материалом окажется алюминий – он внешне привлекательный, да и работать с ним одно удовольствие. Но можно использовать и оцинкованную сталь – вот только она тоньше, придется делать ребра жесткости. Но допускается применять и более дешевые материалы – подойдет фанера, пластик. Можно использовать и готовые корпусы от старой аппаратуры и даже фанерные шкатулки. Главное, чтобы размеры были подходящими – в корпусе должны уместиться все детали.

Обратите внимание на то, что схема лампового усилителя для наушников предполагает использование источника питания с высоким напряжением. На аноды ламп придется подавать не менее 120-150 В. И желательно для компактности все уместить в одном корпусе. А для того чтобы не возникло никакого постороннего фона в наушниках, необходимо осуществить экранирование блока питания от основных элементов конструкции, особенно от выходного трансформатора звука (если таковой имеется).

Изготовление корпуса из алюминия

Как вы понимаете, схема лампового усилителя для наушников может быть применена практически на любой основе. Но алюминиевый будет смотреться намного привлекательнее. Поэтому вам необходимо найти подходящий материал – он не должен быть тонким, чтобы не прогнулся под тяжестью установленных деталей. Вам потребуется изготовить короб из алюминия. Соединения лучше сделать при помощи сварки – после обязательно швы тщательно обработать, чтобы они не выделялись.

Затем, после формирования короба, нужно внутри установить перегородку – она послужит экраном между блоком питания и узлом усилителя. В этом экране делаете отверстие, в которое впоследствии прокладываете провода питания. Намечаете положение всех элементов – ламп, трансформаторов, регуляторов, выключателей и гнезд. В случае применения навесного монтажа на всех этих элементах будут устанавливаться пассивные компоненты – резисторы, конденсаторы, и т. д. Но можно применять и монтаж на печатной плате – правда, могут возникнуть при этом трудности. Все моменты сейчас и рассмотрим.

Печатный монтаж

Представленная здесь схема лампового усилителя для наушников больше адаптирована именно под этот способ монтажа, но придется четко размечать положение гнезд под лампы и отверстия в корпусе. Если они не будут совпадать, то установка ламп и их замена окажется проблемой. При использовании такого способа монтажа на печатной плате устанавливаются все резисторы, конденсаторы и диоды, а также гнезда под лампы. Все остальные компоненты – гнезда типа «джек», регуляторы тембра и громкости, «тюльпаны», монтируются на боковых стенках и соединяются с платой при помощи экранированных проводов.

При изготовлении печатной платы потребуется раствор хлорного железа, перманентный маркер, а также фольгированный текстолит. Главное – правильно разметить дорожки. Они не должны быть слишком длинными – это может стать причиной появления постороннего фона. Чтобы на все 100% избавиться от фона, можно поверх дорожек на расстоянии 0,5 см (лишь бы не касался) поставить экран из тонкого металла. Его обязательно соединяете с общим проводом (минусом питания).

Навесной монтаж

Этот тип монтажа хоть и не отличается красотой, зато надежен и позволяет уменьшить длину выводов элементов. Это благоприятно сказывается на работе устройства. При изготовлении лампового усилителя для наушников на 6Н6П (это двойной триод) можно реализовать схему, в которой будет всего две лампы. Причем задействованными окажутся две половинки – одна в качестве предварительного усилителя с регулятором тембра, вторая будет оконечным каскадом.

Рекомендуется применять трансформаторы – они позволяют уменьшить сопротивление каскада. Для того чтобы реализовать на практике навесной монтаж, необходимо просто сделать отверстия под гнезда ламп. Но нужно делать отверстия как можно ближе друг к другу – это позволит избавиться от возможного появления фона при работе. Затем намечайте отверстия под установку переменных резисторов и гнезд для подключения наушников и источников сигнала.

Обязательно сделайте отверстия для креплений силового трансформатора и выходного звукового. И не забудьте про электролитические конденсаторы. В той части корпуса, где планируется монтаж блока питания, нужно сделать отверстия под провод и выключатель. Желательно устанавливать предохранитель. Можно применять само восстанавливающийся, благо он имеет низкую стоимость.

Схема лампового усилителя для наушников — Выбор схемы для усилителя

Если обратить внимание на то, какие используют схемы радиолюбители в своих конструкциях, то можно увидеть, что выбор-то не очень большой. Отличия могут быть в лампах, которые используются в конструкции. Если вы делаете схему лампового усилителя для наушников на 6Н6П, то получите относительно малогабаритное устройство. Но в случае применения лампы типа 6Н6С размеры конструкции увеличиваются – гнезда у них отличаются, причем существенно.

Классическая схема лампового усилителя для наушников – это предварительный усилитель на лампах типа 6Н6П или 6Н2П. Некоторые меломаны используют 6Н23П – обосновывают свой выбор тем, что у нее звук намного приятнее. Выходной каскад может строиться на аналогичном триоде или же пентоде типа 6П14П. В этом случае можно добиться большего усиления, но при использовании наушников в качестве нагрузки это не очень-то и надо.

Кстати, существуют пальчиковые лампы – у них размеры намного меньше, чем у тех, которые были приведены в статье. Для них не нужно устанавливать гнезда, они просто впаиваются в плату. Такие лампы удобно использовать в случаях, когда пространство для монтажа ограничено. Вот только на виду эти лампы не будут – их лучше прятать внутрь хорошо проветриваемого корпуса.

Схема лампового усилителя для наушников — Изготовление блока питания

Обратите внимание на то, что любой, даже самодельный ламповый усилитель для наушников нуждается в питании. Обязательно должно быть три обмотки в трансформаторе:

1. Накальная – напряжение переменное 6,3 В.
2. Анодная – напряжение от 150 до 300 В.
3. Сетевая – для подключения к розетке.

Обязательно в цепи нужно устанавливать предохранитель и выключатель – это позволит сделать использование усилителя максимально безопасным. Обратите внимание на то, что все обмотки должны быть уложены плотно. Также не допускается наличие зазоров в сердечнике. Это может стать причиной появления постороннего шума. Трансформатор должен работать бесшумно – это главное условие.

Выпрямитель и фильтры

Затем необходимо сделать отверстия под установку электролитических конденсаторов – они используются в блоках питания для избавления от переменной составляющей тока. В качестве выпрямителя можно использовать сборку, состоящую из четырех полупроводниковых диодов. Корпус из тонкого алюминия, четыре вывода, к которым подключается источник переменного тока и нагрузка. Конструкция не очень сложная, но достать такой прибор становится все сложнее.

Поэтому в качестве выпрямителя портативного лампового усилителя для наушников лучше всего использовать обычные полупроводниковые диоды. Единственное условие – величина обратного напряжения должна быть 300 В и выше. Для ламповой техники высокие напряжения – это нормальное явление.

Рекомендуется устанавливать дополнительные дроссели – они позволят избавиться от высокочастотных помех, которые могут проникнуть из сети. Это актуально для случаев, когда усилитель планируется использовать совместно с ноутбуком, персональным компьютером, и любой другой техникой, в которой используются импульсные блоки питания.

Накальные обмотки

Напряжение накала для большей части радиолам составляет 6,3 В. Максимально допустимое значение – 7 В. Но есть и лампы, у которых для накальных обмоток нужно 12,6 В (например, ГУ-50). Но это лампы, которые используются исключительно в мощной аппаратуре и для нашей конструкции они не применимы. Обмотка накала должна быть намотана толстым проводом – чтобы обеспечить все цепи питанием. Кроме того, от нее же можно запитать лампу (или светодиод), которая будет сигнализировать о включении/отключении усилителя.

Иногда в литературе можно встретить рекомендации специалистов – выпрямлять ток перед подачей на накалы ламп. Это хорошее решение для избавления от посторонних шумов, возникающих при работе. Дело в том, что нить накала, словно динамик, немного «гудит» при питании от источника переменного тока. Она колеблется с частотой около 50 Гц. Эти колебания могут влиять на работу УНЧ. Чтобы от них избавиться, достаточно установить мостовой выпрямитель и несколько электролитических конденсаторов. Тогда только не будут вибрировать нити накалов.

Сборка усилителя

А теперь приступим к сборке усилителя – дело это кропотливое, но выполняется очень просто. Даже самые лучшие ламповые усилители для наушников собираются по классическим схемам, о которых мы говорили выше. Выбрав конкретную схему, можно приступать к ее реализации. Соберите все элементы, которые вам потребуются. Установите переменные резисторы и можно начинать сборку.

Первым делом прокладываются шины питания нитей накала. Для экономии иногда один из проводов соединяют с корпусом. В нашем случае питание происходит постоянным током, поэтому с корпусом нужно соединять минус. Следовательно, на каждом гнезде лампы необходимо соединить с корпусом один из выводов нити накала. На второй вывод подается плюс от источника питания. Затем, когда все шины находятся на своих местах, можно приступать к установке пассивных компонентов.

Схема лампового усилителя для наушников — Монтаж элементов

Первым делом нужно произвести соединения цепей, которые могут быть причиной появления постороннего фона. При подключении наушников к ламповому усилителю может слышаться характерный звук, который говорит о том, что в цепях присутствует некачественное соединение. Переменные резисторы соединяете с элементами схемы при помощи экранированных проводов – добейтесь того, чтобы провод без оплетки был максимально коротким. Прокладываете аккуратно провода, можно использовать фиксаторы для крепления.

Затем производите установку резисторов и конденсаторов – высоковольтную (анодную) часть нужно делать самой последней. Для облегчения монтажа можно использовать цилиндрические электролитические конденсаторы типа ВЗР КЭ-2М. Они при помощи гайки закрепляются на корпусе. Минус – это корпус конденсатора, плюс – центральная жила. Именно с ее помощью можно облегчить проведение монтажа – она соединяется с «+300В» от источника питания. А затем к этой жиле припаиваются резисторы, второй вывод которых соединяется с анодами ламп.

Завершение монтажа

Теперь нужно реализовать подключение наушников к ламповому усилителю – делается это при помощи штекеров типа «джек». Сразу нужно оговориться, что использовать разъем 3,5 мм неудобно – его и поставить сложно, и пайку производить тоже проблемно. Поэтому лучше использовать разъемы 6,5 мм – они красиво смотрятся на корпусе из алюминия. Если вы изготавливаете бестрансформаторный ламповый усилитель для наушников, то необходимо нагрузку подключать в анодную цепь.

Рекомендуется перед началом проведения работ определиться с тем, нужен ли микшер. Это устройство, при помощи которого делается слияние нескольких сигналов в одно целое. Другими словами, можно взять сигнал от микрофона, компьютера и гитары, отрегулировать величину усиления и подать на вход УЗЧ. Поэтому, если нужно сделать несколько входов, потребуется установить дополнительные разъемы типа «тюльпан» или «джек». И по каждому входу делается регулировка громкости – для этой цели устанавливаются отдельные переменные резисторы.

Стереофонические УНЧ

И еще один момент. При изготовлении стереофонического лампового усилителя для наушников на 6Ж1П или аналогичной лампе необходимо использовать переменные резисторы спаренного типа – два в одном. Другими словами, на одном рычаге должно быть два бегунка. С помощью такого устройства можно одновременно производить регулировку усиления сразу по двум каналам.

Если усилитель стереофонический, то для каждого источника сигнала используется отдельный предварительный усилитель. Оконечный каскад может быть общим. Но самый простой способ реализации стереоусилителя – это изготовление двух монофонических устройств. На один подается сигнал от левого канала, на второй – от правого. По аналогичной схеме можно изготовить и усилитель для сабвуфера. Нужно только добавить в конструкцию фильтр низких частот. Но при изготовлении простого лампового усилителя для наушников своими руками это не потребуется.

Трансформатор звука

При изготовлении лампового УНЧ по классической схеме необходимо применять трансформаторы типа ТВЗ. Такие устанавливались раньше на усилителях в радиолах и радиоприемниках. Если присмотреться, то можно увидеть, что никаких практически отличий от сетевых трансформаторов нет. А теперь подробнее:

• Напряжение питания первичной обмотки у сетевых и звуковых трансформаторов около 250 В.
• На вторичной обмотке напряжение около 9-10 В.

Иными словами, в качестве звукового трансформатора можно использовать даже китайский сетевой. Их можно найти как в дешевых колонках, так и в различных приборах. Вот только нужно обратить внимание на качество стали, из которой изготавливается сердечник. У трансформаторов типа ТВЗ или ТВК (использовались для кадровой развертки ламповых телевизоров) сталь намного качественнее, нежели у китайских собратьев.

В том случае, если применена схема лампового усилителя для наушников стереофонического звучания, потребуется учесть одну особенность. Соединять вторичные обмотки трансформаторов для лампового усилителя для наушников нужно последовательно. Средняя точка соединяется с корпусом устройства. Второй вывод – это левый канал, а третий – это правый. Такой усилитель можно использовать и в качестве предварительного каскада для домашней акустической системы. К ней можно подключить сразу несколько сигналов от различных источников.

В заключение

Но можно самостоятельно сделать не только из подручных материалов ламповый усилитель для наушников. Набор для изготовления подобных девайсов можно приобрести за относительно небольшую цену. Конечно, отдавать деньги за то, что можно найти на любой свалке – это глупость. Самое сложное при работе – это изготовление корпуса. Работать с алюминием легко, вот только сварку его осуществлять проблематично – проще найти человека, который занимается этим делом. Можно, конечно, применить болтовое соединение. Вот только оно оказывается намного слабее.

Настройки не требует устройство, подключить наушники к ламповому усилителю довольно просто – работать все начинает буквально сразу же. Если сомневаетесь в своих силах, то попробуйте сначала изготовить «черновой» вариант – так сказать, на коленке. После изготовления такого устройства можно сделать несколько экспериментов, которые помогут определить необходимые параметры элементов.

Дело в том, что путем подбора конденсаторов можно изменить тембр – повысить или понизить частоту воспроизводимого звука. Усилитель, изготовленный по классической схеме, будет долго работать, ведь ресурс радиолампы составляет около 1000 часов. А заменить ее можно буквально за пару секунд. К такому устройству можно подключать даже виниловый проигрыватель – это будет актуально для любителей «старины». А вот выход, который подключается к наушникам, можно соединить со входом звуковой карты — это позволит оцифровать любую виниловую пластинку.

Источник: fb.ru

Двухтактный ламповый усилитель с фиксированным смещением на 6Н1П + 6П36С

Привет друзья! Хочу рассказать вам о создании своего лампового УНЧ на 6П36С. Это двухтакт с фиксированным смещением по схеме С. Сергеева.
Дело было на летних каникулах, времени много, знания есть, желание есть. Вот и решил сделать какой-нибудь ламповый стерео усилитель для прослушивания музыки. Да-да, именно ламповый, «камни» не любил никогда.

Содержание / Contents

Начал думать, какую же схему взять, на каких лампах? Решил выбрать из имеющихся у меня ламп что-нибудь. На лампах 6П15П и 6П43П почему-то не хотелось. Рассматривал вариант 6П13С, но почитал негативный отзыв. В итоге остановился на 6П36С. Она мне и внешним видом понравилась: большая такая, внушительная. Да и отзывы о ней положительные.Большая мощность и наличие подходящих ламп в драйверный каскад склонили меня к построению своего первого двухтакта.

Усилитель звучит очень хорошо и имеет такие параметры:
Напряжение питания 360 Вольт
Потребляемая мощность от сети 170 Вт
Чувствительность 0,7 Вольт
Выходная мощность 40 Вт

Вооружился списком деталей и пошёл на рынок. К сожалению, это единственное место, где у меня в городе можно купить радиодетали. В качестве питающего трансформатора я хотел использовать неперемотанный типовой трансформатор, например ТС-180. Нашёлся для меня лишь ТСА-270, который я купил и ушёл домой, вполне довольный. Хоть и алюминиевая обмотка (индекс А), но паспортные параметры обеспечивает.

ТСА-270 я подключал так:

Выводы 7-17 используются для получения напряжения смещения одного канала
Выводы 4-14 для анодного питания одного канала
Выводы 11-(21-12)-22 на накал 6П36С одного канала. Выводы 20-(10-10’)-20’ на накал 6Н1П обоих каналов.
Приведённые мной обмотки как раз обеспечивают нужное напряжение и ток.В качестве выходного трансформатора я использовал ТС-180 и подключил его по схеме, предложенной Манаковым.
Хочу обратить внимание на свой нестандартный способ создания плат. Дело в том, что я не травлю печатку, я нарезаю фольгу на текстолите на квадраты размерами 2 см х 1 см и придумываю схему распайки деталей. Например:

Схема, по которой я впаивал детали на плату.
Чёрточки между квадратами — это перемычки. Так же есть более длинные соединения, они нарисованы как линии. Стрелочки на квадратах обозначают место, к которому будут припаиваться провода от панелек ламп, или питание и т.п. Например, 3L1 означает, что туда припаивается 3-й вывод первой лампы (6Н1П), 8L2 означает, что туда припаивается 8-й вывод 2-й лампы (6П36С). Т.е. первая цифра — это номер вывода, буква просто разделяет, а вторая цифра — это номер лампы.
Я не предлагаю вам делать также, просто этот метод простой и экономит время и деньги. Получается «навесом» на текстолите.

Вот плата, что у меня получиласьПервый запуск прошёл успешно. Одного жаль: на тот момент у меня не было мультиметра под рукой. Старый сломался, новый ещё не купил. В общем, настраивал варварским методом: регулировал смещение так, что бы оно было минимальным, но аноды не краснели.
Вроде бы все работает, пора и в корпус прятать. И тут мне здорово повезло: знакомый моего отца отдал мне старинный неработающий гитарный УНЧ «Минор», который моментально был выпотрошен.

Корпус от «Минора» подошёл отлично, в него влезли два выходных трансформатора ТС180 (лёжа) и 2 платы самого УНЧ, а трансформатор питания ТСА-270 не поместился. Поэтому для БП был сделан отдельный корпус из ДСП и фанеры. Сверху корпус обклеен самоклейкой.

Были высверлены отверстия под панельки. Все установлено, и вот долгожданный запуск в корпусе. Включаю и… чуть не оглох от свиста по мере прогрева ламп! Ругаясь, выключаю питание, и иду на рынок за экранированным проводом, покупаю с запасом.

Для устранения самовозбуждения, проявляющегося свистом, пришлось экранировать цепи сеток триода 6Н1П, провода в цепи сеток двух 6П36С. Аноды 6П36С не экранировал. Свист прекратился.

Снова запускаю и слышу: один канал работает прекрасно, а в другом щелчки вместо басов, плюс вялая и хриплая средина. Тут я конечно расстроился. И чего я только не пробовал, а причина оказалась в неправильной экранировке сеток. Экраны были заземлены неправильно.

Переделал, заземлил концы экранов звездой — это когда все провода в одну точку и на корпус. Наводки и возбуждение исчезли, прекратились щелчки в басах, басы стали чёткими, упругими, оба канала стали петь одинаково красиво.

Так как лампа 6П36С склонна к самовозбуждению, то при плохой экранировке может появляться свист, что свидетельствует о паразитной связи между входом и выходом усилителя. Провода нужно стараться делать как можно короче, провода несущие сигнал нужно экранировать. При самовозбуждении, проявляющем себя прерывистыми звуками низкого тона, щелчками так же может понадобиться установить антивозбудные резисторы в сетки 6П36С сопротивлением 0,5-1 кОм.

В усилителе я применил резисторы МЛТ и ОМЛТ мощностью 1-2 Ватта. Купил все резисторы мощностью 1-2 Ватта. Конденсаторы С3 и С4 типа К73-17, а С2 поставил БМТ-2. В драйвере у меня стоит лампочка 6Н1П, которую можно заменить на 6Н23П без каких либо переделок в схеме. Но мне по звуку больше нравится 6Н1П.
Выходные лампы 6П36С, для увеличения мощности усилителя, можно заменить на 6П42С, выставив больший ток покоя, где то 106 мА (падение на катодных резисторах 1,06 В) После покупки мулитьметра настройка стала лёгкой, прибор исправен и под рукой: резистором R9 выставил на катодах ламп одинаковое напряжение, и резистором смещения выставил напряжение по 0,55 Вольт.

Правда, есть одна неприятная особенность у фиксированного смещения. При изменении напряжения в сети происходит изменение режима лампы. Один раз напряжение в сети поднялось до 250 В и одна 6П36С вышла из режима, анод накалился, ток покоя возрос до 80 мА (при положенных 55 мА)! Благо, я это сразу заметил и выключил УНЧ.
Пришлось поставить стабилизатор напряжения «Украина-3», мой выдаёт 215 В. Из-за недостаточного напряжения на первичке (а соответственно и на вторичке) напряжения и на анодах упали с положенных 330 В до 313 В. Я поднял ток покоя до 64 мА (падение на резисторах R12, R13 = 0,64 В).

Так же мной была снята АЧХ, с помощью генератора и мультиметра, при разной частоте, подаваемой на вход 20Гц, 30Гц, 50Гц… 20кГц, при которой измерялось напряжение на нагрузке, мультиметром в режиме переменного напряжения, зависимость напряжения и частоты показана на графике.
После настройки была произведена покраска усилителя в чёрный матовый цвет с целью подновить потертый экстерьер.

Звучанием этого усилителя я был приятно удивлён. Слушаю я только рок, поэтому и при сравнении включал только его. Источником сигнала является компьютер со звуковой картой «Sound Blaster Audigy», а на выходе стоит 3-полосная акустика AIWA SXNh4.
Усилитель звучит очень красиво: звонкие чёткие СЧ; не цыкающие, отчётливые ВЧ; офигенные мягкие упругие басы. Сравнивал его с SE на 6Ф5П и SE на 6П14П. Мой двухтакт на 6П36С мне нравится, бесспорно, больше.

Двухтактный усилитель на базе «Прибоя» на лампах 6Н1П и 6П36С.
Прислал Василий (brig12345) — схема Сергеева подробнее, есть подключение смещения и
мощности всех резисторов. Плюс вид сборки усилителя.

Камрад, рассмотри датагорские рекомендации

🌼 Полезные и проверенные железяки, можно брать

Опробовано в лаборатории редакции или читателями.

 

Сбор низкочастотной акустической энергии с помощью четвертьволнового акустического резонатора с прямой трубкой

https://doi.org/10.1016/j.apacoust.2013.04.015Получить права и контент

Основные моменты

•

Прямая трубка акустический резонатор используется для генерации низкочастотных стоячих волн.

•

Несколько лучей из пьезо-ПВДФ помещены в трубку для преобразования акустической энергии в электричество.

•

Движущая сила балок из пьезо-ПВДФ определяется градиентом давления стоячих волн.

•

Выходное напряжение балок из пьезо-ПВДФ линейно увеличивается с ростом падающего звукового давления.

Abstract

Представлен прибор для сбора акустической энергии, в котором используется четвертьволновый акустический резонатор с прямой трубкой и пьезоэлектрическими консольными балками из поливинилиденфторида (ПВДФ), помещенными внутри резонатора. Когда трубка возбуждается падающей волной на ее первой собственной акустической частоте, внутри трубки возникает усиленная акустическая резонансная стоячая волна.Затем градиент акустического давления усиленной стоячей волны приводит в движение вибрационное движение пьезоэлектрических балок из ПВДФ, генерируя электричество за счет прямого пьезоэлектрического эффекта. Чтобы максимизировать количество собранной энергии, каждый пьезоэлектрический пучок из ПВДФ был разработан так, чтобы иметь такую ​​же структурную собственную частоту, что и собственная акустическая частота трубки. С одним пучком ПВДФ, помещенным внутри трубки, собранные напряжение и мощность становятся максимальными около открытого входа трубки, где самый большой градиент акустического давления вызывает вибрацию пучка ПВДФ.По мере того, как луч перемещается к закрытому концу трубки, напряжение и мощность постепенно уменьшаются из-за уменьшения градиента акустического давления. Внутри трубки помещено несколько пьезоэлектрических лучей двух различных конфигураций: совмещенной и зигзагообразной. При зигзагообразной конфигурации, которая имеет более открытый путь для акустических движений частиц воздуха, наблюдалось значительное увеличение собираемого напряжения и мощности. Было обнаружено, что из-за прерывания акустического движения частиц воздуха, вызванного пучками, размещение балок из ПВДФ рядом с закрытым концом трубы нецелесообразно.Общее выходное напряжение пьезоэлектрических лучей линейно увеличивается с увеличением падающего звукового давления.

Ключевые слова

Сбор акустической энергии

Пьезоэлектрический кантилеверный пучок

Четвертьволновой резонатор

Рекомендуемые статьиЦитирующие статьи (0)

Полный текст

Copyright © 2013 Elsevier Ltd. Все права защищены.

Рекомендуемые статьи

Ссылки на статьи

Темные акустические метаматериалы как суперпоглотители низкочастотных звуков

Образцы конструкций и измерения коэффициента поглощения

Сначала мы сосредоточимся на относительно простой проверенной конструкции, обозначенной как образец А.На рис. 1а представлена ​​фотография использованной в эксперименте элементарной ячейки, представляющей собой прямоугольную эластичную мембрану размером 31 мм на 15 мм и толщиной 0,2 мм. Эластичная мембрана закреплялась относительно жесткой сеткой, украшенной двумя полукруглыми железными пластинами радиусом 6 мм и толщиной 1 мм. Пластины железа специально сделаны асимметричными, чтобы вызывать колебательное движение, как показано ниже. Здесь образец лежит в плоскости x — y с двумя пластинами, разделенными по оси x .Акустические волны падают в направлении z . Эта простая ячейка используется для понимания соответствующего механизма и сравнения с теоретическими предсказаниями.

Рисунок 1: Профили коэффициента поглощения и смещения образца A.

( a ) Фотография образца A. Масштабная линейка составляет 30 мм. ( b ) Измеренный коэффициент поглощения (красная кривая) и положения частот пиков поглощения, предсказанные с помощью моделирования методом конечных элементов (синие стрелки).Есть три пика поглощения, расположенные на частотах 172, 340 и 813 Гц. ( c ), ( d ), ( e ) Профили поперечного сечения z -смещения, w вдоль оси x элементарной ячейки для каждого из трех резонансов. Измеренные профили смещения z с помощью лазерного виброметра (красные квадраты) и результаты моделирования методом конечных элементов (синие кривые) около 172, 340 и 813 Гц показаны в ( c ), ( d ) и ( e ) соответственно.Прямые участки профиля (7,5 мм ≤ | x | ≤ 13,5 мм) указывают положения пластинок, которые можно рассматривать как жесткие. ( f ) Красные кружки обозначают экспериментально измеренный коэффициент поглощения и величину смещения мембраны w при 172 Гц, когда расстояние между мембраной и алюминиевым отражателем изменялось от 7 до 42 мм с шагом 7 мм. Сплошная синяя кривая указывает на глаз. Пунктирная линия обозначает уровень поглощения при удалении алюминиевого отражателя, то есть когда расстояние между мембраной и алюминиевым отражателем стремится к бесконечности.

Другой тип элементарной ячейки, обозначенный Образец B, имеет размер 159 мм на 15 мм и содержит 8 идентичных пластинок, симметрично декорированных в виде двух массивов из 4 пластинок (с расстоянием между соседними пластинками 15 мм), обращенных друг к другу с центральным зазором 32. мм. Образец B используется для достижения почти единичного поглощения низкочастотного звука на нескольких частотах.

Измеренное поглощение как функция частоты для образца A показано на рис. 1b, где можно увидеть, что есть 3 пика поглощения около 172, 340 и 813 Гц.Но, пожалуй, самым удивительным является пик поглощения на частоте 172 Гц, при котором рассеивается более 70% энергии падающей акустической волны. Это очень высокое значение для такой мембраны размером 200 мкм, учитывая, что длина волны в воздухе на такой низкой частоте составляет около 2 м. Ниже мы покажем, что это явление возникает непосредственно из профилей мембранных резонансов.

На рис. 1б синими стрелками также указаны рассчитанные частоты пиков поглощения. Модуль Юнга и коэффициент Пуассона для резиновой мембраны равны 1.9 × 10 ⁶ Па и 0,48, соответственно, которые были измерены экспериментально компанией Damping Technologies (методы). Мнимая часть модуля Юнга принята в виде Im ( E ) ωχ ₀ , где ω — угловая частота, а χ ₀ = 7,96 × 10 ² Па · с получают путем подгонки к абсорбции (методы). При моделировании обнаружено много собственных мод. Из них мы выбираем те, которые симметричны слева и справа, потому что антисимметричные не будут взаимодействовать с нормально падающей плоской волной.Результирующие частоты пиков поглощения расположены на 190, 346 и 712 Гц соответственно (обозначены синими стрелками на рис. 1b). Видно, что они очень хорошо согласуются с наблюдаемыми частотами пиков.

Измерение профилей внеплоскостного смещения

На рис. 1c – e мы показываем профиль поперечного сечения z -смещения w вдоль оси x в пределах элементарной ячейки для трех частоты пиков поглощения. Красные квадраты обозначают экспериментальные данные, измеренные лазерным виброметром, а синие кривые — результаты конечно-элементного моделирования.Видно отличное согласие. Но наиболее характерной особенностью профилей является то, что, хотя смещение z w является непрерывным по периметру пластинок (положение которых указано прямыми участками кривых с нулевой кривизной), существует резкий скачок пространственной производной первого порядка от w по нормали к периметру. Для низкочастотного резонанса эта неоднородность вызвана колеблющимся движением двух полукруглых пластин, симметричным относительно оси x , тогда как для резонанса 712 Гц это вызвано сильной вибрацией центральной мембранная область с двумя пластинками, действующими как якоря.Режим промежуточной частоты также является режимом взмахов, но два конца каждого крыла находятся в противофазе.

Настройка импеданса образца

На рис. 1f мы показываем результаты дальнейшей настройки импеданса мембраны путем размещения алюминиевого отражателя на различных расстояниях в ближней зоне за мембраной. Здесь поглощение на частоте 172 Гц показано как функция измеренного максимального нормального смещения мембраны для падающей волны с амплитудой модуляции давления, равной 0.3 Па. Каждый символ (пустой кружок) указывает расстояние между мембраной и отражателем, которое изменяется от 7 до 42 мм с шагом 7 мм каждый. Видно, что добавление воздушной подушки может улучшить поглощение до 86% при расстоянии 42 мм. Это примерно 2% длины волны. Однако дальнейшее перемещение отражателя в конечном итоге уменьшит поглощение до значения без отражателя, как показано пунктирной линией.

Регулировка частоты поглощения

Характеры собственных мод мембраны определяют способ настройки их резонансных частот: в то время как для режима колебания частота, как показано, уменьшается при увеличении массы тромбоцитов, частота режима колебаний мембраны может быть увеличена или уменьшился за счет изменения расстояния разделения между двумя полукруглыми пластинками.

Более конкретно, на рис. 2а, б мы показываем возможность перестройки пиков поглощения при 172 Гц и 813 Гц соответственно. По сути, сообщение состоит в том, что низкочастотный пик изменяется, как где M обозначает массу отдельной пластинки (тогда как высокочастотный пик изменяется лишь минимально при изменении M ), а высокочастотный пик изменяется как 1 / L , причем L является разделением между двумя пластинками (тогда как на низкочастотный пик изменение L влияет минимально).Видно, что данные измерений (красные кружки) очень хорошо согласуются с результатами моделирования (синие треугольники).

Рисунок 2: Возможность настройки частоты поглощения и EDEF.

( a ) Частота колебательного режима в зависимости от массы каждой пластинки M . Красные кружки обозначают экспериментальные данные, синие треугольники — результаты моделирования. Видно, что низкочастотный пик поглощения (172 Гц) на рис. 1б изменяется как величина, обратная квадратному корню из M .Сплошная синяя линия предназначена для направления взгляда. ( b ) Частота режима вибрации мембраны (813 Гц на фиг. 1b) как функция расстояния L между двумя пластинами. Красные кружки обозначают экспериментальные данные, синие треугольники — результаты моделирования. Видно, что пик поглощения на высоких частотах (813 Гц) на рис. 1б изменяется обратно пропорционально расстоянию L . Сплошная синяя линия предназначена для направления взгляда. ( c ) EDEF для образца A, построенный как функция частоты.Максимальные значения EDEF возникают на тех же частотах, что и пики поглощения. Отмечено, что относительно меньшие значения EDEF на более высоких частотах компенсируются зависимостью коэффициента поглощения ω ² (см. Уравнение (2)).

Плотность упругой энергии с помощью моделирования методом конечных элементов

Чтобы понять сильное поглощение, полезно рассмотреть изгибную волну (или изгибную волну) тонкой твердой эластичной мембраны, удовлетворяющей бигармоническому уравнению ³⁷ : где — жесткость при изгибе и h — толщина мембраны, причем ρ , E и v — массовая плотность, модуль Юнга и коэффициент Пуассона, соответственно.Соответствующая энергия упругой кривизны на единицу площади определяется выражением ^37,38

Поскольку Ом является функцией пространственных производных второго порядка w , когда производная первого порядка w является разрывной по На краю границы легко сделать вывод, что поверхностная плотность энергии Ом, должна иметь очень большое значение в пределах области периметра (расходящаяся в пределе тонкой оболочки). Более того, поскольку вторая производная квадратична, интегрированное значение полной потенциальной энергии также должно быть очень большим.В пределе малых h колебательные моды нашей системы можно рассматривать как решение слабой формы оболочечной модели в том смысле, что, хотя бигармоническое уравнение не выполняется по периметру пластинок (поскольку производных более высокого порядка не существует), помимо этого набора точек с нулевой мерой, решение по-прежнему является минимизатором соответствующего лагранжиана.

Прогнозируемое большое значение Ом в пределах периметра легко проверить, как показано на рис.3, где мы построили график плотности упругой потенциальной энергии U , полученный в результате моделирования в COMSOL (рис. 3a, где цвет назначен в соответствии с логарифмической шкалой, основание 10) и распределение смещения w (рис. 3b) в пределах xy плоскость (то есть средняя плоскость мембраны) вокруг трех частот пиков поглощения: 190, 346 и 712 Гц (сверху вниз). Видно, что плотность энергии в области периметра на 3–4 порядка больше, чем в других областях.Есть также области с высокой плотностью энергии на верхнем и нижнем краях элементарной ячейки, где мембрана зажата. В нашем моделировании интегральная плотность энергии U в пределах периметра составляет 98% (190 Гц), 87% (346 Гц) и 82% (712 Гц) от общей упругой энергии всей системы. Поскольку локальная диссипация пропорциональна произведению плотности энергии на коэффициент диссипации, большой эффект умножения, подразумеваемый огромной плотностью энергии, может означать очень существенное поглощение для системы в целом.Этот факт также отражается в распределении деформации вокруг трех частот пиков поглощения, как показано на рис. 3c. Установлено, что деформация в области периметра порядка 10 ⁻³ –10 ⁻⁴ намного больше, чем в других частях мембраны, по крайней мере, на 1-2 порядка.

Рис. 3. Распределение плотности упругой энергии в образце A.

( a ) Рассчитанные распределения плотности упругой потенциальной энергии в плоскости x — y .( b ) Расчетное нормальное смещение w в плоскости x — y . ( c ) Расчетное распределение следа тензора деформации ɛ = ɛ _xx + ɛ _yy + ɛ _zz в пределах x — Самолет у . В ( a ), ( b ) и ( c ) три ряда сверху вниз соответствуют трем частотам пиков поглощения: 190 Гц, 346 Гц и 712 Гц, соответственно.В ( a ) и ( c ) цветные полосы указывают относительные величины рассматриваемых величин, а числа показаны как логарифмы величин с основанием 10. В ( b ) цвет линейная шкала. Поскольку эти режимы симметричны относительно координаты x , мы наносим на график только левую половину для лучшего разрешения. Прямые пунктирные синие линии указывают плоскости отражения. Масштабная линейка 10 мм.

Коэффициент увеличения плотности энергии

В соответствии с тем, что наш метаматериал обладает высокой поглощающей способностью, наш образец может характеризоваться эффективным параметром — коэффициентом увеличения плотности энергии (EDEF), определяемым как отношение средней энергии внутри образца к плотность энергии падающей волны.Как обсуждалось ранее, физическим механизмом такого высокого поглощения является колебательное движение металлических пластинок, сопровождающееся очень высокой плотностью энергии упругой кривизны в области периметра пластинок. График рассчитанной EDEF для образца A в зависимости от частоты в диапазоне от 100 до 1000 на резонансах показан на рис. 2c. Видно, что значение EDEF колеблется в пределах 100–1000 на резонансах. Для поглощения относительно меньшие значения EDEF на более высоких частотах компенсируются зависимостью коэффициента поглощения ω ² (см. Уравнение (2) ниже).Таким образом, наши образцы можно рассматривать как открытую полость, концепция, которая более подробно рассматривается в Обсуждении.

Достижение поглощения, близкого к единице.

Поскольку плотность энергии высокой кривизны в основном ограничена областями периметра пластинок и краями элементарной ячейки, мы можем достичь лучшего поглощения путем дальнейшей настройки структуры элементарной ячейки. По сравнению с образцом A, элементарная ячейка образца B имеет больше пластинок и более длинные края (рис. 4a), в то время как ее собственные моды в основном остаются неизменными по характеру из-за аналогичной схемы (см. Дополнительный рис.S1 для экспериментальных данных в пользу этого вывода). Следовательно, Образец B должен быть похож на Образец A, но должен обладать лучшими характеристиками абсорбции.

Рисунок 4: Коэффициент поглощения образца B.

( a ) Фотография образца B. Масштабная линейка составляет 30 мм. ( b ) Красная кривая показывает экспериментально измеренный коэффициент поглощения для двух слоев образца B с алюминиевым отражателем, размещенным на 28 мм позади второго слоя. Расстояние между первым и вторым слоями также 28 мм.Пики поглощения расположены на частотах 164, 376, 511, 645, 827 и 960 Гц. Синие стрелки указывают положения частот пиков поглощения, предсказанных с помощью моделирования методом конечных элементов. Видно хорошее согласие.

Как показано на рис. 4b, это действительно так. В наших измерениях у нас есть два слоя образца B, и мы настраиваем импеданс системы, помещая алюминиевый отражатель на 28 мм позади второго слоя. Расстояние между первым и вторым слоями также 28 мм. Видно, что имеется много пиков поглощения около 164, 376, 511, 645, 827 и 960 Гц.Пики поглощения на частотах 164 Гц и 645 Гц составляют ∼99%. Используя COMSOL, мы также вычислили частоты пиков поглощения для одного слоя образца B. Они находятся в районе 170, 321, 546, 771, 872 и 969 Гц соответственно. Они обозначены синими стрелками на рис. 4b. Видно достаточно хорошее согласие с экспериментальными значениями без каких-либо регулируемых параметров.

Расчет поглощения

В соответствии с теоремой Пойнтинга для упругих волн ³⁹ , рассеиваемая мощность внутри мембраны может быть рассчитана как

, где U — плотность упругой энергии в образце.Поглощение определяется как Q / ( PS ), где P = p ² / ( ρc ) обозначает вектор Пойнтинга для падающей акустической волны, а S — площадь мембраны, с p , ρ и c — амплитуда давления, массовая плотность и скорость звука в воздухе соответственно. С ранее заданными значениями параметров рассчитанное поглощение на трех резонансных частотах образца A (в порядке увеличения частоты) составило 60, 29 и 43% соответственно.Отмечено, что рассчитанные значения воспроизводят относительную картину трех пиков поглощения, хотя они меньше экспериментальных значений на ∼10–20%. Это несоответствие объясняется несовершенством симметрии образца, в результате чего множество асимметричных колебательных собственных функций может быть возбуждено нормально падающей плоской волной. Вместе с шириной этих мод они могут эффективно влиять на уровень фонового поглощения, не учитываемый при моделировании.Фактически, возбуждение асимметричной колебательной моды наблюдалось экспериментально, как показано на дополнительном рис. S1.

Разница с отражающим метаматериалом

В отличие от наших предыдущих метаматериалов мембранного типа, которые демонстрируют почти полное отражение на антирезонансной частоте ^2,3 , здесь мы кратко опишем механизм таких отражающих метаматериалов, а также представим их измеренные характеристики поглощения.

Сильное отражение звука может происходить на частоте между двумя соседними резонансными (собственными) частотами.То есть, в то время как на резонансной частоте собственных мод возбуждение собственных мод может приводить к пикам передачи, на антирезонансной частоте противофазная гибридизация двух соседних собственных мод приводит к почти полному разъединению мембранной структуры от режимы излучения. Оказывается, это также совпадает с расходящимся резонансным поведением динамической плотности массы ² . Таким образом, почти полное отражение акустической волны является следствием антирезонансной частоты.Поскольку структура полностью отделена от акустической волны на антирезонансной частоте, поглощение, естественно, очень низкое, как показано на рис. 5а, около 450 Гц (на этой частоте в логарифмическом масштабе можно увидеть резкий провал пропускания). Но даже на резонансных частотах мы отмечаем, что коэффициент поглощения для этого типа метаматериала все еще низок, едва достигая 45% на относительно высокой частоте 913 Гц, что даже близко к тому, что мы достигли с темными акустическими метаматериалами.Это объясняется относительно сильной связью с модами излучения, вызванными поршневым движением мембраны, которое может приводить к высокой передаче (0,88 при 251 Гц, 0,63 при 913 Гц).

Рисунок 5: Разница между отражающими и поглощающими метаматериалами.

( a ) Измеренное пропускание T (зеленая пунктирная кривая), отражение R (синяя пунктирная кривая) и поглощение A = 1− R ² — T ² (красная сплошная кривая) для однослойного образца отражающего метаматериала (см.2), состоящий из круглой эластичной мембраны, закрепленной жесткой сеткой, и с одним круглым диском, прикрепленным к центру. Видно, что на антирезонансной частоте 450 Гц, где мембрана является почти полностью отражающей (резкое падение пропускания на этой частоте видно в логарифмической шкале), поглощение очень низкое. Даже на резонансных частотах два пика поглощения составляют чуть более 40%, что намного меньше, чем у образца A, показанного на ( c ). ( b ) Соответствующие экспериментальные данные для пятислойного образца отражающего метаматериала (см.3), зажатый двумя мягкими панелями с отверстиями (с целью увеличения абсорбции), каждый из которых представляет собой матрицу из квадратных эластичных мембран, закрепленных жесткой сеткой, и украшен множеством круглых дисков с разным весом (для этой цели индукции множественных резонансов и, следовательно, реализации почти широкополосной отражающей способности между 100 и 1000 Гц). Видно, что общее поглощение невелико по сравнению с поглощением образца А, показанным в ( c ).( c ) Соответствующие экспериментальные данные для однослойного образца A без заднего отражателя. Общее поглощение высокое (около 40%). В частности, на резонансной частоте 172 Гц пиковое поглощение может достигать 70%.

Даже для пятислойного образца ³ усредненный коэффициент поглощения составляет всего 0,22, а максимальное значение не превышает 0,45, как показано на рис. 5b. И мы должны подчеркнуть, что помимо большого количества мембранных слоев, этот образец также был зажат двумя мягкими панелями с отверстиями с целью увеличения поглощения.Таким образом, даже несмотря на эти усилия, абсорбционные характеристики этой панели все еще намного ниже наших темных акустических метаматериалов. Чтобы контрастировать с отражающими панелями, на рис. 5c мы показываем данные по коэффициенту пропускания и отражения (вместе с поглощением) нашего образца A. Видно, что с этим однослойным образцом поглощение уже может превышать поглощение пятислойного образец на значительную сумму. Такое большое различие связано с тем, что области с высокой плотностью энергии в нашем сверхпоглощающем акустическом метаматериале минимально связаны с модами излучения, тем самым ведя себя как открытый резонатор.

Поглощение при наклонном падении

Как упоминалось ранее, в системе есть много собственных мод, которые отделены от нормально падающей волны благодаря ее лево-правой симметрии. Чтобы изучить последствия нарушения такой симметрии, мы также провели измерения на Образце B при наклонном падении. Измеренные данные и результаты моделирования, обсужденные и представленные на дополнительных рисунках S2 – S4 и дополнительном обсуждении, указывают на качественное сходство до 60 °, при котором диапазоны частот 650–950 Гц и 1000–1200 Гц демонстрируют заметное увеличение абсорбция.Таким образом, общие характеристики темных акустических метаматериалов не ухудшаются в широком диапазоне углов падения, но могут даже улучшаться в определенных частотных режимах.

звук | Свойства, типы и факты

звук , механическое возмущение из состояния равновесия, которое распространяется через упругую материальную среду. Также возможно чисто субъективное определение звука, как того, что воспринимается ухом, но такое определение не особо проясняет и чрезмерно ограничивает, поскольку полезно говорить о звуках, которые не могут быть услышаны человеческим ухом, например как те, которые производятся собачьим свистком или с помощью гидроакустического оборудования.

Изучение звука следует начинать со свойств звуковых волн. Существует два основных типа волн, поперечные и продольные, которые различаются по способу распространения волны. В поперечной волне, такой как волна, генерируемая в натянутом канате, когда один конец покачивается вперед и назад, движение, составляющее волну, перпендикулярно или поперечно направлению (вдоль веревки), в котором движется волна. Важное семейство поперечных волн генерируется электромагнитными источниками, такими как свет или радио, в которых электрические и магнитные поля, составляющие волну, колеблются перпендикулярно направлению распространения.

Британская викторина

Викторина «Все о физике»

Кто был первым ученым, проведшим эксперимент по управляемой цепной ядерной реакции? Какая единица измерения для циклов в секунду? Проверьте свою физическую хватку с помощью этой викторины.

Посмотрите на подвешенную вибрирующую пружину, чтобы узнать о распространении звуковых волн.

Узнайте о распространении звуковых волн от точечного источника, наблюдая за движением подвешенной вибрирующей пружины.

Encyclopædia Britannica, Inc. Просмотреть все видео по этой статье

Звук распространяется через воздух или другие среды в виде продольной волны, в которой механическая вибрация, составляющая волну, происходит вдоль направления распространения волны. Продольная волна может быть создана в витой пружине путем сжатия нескольких витков вместе, чтобы сформировать сжатие, а затем их отпускания, позволяя сжатию перемещаться по длине пружины. Воздух можно рассматривать как состоящий из слоев, аналогичных таким змеевикам, со звуковой волной, распространяющейся как слои воздуха, «толкающие» и «тянущие» друг друга, во многом подобно сжатию, движущемуся вниз по пружине.

Таким образом, звуковая волна состоит из чередующихся сжатий и разрежений или областей высокого и низкого давления, движущихся с определенной скоростью. Другими словами, оно состоит из периодического (то есть колеблющегося или вибрирующего) изменения давления, происходящего вокруг равновесного давления, преобладающего в определенное время и в определенном месте. Равновесное давление и синусоидальные колебания, вызванные прохождением чистой звуковой волны (то есть волны одной частоты), представлены на рисунках 1A и 1B соответственно.

Получите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту. Подпишитесь сейчас

Обсуждение звуковых волн и их распространения можно начать с рассмотрения плоской волны одной частоты, проходящей через воздух. Плоская волна — это волна, которая распространяется в пространстве как плоскость, а не как сфера увеличивающегося радиуса. Таким образом, он не является идеальным представителем звука (см. Ниже Круглые и сферические волны). Одночастотную волну можно будет услышать как чистый звук, такой как звук, создаваемый камертоном, по которому слегка ударили.В качестве теоретической модели он помогает выяснить многие свойства звуковой волны.

Рисунок 1C — еще одно представление звуковой волны, показанной на рисунке 1B. Как показано на синусоидальной кривой, изменение давления в звуковой волне повторяется в пространстве на определенном расстоянии. Это расстояние известно как длина волны звука, обычно измеряется в метрах и обозначается λ. Поскольку волна распространяется по воздуху, одной полной длине волны требуется определенный период времени, чтобы пройти определенную точку в пространстве; этот период, представленный T , обычно измеряется в долях секунды.Кроме того, в течение каждого временного интервала в одну секунду определенное количество длин волн проходит точку в пространстве. Известная как частота звуковой волны, количество длин волн, проходящих в секунду, традиционно измеряется в герцах или килогерцах и обозначается как f .

Знать о волнах и математическую взаимосвязь между частотой и периодом в волнах

Обзор взаимосвязи между частотой и периодом в волнах.

Британская энциклопедия, Inc. Посмотрите все видео по этой статье

Между частотой волны и ее периодом существует обратная зависимость, так что

Определите разницу между частотой и амплитудой, изучая звуковые волны

Частота и амплитуда звуковых волн, зарегистрированные на осциллографе .

Encyclopædia Britannica, Inc. См. Все видео для этой статьи

Это означает, что звуковые волны с высокими частотами имеют короткие периоды, а звуковые волны с низкими частотами имеют длительные периоды.Например, звуковая волна с частотой 20 герц будет иметь период 0,05 секунды (, т. Е. 20 длин волн / секунду × 0,05 секунды / длина волны = 1), а звуковая волна 20 килогерц будет иметь период 0,00005. секунда (20000 длин волн в секунду × 0,00005 секунды / длина волны = 1). Между 20 герцами и 20 килогерцами лежит частотный диапазон слуха человека. Физическое свойство частоты физиологически воспринимается как высота звука, так что чем выше частота, тем выше воспринимаемая высота звука.Также существует связь между длиной звуковой волны, ее частотой или периодом и скоростью волны ( S ), так что

Математические значения

Равновесное значение давления, представленное равномерно расположенными линиями. на рисунке 1A и по оси графика на рисунке 1C, равно атмосферному давлению, которое преобладало бы в отсутствие звуковой волны. При прохождении сжатий и разрежений, составляющих звуковую волну, будут возникать колебания выше и ниже атмосферного давления.Величина этого отклонения от равновесия известна как амплитуда звуковой волны; измеряется в паскалях или ньютонах на квадратный метр и обозначается буквой A . Смещение или возмущение плоской звуковой волны можно математически описать с помощью общего уравнения движения волны, которое в упрощенной форме записывается как:

Это уравнение описывает синусоидальную волну, которая повторяется через расстояние λ, перемещающееся вправо (+ x ) со скоростью, задаваемой уравнением (2).

Амплитуда звуковой волны определяет ее интенсивность, которая, в свою очередь, воспринимается ухом как громкость. Акустическая интенсивность определяется как средняя скорость передачи энергии на единицу площади, перпендикулярной направлению распространения волны. Его связь с амплитудой может быть записана как где ρ — равновесная плотность воздуха (измеряется в килограммах на кубический метр), а S — скорость звука (в метрах в секунду). Интенсивность ( I ) измеряется в ваттах на квадратный метр, причем ватт является стандартной единицей мощности при электрическом или механическом использовании.

Значение атмосферного давления в «стандартных атмосферных условиях» обычно составляет примерно 10 ⁵ паскалей, или 10 ⁵ ньютонов на квадратный метр. Минимальная амплитуда изменения давления, которую может почувствовать человеческое ухо, составляет около 10 90 · 103 -5 90 · 104 паскаль, а амплитуда давления на пороге боли составляет около 10 паскалей, поэтому колебания давления в звуковых волнах очень малы по сравнению с давление атмосферы. В этих условиях звуковая волна распространяется линейно, то есть продолжает распространяться в воздухе с очень небольшими потерями, дисперсией или изменением формы.Однако когда амплитуда волны достигает примерно 100 паскалей (примерно одна тысячная давления атмосферы), в распространении волны развиваются значительные нелинейности.

Нелинейность возникает из-за специфического воздействия на давление воздуха, вызванного синусоидальным смещением молекул воздуха. Когда колебательное движение, составляющее волну, невелико, увеличение и уменьшение давления также незначительны и почти одинаковы. Но когда движение волны велико, каждое сжатие создает избыточное давление большей амплитуды, чем уменьшение давления, вызванное каждым разрежением.Это можно предсказать с помощью закона идеального газа, который гласит, что увеличение объема газа наполовину снижает его давление только на одну треть, а уменьшение его объема наполовину увеличивает давление в два раза. Результатом является чистое превышение давления — явление, которое имеет значение только для волн с амплитудой выше примерно 100 паскалей.

Как управлять акустикой помещения, особенно низкими басами.

Акустика помещения и низкочастотное демпфирование по Артур М.Noxon Acoustic Sciences Corporation Юджин, Орегон, США Это документ, впервые представленный на 81-й Конвенции 1986 г., 13–16 ноября СКАЧАТЬ PDF Введение (не представлено, но предоставлено для ясности) Формулы распада типа Сабина коэффициенты получены для диффузных звуковых полей. Это ограничивает их использование обычно до 300 Гц и выше.Режимы стоячей волны преобладают в нижних форма частотного диапазона накопителя акустической энергии. Рассеяние этого энергия из комнаты происходит в двух формах: передача из комнаты и абсорбция в помещении. Помещения для акустических работ часто имеют более тяжелые, чем обычно, стены, чтобы повысить изоляцию от внешний шум. Это приводит к меньшим возможностям выбора типа трансмиссии. потери энергии из комнаты, что увеличивает ее зависимость от внутренних акустическое поглощение для обеспечения достаточной скорости затухания. Поглощение акустической энергии составляет за счет эффектов трения, применяемых к компонентам кинетической энергии звуковые волны. Это трение обычно представляет собой «трение о стенку», когда отражающая волна локально трансформируется жесткой и тяжелой стенкой сопротивление. Нормальная к поверхности составляющая кинетической энергии волн плотность преобразуется в дополнительное давление, а тангенциальная составляющая равна подвержены возможностям рассеивания поверхностного трения. Есть три типа низких частотные волны в помещении: продольные, тангенциальные и косой.Скорость их распада не одинакова. Продольный моды являются одномерными, осевыми стоячими волнами и представляют самую низкую величина плотности кинетической энергии к поверхностям стен, следовательно, они имеют самые длинные скорости распада. Тангенциальные моды воздействуют на две пары стенок. поверхности и косые удары всех трех пар стен. В тангенциальные и наклонные моды производят примерно вдвое большую скорость затухания, чем продольный режим, потому что их скользящее воздействие на поверхности стен обеспечивает большее трение о стенку.Уравнения типа Сабина также учитывают этот вид деятельности. Басовые ловушки — это дискретные устройства, как контрастирует с поверхностью стены. Их производительность зависит от их размещение относительно распределения энергии различных режимов вибрация. В определенном месте ловушка может обеспечить значительную поглощение на одной частоте и минимальное поглощение на другой. Ловушки расположены в трех углах помещения при колебаниях контактного давления связаны с резонансом каждой комнаты. Басовые ловушки с угловой загрузкой энергия из стоячей волны при каждом изменении давления. Низкая частота представляет изменения давления более медленными темпами, чем было бы на более высокую частоту. Расчеты скорости распада, основанные на это понимание получено путем распределения энергии в комнате в количество зон давления, существующих для конкретного режима, затем рассеивая часть этой энергии каждый полупериод, в зависимости от от количества ловушек, расположенных в этих зонах давления. Этот новый метод расчета прогнозирует количество и частотную характеристику требуемых басовых ловушек для достижения заданной скорости разрушения частотной характеристики комнаты. Расчет и измерения в испытательных камерах согласуются. Для Например, камера объемом 2000 куб. футов с каждым из 8 треугольных углов загружена Эффективный басовый уловитель дает RT-60 0,3 секунды при 113 Гц. Формула, разработанная для обработки скорость уменьшения этой точки зрения включает член, который подсчитывает количество зоны колебания давления в помещении.Его внешний вид очень похож на уравнение, которое предсказывает модальную плотность. Еще один любопытный эффект с очень эффективными басовыми ловушками замечен эффект насыщения абсорбция. Скорость распада пропорциональна количеству поглощения в угол, но они становятся менее чувствительными с более высоким поглощением и достигнуть предела, указывая на то, что конечный уровень энергии может быть отведен от резонансного поля, т. е. не более всей энергии, содержащейся в длина полуволны, удерживаемая углом, может быть извлечена на половину цикл, несмотря на доступное «количество» абсорбции.

Акустика помещений и низкая Демпфирование частоты качество «Q» резонансной системы определяет ее реакцию характерная черта. Системы с высокой добротностью обладают острым резонансом. Их легко привод и имеют сильный отклик на резонансной частоте (Fo). Низкая добротность системы реагируют менее сильно и в расширенном частотном диапазоне. А система с плоским откликом имеет нулевое значение Q.

АЧХ динамика может быть плоской от 20 до 20 000 Гц в испытательная камера, комната без отражений.Поместите динамик в реальная комната с микрофоном на

г. положение прослушивания. Измерьте еще раз ответ. Серия пиков и долины записаны. Переместите динамик или микрофон, и появится другая кривая. развитый. В комнате много резонансных частот. Какие из них стимулирование зависит от размещения динамика. Каждый пик и нуль в спектр определяет резонансное состояние. Любой физический резонанс будет иметь распределение давления в пространстве.Микрофон на пике давления будет зарегистрируйте сильный сигнал. Переместите микрофон на ¼ длины волны к узлу и не сигнал получен. В любом случае резонанс очевиден.

Определения «Q» «Q» системы может быть измеряется по его частотной характеристике. Коэффициент резонанса от центральной частоты до ширины полосы, которая сопровождает ½ мощности или 3 дБ точка вниз содержит одно определение «Q» системы.

Обычно Кривые отклика помещения представлены в формате дБ в зависимости от логарифмической частоты. Резонансы возникают на разных центральных частотах. Если «Q» — это то же самое, форма кривой отклика одинакова независимо от того, в каком центре частота выбрана. «Q» средней комнаты находится между 10 и 40. «QP свободной фортепианной струны — 1000.

Резонансный системы с небольшим сопротивлением имеют характеристики High-Q. Добавить энергии рассеивание (сопротивление) для снижения «Q».Другое определение «Q» в 2pi умноженное на отношение энергии системы к потерянной энергии за цикл.

Распад Отношения Распад обыкновенных резонансов следуя экспоненциальной кривой во времени. Постоянная времени (T) распад — это время, необходимое для того, чтобы система упала до 1 / е от исходный уровень энергии.

Уравнение экспоненциального затухания может быть использовано для определения «Q» для системы.Если показатель представляет собой небольшую дробь, менее 1/10, тогда возникает простое приближение. «Q» в 2p раз больше резонансного частота, умноженная на постоянную затухания.

традиционное представление измерений затухания — RT60; время требуется для падения энергии на 60 дБ. Экспоненциальная кривая выглядит как прямая линия на графике зависимости дБ от времени.

Автор комбинируя версию энергии уровня дБ с экспоненциальной версией, RT60 решено быть 13.В 8 раз больше постоянной затухания.

«Q» и Константы распада Резонансная характеристика Q может быть выражается в традиционной мере разложения RT60. Он разработан сочетание слегка затухающих соотношений Q с константой затухания RT60 отношение.

The Результатом предыдущего анализа является линейная зависимость между резонансная частота комнаты для прослушивания и ее «Q» для фиксированного RT60.Например, в комнате может быть RT60 в 1 секунду при резонансном частота 90 Гц. Это означает, что у комнаты есть «Q» 50 за это. резонанс. Текущие спецификации для комнат для прослушивания — RT60 0,5 секунды. Если это применимо к режимам комнатного резонанса, их «добротность» варьируется от 5 до 100. в диапазоне от 20 до 400 Гц.

Резонансный Отношения пропускной способности «Q» резонансного режима линейный с частотой для постоянного RT60.Ссылаясь на половину отношение мощности к полосе пропускания, полоса пропускания определяется в терминах RT60. Для постоянного RT60 полоса пропускания постоянна. Амплитудно-частотная характеристика комнату для прослушивания можно взять с линейной разверткой частоты. Это будет показать, что резонансы с фиксированной шириной полосы имеют одинаковую форму независимо от центральной частоты.

Если это определено, что «Q» некоторого режима необходимо уменьшить, надлежащий необходимо добавить сопротивление.Энергетические соотношения для «Q» дают требуемое (dQ) добавление на основе начального значения Qi и конечного значения Qf. Пример Полоса пропускания помещения 100 Гц резонансный режим может составлять 3 Гц, что дает начальную Qi 33. желательная полоса пропускания может составлять 5 Гц для «Q», равного 20. Поправка required имеет силу 50. Он развивается путем добавления правильного величина поглощения в резонансном режиме.

The начальный RT60 комнаты есть.73 секунды. Дополнительное поглощение добавленного достаточно, чтобы самостоятельно установить в комнате RT60 1.1. секунд. Результат полного поглощения дает RT60 0,44. секунд.

В заказе чтобы обеспечить поправку (dQ), часть общей энергии (F) должна быть выводится из резонансного режима каждый цикл. Уравнения типа Сабина делают здесь не применяется. Они основаны на абсорбирующих поверхностях, подверженных воздействию диффузные звуковые поля и действительны выше 300 Гц. Вот низкая частота поглощение, и это связано с объемом и положением поглощения относительно поглощения стоячей волны.

Резонансное затухание на дискретных элементах Поглощение A базовый вид поглощения энергии позволяет часть (F) оставшейся энергии в системе, которая должна удаляться с регулярной скоростью (1 / N раз в секунду). Этот приводит к соотношениям экспоненциального затухания, выражение для которых «RT60» имеет вид хорошо известно. Если доля меньше 20%, система «слегка затухает », и логарифмический член можно упростить в приближении. Уравнение распада очень Общее. Осталось только определить скорость и долю энергии. поглощение для любой конкретной системы и RT60 можно предсказать.

Одномерный резонанс Распад «Импедансная трубка» представляет собой устройство, в котором стоячие волны могут быть генерируются, а затем отслеживается их распад. Абсорбирующее устройство расположен на одном конце трубки, а источник звука — на другом. Работы ведутся на абсорбции. каждый раз возникает избыточное давление. Это происходит дважды в каждом цикле, один раз когда давление становится положительным, и затем снова, когда оно становится отрицательным. Скорость поглощения в два раза превышает резонансную частоту.

The доля энергии, теряемой при каждом поглощении, зависит от положения и количество ловушек в резонансном поле. Ловушка, расположенная на одном конце Импедансная трубка (A) испытывает импульсы давления и может поглощать энергию.Та же ловушка, расположенная в узле давления (B), не испытывает давления изменить и не работает.

одиночная ловушка на конце трубы имеет доступ к половине общего энергия в трубке. Есть две зоны давления, размером ¼ длины волны для первой гармоники.

Энергия второй гармоники разделена между четырьмя зонами длины волны.Ловушка имеет доступ только к ¼ полной энергии, запасенной в резонансной состояние.

The Третья гармоника имеет шесть дискретных зон давления. Ловушка работает только 1/6 полной энергии в поле. Относительный размер ловушки к зона увеличивается с увеличением номера режима (j), поэтому ее эффективность увеличивается.

Несколько ловушки в резонансном поле увеличивают долю удаляемой энергии каждая пульс давления. Две правильно расставленные ловушки в третьей моде или гармонике имеет доступ к 2/6 или 1/3 энергии системы.

The общее количество зон давления с длиной волны вдвое больше номера моды. Доля потерь энергии на импульс давления представляет собой отношение захваченных зон (J) к общему количеству зон (2L), умноженному на срок эффективности.

The Уравнение RT60 может быть записано для одномерного захвата. Для малых поглощения, сделана аппроксимация.

The простая формула распада Сабина для одного измерения является классическим выводом.Импедансная трубка вводится в импульсную трубку. Абсорбция находится по адресу конец трубки. Доля энергии, потерянной при ударе, — это поглощение коэффициент (а).

PZT Формулу распада можно преобразовать в форму как у сабина. Любой частота резонанса принадлежит к одной из гармонических серий. Это кратное номеру моды (L) и основной частоте (fo). С поглощение происходит только на одном конце трубки в обоих случаях, только на одном зона давления захвачена.

The член эффективности (n) в анализе PZT и коэффициент поглощения (a) у Сабина расчеты имеют такое же физическое определение. Это отношение потерянной энергии к начальной. Для одномерных систем Обоснование PZT приводит к тому же выводу, что и классический Sabine. анализ.

Двумерные скорости распада Два Размерное физическое пространство очерчено измерениями X и Y.Каждый резонансный режим идентифицируется «номером режима», набором из двух целых числа (L, M). Если один из номеров мод равен нулю, одномерный модель развивается.

The стандартное уравнение для частоты резонансной моды имеет два компоненты. Их можно преобразовать в волновые числа, разделив каждый номер режима по соответствующей физической длине. Частота режима уравнение можно переписать в терминах волновых чисел.

The примитивная ячейка в двух измерениях — это режим (1,1).Положительное давление в противоположных углах с отрицательным давлением в двух других отмечает распределение энергии в один момент. Через полцикла полярность переворачивает. Между этими моментами есть дополнительные образцы кинетической распределение энергии.

Есть всего 4 четвертьволновые зоны в распределении давления примитивной клетки. Они по углам. Вся энергия в резонансная ячейка обнаруживается в этих четырех зонах дважды за цикл. 80% зона находится внутри радиуса, 1/6 длины волны от угол.

Высшее номера мод — это просто несколько таких ячеек, упакованных в одно и то же пространство. А (2,1) режим имеет две ячейки по оси X и одну ячейку по оси Y. A (2,2) мода составляет две ячейки в ширину и две ячейки в высоту. Общее количество ячеек произведение двух номеров режима.

The общее количество зон давления (K) будет в четыре раза больше количества ячеек в режиме. Если какое-то количество (J) из них захвачено поглощающим способом, доля захваченных зон давления известна, если коэффициент эффективности Включено.

RT60 формула, полученная для методов PZT, является общей и может быть применена к этому двумерный случай. Для поглощения света дальнейшее упрощение полученные результаты.

Три Размерные режимы трехмерная модель захвата зоны давления также имеет примитивный ячейка, (1,1,1). Он имеет восемь углов, каждый из которых содержит четверть длина волны зоны давления.Если бы все восемь зон были помещены вместе, будет сформирована полная сфера.

Гармоники фундамента построены в виде полных ячеек. (1,1,2) будет одна ячейка в высоту, одну ячейку в ширину и две ячейки в глубину. Это будет иметь 8 x 2 или 16 зон давления. Режим (1,1,3) — по очереди по три ячейки в конфигурации и имеет 8 x 3 или 24 зоны давления. (2,2,2) режим соответственно два на два на две ячейки, всего восемь и 8 х 8 или 64 зоны давления.Общее количество зон давления для любого (L, M, N) режим — 8 (LMN). Они на мгновение удерживают всю энергию резонансного поля два раза за цикл для любой моды стоячей волны в трехмерное поле.

The базовая формула захвата зоны давления по-прежнему применяется. Чем больше сложный термин для частоты, хорошо известный и зависящий от трех термины, могут быть заменены. Значение коэффициента поглощения остается доля энергии, поглощенной на событие поглощения. Это доля захваченных зон, умноженная на срок эффективности.

формальное уравнение RT60 можно упростить, если коэффициент поглощения равен менее 1/5 по приближению. Полное уравнение RT60 записывается путем замены терминов на частоту и долю энергии. Это формальное уравнение можно упростить, если коэффициент поглощения (F) меньше чем 1/5 в логарифмическом выражении.

Уравнение RT60 может быть дополнительно развито. Условный объем помещения (Vr) равен введено преобразование трех модовых номеров в волновые числа.

Волна Числовое пространство Пробел волновых чисел — тройка система координат с осями A, B и C. Каждая точка (P) в это пространство определяет резонансный режим для комнаты. Это не пространство непрерывного поля. Это больше похоже на кристалл; набор дискретных точек на определенных расстояниях.

Режим точка находится на вершине результирующего вектора (D), величина которого равна сумма квадратов компонентов.Он также находится в дальнем углу прямоугольник, объем которого (V) известен произведением его компонентов.

The формулы частоты и RT60 можно переписать в терминах этой волны геометрия числового пространства.

Это в комнате для прослушивания уже есть время распада. Часто улучшение скорость распада желательна. Минимальное улучшение — захватить по одной зоне для каждого. 500 кубических футов объема помещения. В результате RT60 представляет собой простой выражение, но действительно только для абсолютно жесткой комнаты, единственная поглощение происходит из-за захваченных зон.

Пример Рассмотрим комнату 18 на 24 на 8 футов высокий. Мы можем посмотреть на режим (2,2,1). Волновые числа (1/9, 1/12, 1/8) легко вычисляются вместе с объемом и диагональным волновым числом в Космос. Время затухания для этого режима составляет 0,3 секунды. Это предполагает 100% эффективное абсорбционное устройство на 500 кубических футов объема помещения.

Как Множество ловушек Член эффективности (n) равен определяется как отношение поглощенной энергии к представленной энергии.¼ зона давления с длиной волны содержит дискретное количество энергии в определяемый объем. Ловушка занимает часть этого квадранта со своей собственной объем (V). 80% энергии зоны находится в радиусе 1/6 длины волны. из-за угла. Отношение объема PZT к сферическому сечению 1/8 объем включает геометрическую эффективность (E). Это еще больше сокращается механическим КПД самой ловушки (а); обычно 50%.

Уравнение RT60 можно подогнать с этим сроком эффективности.Дополнительные замены и сокращения обеспечить обратную частотную зависимость RT60. Напомним Уравнения Сабина не должны напрямую зависеть от частоты. Появляется безразмерное отношение в пространстве волновых чисел модального объема к кубическая модальная длина. Это отношение является наибольшим для симметричных мод (1, 1, 7). или (2, 2, 2) и наименьшее значение для эксцентрических режимов как (1, 2, 6). это всегда меньше единицы, и выбирается среднее значение 1/3.

Использование ловушек, достаточных для исправить плохой нижний предел комнаты колеблется от одной ловушки на 500 кубических футов до одна ловушка на 250 кубических футов объема помещения.Это еще больше упрощает Уравнение RT60. Объем ловушки может быть разрешен для 500 кубических футов. соотношение должно быть обратно пропорционально зависимым как от RT60, так и от частоты. Типичная акустическая эффективность составляет 50% для этих трех коммерческих ловушек. Их уровни громкости пересекаются расширенный через частотный диапазон вызовите RT60 по сравнению с частотой участок за 250 кубических футов или 500 кубических футов. Например, 4 ловушка на кубический фут обеспечивает 2 секунды при 20 Гц, 1 секунду при 50 Гц и ½ секунду при 90 Гц RT60 раз.

И наоборот, для конкретного резонансная частота, объем помещения и требуемый RT60, количество (Дж) захваченные объемы могут быть рассчитаны.

Пример Комната 2000 кубических футов требуется RT60 1/2 секунды при 50 Гц и лампы объемом 4 кубических футов каждый будет использован.В общей сложности должно быть установлено 7 ловушек. зоны давления резонанса этой моды.

Используя методы PZT, абсорбционная обработка низкочастотного резонанса. В (dQ) изменение в комнате Q легко аппроксимируется. Объем (Вт) ловушек необходимые для того, чтобы произвести это изменение, также можно определить.

Пример Помещение объемом 2000 кубических футов требовало Регулировка Q на 50.Объем регулировки PZT составляет 12 кубических футов.

Комната для прослушивания — последняя звено в аудио цепочке. Это акустический соединитель с резонансы. Сотни комнат были превращены в удовлетворительные среды прослушивания, используя правило 500 кубических футов на ловушку. В средний объем ловушки составляет 2,5 кубических фута. Поправка в Качество 60 составляет что производит средняя акустическая обработка. Серьезные комнаты для прослушивания обычно требуют исправления в Качество 30.Это означает средний (Q = 40) Q в комнате для прослушивания необходимо сократить вдвое и в серьезной комнате. должен иметь Q, равный 1/3 его необработанного Q. Часто задаваемый вопрос включает количество ловушек, необходимых для уменьшения существующего RT60. PZT позволяет ответить, не прибегая к формулам Сабина.

Примеры Комната объемом 2000 кубических футов имеет RT60 1.3 сек. при 50 Гц. Мы хотим уменьшить его до 0,7 сек. используя ловушки на 4 кубических футов. Расчеты показывают, что 4,4 ловушки снижают RT60 по мере необходимости.

Мягкое помещение объемом 2000 кубических футов с RT60 0,5 секунды необходимо уменьшить до 0,3 секунды. Используя 4 кубических футовых ловушек, расчеты показывают, что требуется 9 ловушек.

Если оборудование RT60 не при наличии, будет достаточно медленной частотной характеристики с синусоидальной разверткой. Мера ширина полосы вниз на 3 дБ dF.Подставьте его соотношение для исходного RT60. Желаемый RT60 часто указывается и не требует преобразования в конечная пропускная способность.

Камера реверберации Поглощение обычно измеряется в реверберационных камерах с использованием значений RT60 и формулы поглощения Сабина. Уравнения PZT можно преобразовать в тот же формат. Отличительный частотная зависимость поглощения PZT ясна. Это отношение связывает стандартные лабораторные методы Сабина к теории PZT.

Заключение В комнате для прослушивания нет акустически ровный отклик. Большинство румов могут играть лучше, если их Q равно уменьшается в 2–3 раза. Цвет помещения приглушается из-за окружающая среда для прослушивания. Это Q, а не эквалайзер, который отличает комната для прослушивания из стандартной комнаты. Розовый шум — подходящий тест сигнал для настроек эквалайзера. Чистый тон, а не 1/3 октавные развертки или RT60. требуется для наблюдения за комнатой Q. Ловушка зоны давления (PZT) подход обеспечивает рациональное представление о дискретных абсорбционных устройствах в резонансное поле. Это позволяет спецификациям уменьшить RT60 или Q комнаты до приемлемого уровня.

Низкочастотная потеря слуха: обзор и многое другое

Низкочастотная потеря слуха — это относительно редкое состояние, при котором человек имеет пониженную способность или неспособность слышать более глубокие или низкие звуки — звуки с частотой 2000 Гц или ниже, например, при пролете самолета над головой или работающий прибор.Существует множество различных причин низкочастотной потери слуха, включая болезнь Меньера и генетические синдромы. Для лечения часто используются слуховые аппараты и / или устранение первопричины.

Слуховая (слуховая) система

Ваша слуховая (слуховая) система разделена на три основные части: внешнее ухо, среднее ухо и внутреннее ухо.

• Наружное ухо: Содержит ушную раковину (мясистую видимую часть вашего уха, также называемую ушной раковиной) и слуховой проход
• Среднее ухо: Содержит барабанную перепонку (также называемую барабанной перепонкой) и три крошечные кости, называемые косточками (молоточек, наковальня и стремени)
• Внутреннее ухо: Содержит структуру в форме раковины улитки, называемую улиткой, полукружными каналами и слуховым нервом

То, как вы слышите, — сложное и точное явление.По сути, ваше внешнее ухо «улавливает» звуковые волны, которые проходят через слуховой проход. Затем звуковые волны вызывают вибрацию барабанной перепонки, которая заставляет косточки двигаться, стимулируя очень маленькие волосковые клетки, расположенные внутри улитки. Эти волосковые клетки затем превращают звуковые колебания в нервные сигналы, которые отправляются в ваш мозг через слуховой нерв.

Тип потери слуха зависит от того, какая часть уха повреждена.

Типы низкочастотной потери слуха

Существует два основных типа низкочастотной тугоухости:

• Сенсорная низкочастотная потеря слуха вызвана повреждением волосковых клеток, улитки или слухового нерва.
• Кондуктивная низкочастотная потеря слуха вызвана проблемой в среднем ухе.

Низкочастотные симптомы потери слуха

Людям с низкочастотной потерей слуха трудно слышать низкие и глубокие звуки, такие как мужской голос (который, как правило, глубже, чем у женщины или ребенка).

Другие звуки, которые человек с низкочастотной потерей слуха может не слышать или испытывает трудности со слухом, включают:

• Гром во время ливня
• «Жужжание» холодильника
• «Грохочение» двигателя автомобиля, грузовика или самолета
• Басовые звуки (как туба) в музыкальном концерте
• Гласные звуки (которые звучат ниже согласных)
• Телефонные разговоры (звуки воспроизводятся на низких и средних частотах)

Важно отметить, что люди с низкочастотной потерей слуха могут нормально понимать речь (хотя обычно они предпочитают личные разговоры).

Они также, как правило, обладают отличными речевыми навыками, потому что они могут слышать и более чувствительны / восприимчивы к высокочастотным звукам.

Помните

Существует ряд низкочастотных нарушений слуха. У некоторых людей есть только легкая потеря, которая может оставаться незамеченной в течение многих лет (до тех пор, пока человек не пройдет диагностическое обследование). У других наблюдается более серьезная или глубокая потеря слуха низкочастотных звуков.

Причины

Низкочастотная потеря слуха может быть вызвана либо проблемой внутреннего уха (нейросенсорная тугоухость), либо проблемой среднего уха (кондуктивная потеря слуха).

Нейросенсорная низкочастотная потеря слуха

Низкочастотная нейросенсорная тугоухость в основном связана с болезнью Меньера. Другие потенциальные причины включают различные генетические синдромы, низкое давление спинномозговой жидкости и, возможно, старение или вирусные инфекции.

Болезнь Меньера

Болезнь Меньера развивается в результате скопления жидкости во внутреннем ухе; точный механизм, с помощью которого это происходит, остается неизвестным.

При болезни Меньера человек обычно испытывает внезапные приступы головокружения, шума в ушах и потери слуха (которая почти всегда бывает низкой).Эти эпизоды могут длиться от нескольких минут до нескольких часов.

Через несколько лет потеря слуха может стать постоянной и включать в себя потерю высоких частот.

Веривелл / JR Bee

Генетические мутации

Синдром Вольфрама — редкое аутосомно-рецессивное генетическое заболевание, вызванное мутацией (изменением генетической последовательности) гена WFS1.

Помимо низкочастотной нейросенсорной тугоухости, это состояние вызывает сахарный диабет, несахарный диабет и атрофию зрительного нерва (когда нерв, соединяющий ваш глаз с мозгом, поврежден).

Помимо синдрома Вольфрама, с низкочастотной сенсоневральной тугоухостью связана врожденная аномалия улитки, называемая дисплазией Мондини, как и другие очень редкие генетические мутации.

Низкое давление спинномозговой жидкости

Ситуации, в которых у человека возникает низкое давление спинномозговой жидкости в головном мозге, например, после спинномозговой анестезии, могут вызвать низкочастотную нейросенсорную тугоухость.

При низком давлении спинномозговой жидкости, низкочастотной тугоухости и других потенциальных симптомах (напр.g., головная боль, тошнота, головокружение, шум в ушах) усиливаются при вставании или стоянии.

Старение

Есть редкие сообщения о низкочастотной потере слуха в пожилом возрасте.

Синдром Рамзи Ханта

Вирусные инфекции обычно вызывают нейросенсорную тугоухость, связанную с потерей высокочастотных звуков.

Однако при синдроме Рамзи Ханта (при котором вирус опоясывающего герпеса поражает лицевой нерв) может возникать как высокочастотная, так и низкочастотная сенсоневральная потеря слуха, а также паралич лицевого нерва.

Внезапная потеря слуха

Некоторые типы внезапной нейросенсорной тугоухости могут влиять на звуки низкого тона. Человек с внезапной нейросенсорной тугоухостью может испытывать другие симптомы, такие как заложенность ушей, головокружение или шум в ушах.

Кондуктивная низкочастотная потеря слуха

Низкочастотная потеря слуха также может быть связана с проблемами среднего уха, такими как секреторный средний отит или отосклероз.

Секреторный средний отит

Секреторный (также называемый серозным) отит возникает, когда жидкость накапливается в среднем ухе в результате нерешенной инфекции или закупорки евстахиевой трубы (например,г., от аллергии).

Из-за скопления жидкости ваша барабанная перепонка не может должным образом вибрировать, чтобы передавать звуки. Сначала приглушаются низкочастотные звуки, а затем — высокочастотные.

Отосклероз

Отосклероз возникает при чрезмерном разрастании стремени в среднем ухе, вызывающем потерю слуха на низких частотах.

Это заболевание чаще встречается у женщин и обычно развивается в возрасте от 15 до 40 лет.Возможные причины включают аутоиммунные процессы и вирусные инфекции, а также генетические, метаболические и гормональные факторы.

Диагностика

Низкочастотную тугоухость может диагностировать аудиолог с помощью проверки слуха. Результаты уровня слуха отображаются на диаграмме, называемой аудиограммой.

Аудиограмма покажет модель «обратного наклона», где линия на графике начинается в нижнем левом углу и круто поднимается вверх, указывая на потерю низких звуков.Это противоположно результату, наблюдаемому на аудиограмме для высокочастотной потери слуха, где линия на графике начинается в верхнем левом углу и круто спускается вниз.

Если ваш лечащий врач подозревает, что ваша низкочастотная потеря слуха связана с другими состояниями, такими как болезнь Меньера или отосклероз, могут быть назначены другие диагностические тесты, такие как визуализационные тесты или вестибулярные тесты.

Лечение

Лечение низкочастотной потери слуха зависит от основной причины.

Некоторые причины обратимы — например, низкочастотную потерю слуха, которая возникает в результате низкого цереброспинального давления из-за спинальной анестезии, можно обратить вспять с помощью процедуры переливания крови.

Точно так же низкочастотная потеря слуха из-за секреторного среднего отита обычно проходит сама по себе. В случае стойкого или тяжелого заболевания можно установить ушную трубку. Затем обычно восстанавливается низкочастотная потеря слуха.

Низкочастотная кондуктивная потеря слуха от отосклероза обычно может быть устранена путем хирургического восстановления стремени в среднем ухе.Эта операция называется стапедэктомией (стапедотомией) и включает удаление и замену части или всей кости стремени протезом или имплантатом.

Слуховые аппараты, методы лечения и модификации

При необратимых причинах низкочастотной потери слуха основным средством лечения являются слуховые аппараты, которые запрограммированы на усиление звуков более низкого тона.

Важно найти аудиолога, у которого есть опыт настройки слуховых аппаратов для людей с низкочастотной потерей слуха.Чтобы получить правильные настройки, это может быть немного методом проб и ошибок.

Болезнь Меньера может быть особенно сложной для лечения, поскольку болезнь, как правило, возникает поэтапно. Потеря слуха может приходить и уходить раньше, а затем постепенно ухудшается.

Помимо слуховых аппаратов, для облегчения других симптомов болезни Меньера (головокружения и шума в ушах) могут быть полезны различные привычки образа жизни и методы лечения, такие как:

Слово от Verywell

Если вас беспокоит снижение вашей (или вашего ребенка) способности слышать низкие звуки, обратитесь к своему врачу за направлением к специалисту по аудиологии.Хорошая новость заключается в том, что это состояние, хотя и встречается редко, можно легко и объективно диагностировать с помощью аудиограммы. Лечение важно не только для того, чтобы сделать повседневную жизнь проще и приятнее, но и для вашей безопасности (чтобы вы могли слышать, например, приближающийся автомобиль или грузовик).

Группа состоит из разных инструментов, которые отчетливо звучат. разные, но способны сыграть ту же мелодию, которую слушатели можно распознать. Что похоже и что отличается, когда на одной и той же ноте играют разные инструменты? Как мы можем распознать одна и та же нота, но при этом различать разные инструменты?
Рисунок 12.D Что похоже, а что отличается когда одну и ту же ноту играют на разных инструментах?

В предыдущей главе мы говорили о стоячих волнах на веревке; это был пример резонанса. Напоминаем, что посмотрите на рис. 12.5, где снова показаны стоячие волны на струне. Позиции которые не двигаются, называются узлами, а позиции максимума амплитуды называются пучностями. Поскольку концы закреплены, концы — это узлы. Каждая «петля» стоячей волны — это участок от узла к узлу — это половина длины волны.Чтобы соответствовать стоя волны на струну, мы должны иметь

n (половина длины волны) = L

где n — целое число (n = 1, 2, 3,…), а L — длина строки. На рисунке 12.5 показаны стоячие волны, которые могут быть присутствует для n = 1, n = 2, n = 3 и n = 4. Только волны с определенными, определенные длины волн проявляются как стоячие волны на струне.

В предыдущей главе мы также обнаружили следующую прямую связь между длиной волны и частотой,

(частота) (длина волны) = скорость волны

Таким образом, наше ограничение, что стоячие волны на струне имеют только определенные, определенные длины волн означают, что стоячие волны на струны имеют только определенные, определенные частоты.Есть похожие ограничения для стоячих волн в трубе — как в органной трубе или кларнет, труба или саксофон.

Самая низкая из этих частот — для n = 1 и самая длинная. длина волны; это называется основной частотой . Более высокие частоты называются гармониками. Частота для n = 2 называется второй гармоникой, а частота при n = 3 называется третьей гармоникой и т. д. Эти гармоники также иногда называют обертонами. С большой осторожностью вы сможете возбуждают только одну гармонику, как стоячую волну на струне.Однако обычно, если вы дернете или натянете тетиву, вы вызовете вибрировать как комбинация или наложение многих из этих частоты.

Шаг звука — насколько он низкий или высокий — это определяется основной частотой — самой низкой частотой возникающие стоячие волны. Для струнных инструментов, длина самой струны изменяется для изменения высоты звука. Для скрипок, гитар и банджо позиция музыканта пальцы определяют длину струны, доступной для вибрации; это показано на рисунке 12.6. Чем длиннее струна, тем длиннее длина волны стоячей волны и нижнего тона. Для фортепиано, по разным струнам ударяют молотком — снова по более коротким струнам производят более высокий тон, в то время как более длинная струна дает более низкий тон.

В органе используются длинные трубы для воспроизведения нот с низким тоном и длинные волны и короткие трубы для высоких и коротких нот длины волн, как показано на рисунке 12.7. Вы можете услышать этот эффект выдуть несколько бутылочек, наполненных разными количество воды.Частота (или высота) производимого звука определяется стоячими волнами, возникающими в столбе воздуха. Длинные столбы воздуха создают низкие частоты, а короткие столбцы воздуха производят высокие частоты.

Рисунок 12.7 Орган играет низкие ноты создание стоячих волн в длинных трубах с большой длины волны соответствует низкой частоте. Высокие ноты производятся путем установки стоячие волны в коротких трубах, так как короткая длина волны соответствует с высокой частотой.Вы можете сделать то же самое, дуя через поп-бутылки с разным количеством воды, чтобы обеспечить различная длина воздушных столбов для стоячих волн.

Слайд-тромбон интересно наблюдать за длиной резонирующего трубка воздуха может изменяться непрерывно. Большинство духовых инструментов саксофоны, кларнеты и гобои воспроизводят разные ноты, открывая и закрывание отверстий в трубке, чтобы стоячие волны разных длины волн. Басовый дрон на съемочной площадке великого нагорья волынка издает ноту на октаву ниже, чем трутень тенора; следовательно, он вдвое длиннее теноровых дронов.На рисунке 12.8 показано несколько примеров того, как играется высота ноты. по инструменту определяется.

На рисунке 12.9 показан диапазон частот, которые могут быть получены. пианино и струнными инструментами семейства скрипок-скрипка, альт, виолончель и струнный бас. Еще раз обратите внимание на то, что частоты поступают от более длинных, тяжелых струн и более высоких частот производятся из более коротких и легких струн. Это верно для фортепиано, а также для семейства инструментов скрипка.

Рисунок 12.9 Диапазон нот, доступных на фортепиано и оркестровые струнные инструменты.

Звуковые помехи и резонанс: стоячие волны в воздушных столбах

Цели обучения

К концу этого раздела вы сможете:

• Определите пучность, узел, основную частоту, обертоны и гармоники.
• Определите случаи звуковых помех в повседневных ситуациях.
• Опишите, как звуковые помехи, возникающие внутри открытых и закрытых трубок, изменяют характеристики звука и как это применимо к звукам, издаваемым музыкальными инструментами.
• Рассчитайте длину трубки, используя измерения звуковой волны.

Рис. 1. В некоторых типах наушников для подавления посторонних шумов используются явления конструктивных и деструктивных помех. (Источник: JVC America, Flickr)

Интерференция — отличительная черта волн, каждая из которых демонстрирует конструктивную и деструктивную интерференцию, точно аналогичную той, которая наблюдается для водных волн. Фактически, один из способов доказать, что что-то «является волной», — это наблюдать за интерференционными эффектами.Итак, поскольку звук является волной, мы ожидаем, что он будет иметь интерференцию; мы уже упоминали несколько таких эффектов, например, удары двух одинаковых нот, сыгранных одновременно.

На рис. 2 показано разумное использование звуковых помех для подавления шума. Предполагается более крупномасштабное применение активного снижения шума за счет деструктивных помех для целых пассажирских салонов коммерческих самолетов. Чтобы получить деструктивную интерференцию, выполняется быстрый электронный анализ, и вводится второй звук, максимумы и минимумы которого полностью противоположны входящему шуму.Звуковые волны в жидкостях — это волны давления, соответствующие принципу Паскаля; давление из двух разных источников складывается и вычитается, как простые числа; то есть положительное и отрицательное избыточное давление добавляют к гораздо меньшему давлению, производя звук меньшей интенсивности. Хотя полностью разрушительные помехи возможны только в самых простых условиях, с помощью этого метода можно снизить уровень шума на 30 дБ и более.

Рис. 2. Наушники, предназначенные для подавления шума с разрушительными помехами, создают звуковую волну, прямо противоположную входящему звуку.Эти наушники могут быть более эффективными, чем простое пассивное затухание, используемое в большинстве средств защиты слуха. Такие наушники использовались во время рекордного кругосветного беспосадочного полета самолета «Вояджер», чтобы защитить слух пилотов от шума двигателя.

Где еще можно наблюдать звуковые помехи? Все звуковые резонансы, например, в музыкальных инструментах, возникают из-за конструктивных и деструктивных помех. Только резонансные частоты конструктивно интерферируют, образуя стоячие волны, тогда как другие интерферируют деструктивно и отсутствуют.Резонанс и стоячие волны играют жизненно важную роль — от гудка, издаваемого надуванием бутылки, до характерного аромата звуковой коробки скрипки и узнаваемости голоса великого певца.

Помехи

Интерференция — это такой фундаментальный аспект волн, что наблюдение интерференции является доказательством того, что что-то является волной. Волновая природа света была установлена ​​экспериментами, показывающими интерференцию. Точно так же, когда электроны, рассеянные кристаллами, проявляли интерференцию, их волновая природа была подтверждена в точности такой, как предсказывается симметрией с некоторыми волновыми характеристиками света.

Предположим, мы держим камертон около конца трубки, которая закрыта на другом конце, как показано на рисунках 3, 4, 5 и 6. Если камертон имеет только правильную частоту, столб воздуха в трубке громко резонирует, но на большинстве частот очень мало вибрирует. Это наблюдение просто означает, что столб воздуха имеет только определенные собственные частоты. На рисунках показано, как формируется резонанс на самой низкой из этих собственных частот. Возмущение движется по трубке со скоростью звука и отскакивает от закрытого конца.Если трубка правильной длины, отраженный звук возвращается на камертон ровно через полцикла и конструктивно мешает продолжающемуся звуку, производимому камертоном. Входящие и отраженные звуки образуют в трубке стоячую волну, как показано на рисунке.

Рис. 3. Резонанс воздуха в трубке, закрытой с одного конца, вызванный камертоном. Возмущение движется по трубе.	Рис. 4. Резонанс воздуха в трубке, закрытой с одного конца, вызванный камертоном.Возмущение отражается от закрытого конца трубки.
Рис. 5. Резонанс воздуха в трубке, закрытой с одного конца, вызванный камертоном. Если длина трубки L подходящая, помеха возвращается к камертону через полцикла и конструктивно мешает продолжающемуся звуку камертона. Эта интерференция формирует стоячую волну, и столб воздуха резонирует.	Рис. 6. Резонанс воздуха в трубке, закрытой с одного конца, вызванный камертоном.График вытеснения воздуха по длине трубы показывает отсутствие на закрытом конце, где движение ограничено, и максимум на открытом конце. Эта стоячая волна имеет в трубке одну четверть своей длины волны, так что λ = 4 L .

Стоячая волна, сформированная в трубе, имеет максимальное смещение воздуха (пучность ) на открытом конце, где движение не ограничено, и отсутствие смещения (узел ) на закрытом конце, где движение воздуха остановился.Расстояние от узла до пучности составляет одну четвертую длины волны, и это равно длине трубки; таким образом, λ = 4 L . Такой же резонанс может быть вызван вибрацией, возникающей на закрытом конце трубы или около него, как показано на рисунке 7. Лучше всего рассматривать это как естественную вибрацию столба воздуха, независимо от того, как она вызвана.

Рис. 7. Такая же стоячая волна создается в трубке за счет вибрации, вносимой около ее закрытого конца.

Рисунок 8.{\ prime} = \ frac {4L} {3} \\ [/ latex]. Продолжая этот процесс, вы обнаружите целую серию коротковолновых и высокочастотных звуков, резонирующих в трубке. Мы используем определенные термины для обозначения резонансов в любой системе. Самая низкая резонансная частота называется основной гармоникой , а все более высокие резонансные частоты называются обертонами . Все резонансные частоты являются целыми кратными основной гармоники, и вместе они называются гармониками . Основная гармоника — это первая гармоника, первый обертон — это вторая гармоника и так далее.На рисунке 9 показаны основная гармоника и первые три обертона (первые четыре гармоники) в трубке, закрытой с одного конца.

Рис. 9. Основной и три нижних обертона закрытой с одного конца трубки. У всех есть максимальные вытеснения воздуха на открытом конце и нет — на закрытом конце.

Основная и обертоны могут присутствовать одновременно в различных комбинациях. Например, средний C на трубе имеет звук, отчетливо отличающийся от среднего C на кларнете, причем оба инструмента представляют собой модифицированные версии закрытой с одного конца лампы.Основная частота одна и та же (и обычно самая интенсивная), но обертоны и их сочетание интенсивности различны и могут быть затемнены музыкантом. Этот микс — это то, что придает различным музыкальным инструментам (и человеческим голосам) их отличительные характеристики, независимо от того, есть ли у них воздушные колонны, струнные, звуковые коробки или барабанные пластинки. Фактически, большая часть нашей речи определяется формированием полости, образованной горлом и ртом, и расположением языка для настройки основных и сочетания обертонов.Например, простые резонансные полости могут резонировать со звуком гласных. (См. Рис. 10.) У мальчиков в период полового созревания растет гортань и изменяется форма резонансной полости, что приводит к разнице в преобладающих частотах речи мужчин и женщин.

Рис. 10. Горло и рот образуют закрытый с одного конца столб воздуха, который резонирует в ответ на колебания голосового аппарата. Спектр обертонов и их интенсивность меняются в зависимости от формы рта и положения языка для формирования разных звуков.Голосовой аппарат можно заменить механическим вибратором, при этом возможна понятная речь. Вариации основных форм делают разные голоса узнаваемыми.

Теперь давайте поищем закономерность в резонансных частотах для простой трубки, закрытой с одного конца. Основная гармоника имеет λ = 4 L , а частота связана с длиной волны и скоростью звука, как указано в формуле v _w = fλ.

Решение относительно f в этом уравнении дает

[латекс] f = \ frac {v _ {\ text {w}}} {\ lambda} = \ frac {v _ {\ text {w}}} {4L} \\ [/ latex],

, где v _w — скорость звука в воздухе.{\ prime} = 3 \ frac {v _ {\ text {w}}} {4L} = 3f \\ [/ latex].

Поскольку f ′ = 3 f , мы называем первый обертон третьей гармоникой. Продолжая этот процесс, мы видим закономерность, которую можно обобщить в одном выражении. Резонансные частоты трубки, закрытой с одного конца, равны

.

[латекс] f_n = n \ frac {v _ {\ text {w}}} {4L}, n ​​= 1,3,5 \\ [/ latex],

, где f ₁ — основной тон, f ₃ — первый обертон и т. Д.Интересно, что резонансные частоты зависят от скорости звука и, следовательно, от температуры. Эта зависимость представляет собой заметную проблему для органов в старых неотапливаемых соборах, а также является причиной того, что музыканты обычно доводят свои духовые инструменты до комнатной температуры перед тем, как играть на них.

Пример 1. Найдите длину трубки с фундаментальной частотой 128 Гц

1. Какой длины должна быть закрытая с одного конца трубка в день, когда температура воздуха 22,0ºC, если ее основная частота должна быть 128 Гц (C ниже средней C)?
2. Какова частота его четвертого обертона?

Стратегия

Длина L может быть найдена из соотношения в [latex] f_n = n \ frac {v _ {\ text {w}}} {4L} \\ [/ latex], но сначала нам нужно найти скорость звука v _w .

Решение для Части 1

Определить известных:

• основная частота 128 Гц
• температура воздуха 22,0ºС

Используйте [latex] f_n = n \ frac {v _ {\ text {w}}} {4L} \\ [/ latex], чтобы найти основную частоту ( n = 1):

[латекс] f_1 = \ frac {v _ {\ text {w}}} {4L} \\ [/ latex]

Решите это уравнение для длины: [латекс] L = \ frac {v _ {\ text {w}}} {4f_1} \\ [/ latex].

Найдите скорость звука, используя [latex] v _ {\ text {w}} = \ left (331 \ text {m / s} \ right) \ sqrt {\ frac {T} {273 \ text {K}}} \\[/латекс].

[латекс] v _ {\ text {w}} = \ left (331 \ text {m / s} \ right) \ sqrt {\ frac {295 \ text {K}} {273 \ text {K}}} = 344 \ text {m / s} \\ [/ latex]

Введите значения скорости звука и частоты в выражение для L .

[латекс] L = \ frac {v _ {\ text {w}}} {4f_1} = \ frac {344 \ text {m / s}} {4 (128 \ text {Hz})} = 0,672 \ text { м} \\ [/ латекс]

Обсуждение части 1

Многие духовые инструменты представляют собой модифицированные трубки с отверстиями для пальцев, клапанами и другими устройствами для изменения длины резонирующего столба воздуха и, следовательно, частоты проигрываемой ноты.Для рожков, воспроизводящих очень низкие частоты, таких как тубы, нужны лампы такой длины, чтобы они были свернуты в петли.

Решение для Части 2

Определить известных:

• первый обертон имеет n = 3
• второй обертон имеет n = 5
• третий обертон имеет n = 7
• четвертый обертон имеет n = 9

Введите значение четвертого обертона в [латекс] f_n = n \ frac {v _ {\ text {w}}} {4L} \\ [/ latex]:

[латекс] f_9 = 9 \ frac {v _ {\ text {w}}} {4L} = 9f_1 = 1.15 \ text {кГц} \\ [/ latex]

Обсуждение части 2

Возникает ли этот обертон в простой трубке или музыкальном инструменте, зависит от того, как он стимулируется к вибрации, и от деталей его формы. Например, тромбон не производит своей основной частоты, а только издает обертоны.

Другой тип трубок — открытые с обоих концов. Примеры — органные трубы, флейты и гобои. Резонансы трубок, открытых с обоих концов, можно анализировать так же, как резонансы трубок, закрытых с одного конца.Столбы воздуха в трубках, открытых с обоих концов, имеют максимальное смещение воздуха на обоих концах, как показано на рисунке 11. Стоячие волны формируются, как показано.

Рис. 11. Показаны резонансные частоты трубки, открытой с обоих концов, включая основной тон и первые три обертона. Во всех случаях максимальные перемещения воздуха происходят на обоих концах трубы, что дает ей собственные частоты, отличные от собственных частот трубы, закрытой с одного конца.

Основываясь на том факте, что труба, открытая с обоих концов, имеет максимальное смещение воздуха с обоих концов, и используя рисунок 11 в качестве ориентира, мы можем видеть, что резонансные частоты трубы, открытой с обоих концов, составляют:

[латекс] f_n = n \ frac {v _ {\ text {w}}} {2L}, n ​​= 1,2,3, \ dots, \\ [/ latex]

, где f ₁ — основной обертон, f ₂ — первый обертон, f ₃ — второй обертон и т. Д.Обратите внимание, что трубка, открытая с обоих концов, имеет основную частоту в два раза больше, чем она была бы, если бы закрылась с одного конца. Он также имеет другой спектр обертонов, чем трубка, закрытая с одного конца. Итак, если у вас есть две лампы с одинаковой основной частотой, но одна открыта с обоих концов, а другая закрыта с одного конца, они будут звучать по-разному при игре, потому что у них разные обертоны. Средняя до, например, будет звучать богаче при игре на открытой трубе, потому что она имеет как четные, так и нечетные значения основной гармоники.В закрытой трубке есть только нечетные кратные.

Реальные приложения: резонанс в повседневных системах

Резонанс возникает во многих различных системах, включая струны, воздушные столбы и атомы. Резонанс — это управляемые или вынужденные колебания системы на ее собственной частоте. В резонансе энергия быстро передается колебательной системе, и амплитуда ее колебаний растет до тех пор, пока система больше не может быть описана законом Гука. Примером этого является намеренно искаженный звук в определенных типах рок-музыки.

Рис. 12. Струнные инструменты, такие как скрипки и гитары, используют резонанс в своих звуковых коробках, чтобы усилить и обогатить звук, создаваемый их вибрирующими струнами. Бридж и опоры передают колебания струны звуковым коробам и воздуху внутри. (кредиты: гитара, Фелисиано Гимарес, Fotopedia; скрипка, Стив Снодграсс, Flickr)

Рис. 13. Резонанс использовался в музыкальных инструментах с доисторических времен. Эта маримба использует тыквы в качестве резонансных камер для усиления звука.(кредит: APC Events, Flickr)

Духовые инструменты используют резонанс в воздушных столбах для усиления тонов, издаваемых губами или вибрирующими язычками. Другие инструменты также используют воздушный резонанс для усиления звука. На рисунке 12 показаны скрипка и гитара, у обеих есть звуковые коробки, но разной формы, что приводит к разным структурам обертонов. Вибрирующая струна создает звук, который резонирует в звуковой коробке, значительно усиливая звук и создавая обертоны, придающие инструменту его характерный аромат.Чем сложнее форма звуковой коробки, тем выше ее способность резонировать в широком диапазоне частот. Маримба, подобная той, что изображена на Рисунке 13, использует горшки или тыквы под деревянными планками, чтобы усилить их тон. Резонанс горшка можно отрегулировать, добавив воды.

Мы подчеркивали звуковые приложения в наших обсуждениях резонансных и стоячих волн, но эти идеи применимы к любой системе, которая имеет волновые характеристики. Например, вибрирующие струны на самом деле резонируют и имеют основы и обертоны, аналогичные тем, которые используются в воздушных колоннах.Более тонкие резонансы в атомах из-за волнового характера их электронов. Их орбитали можно рассматривать как стоячие волны, которые имеют фундаментальное (основное состояние) и обертоны (возбужденные состояния). Удивительно, что волновые характеристики применимы к такому широкому кругу физических систем.

Проверьте свое понимание

Часть 1

Опишите, чем наушники с шумоподавлением отличаются от стандартных наушников, используемых для блокировки посторонних звуков.

Решение

Обычные наушники блокируют звуковые волны только физическим барьером.Наушники с шумоподавлением используют разрушительные помехи для уменьшения громкости внешних звуков.

Часть 2

Как можно использовать узел и пучность стоячей волны для определения длины трубы с закрытым концом?

Решение

Когда трубка резонирует на собственной частоте, узел волны находится на закрытом конце трубки, а пучность — на открытом. Длина трубки равна одной четвертой длины волны этой волны.Таким образом, если мы знаем длину волны волны, мы можем определить длину трубки.

Исследования PhET: звук

Это моделирование позволяет видеть звуковые волны. Отрегулируйте частоту или громкость, и вы сможете увидеть и услышать, как меняется волна. Перемещайте слушателя и слушайте то, что она слышит.

Щелкните, чтобы загрузить симуляцию. Запускать на Java.

Сводка раздела

• Звуковые помехи и резонанс имеют те же свойства, что и все волны.
• В воздушных столбах резонанс самой низкой частоты называется основной, а все более высокие резонансные частоты — обертонами. Все вместе они называются гармониками.
• Резонансные частоты трубки, закрытой с одного конца: [латекс] {f} _ {n} = n \ frac {{v} _ {w}} {4L} \ text {,} n = 1, 3, 5 \ dots \\ [/ latex], f ₁ — основная, а L — длина трубки.
• Резонансные частоты трубки, открытой с обоих концов: [латекс] {f} _ {n} = n \ frac {{v} _ {w}} {2L} \ text {,} n = 1, 2, 3 \ точки \\ [/ латекс]

Концептуальные вопросы

1. Как гитара без усиления производит звуки намного более интенсивные, чем звуки натянутой струны, натянутой простой палкой?
2. Вам даны два духовых инструмента одинаковой длины.Один открыт с обоих концов, а другой закрыт с одного конца. Что может производить самую низкую частоту?
3. В чем разница между обертоном и гармоникой? Все ли гармоники обертоны? Все ли обертоны гармоничны?

Задачи и упражнения

1. «Эффектный» изготовленный по индивидуальному заказу автомобиль имеет два латунных рожка, которые должны выдавать одинаковую частоту, но на самом деле излучают 263,8 и 264,5 Гц. Какая частота ударов производится?

2. Какие частоты ударов будут присутствовать: (a) Если музыкальные ноты A и C сыграны вместе (частоты 220 и 264 Гц)? (б) Если D и F играть вместе (частоты 297 и 352 Гц)? (c) Если все четверо играют вместе?

3.Какие частоты ударов возникают, если молоток фортепиано ударяет по трем струнам, излучающим частоты 127,8, 128,1 и 128,3 Гц?

4. Настройщик фортепиано слышит ритм каждые 2,00 секунды при прослушивании камертона с частотой 264,0 Гц и одиночной струны фортепиано. Какие две возможные частоты струны?

5. а) Какова основная частота трубы длиной 0,672 м, открытой с обоих концов, в день, когда скорость звука составляет 344 м / с? б) Какова частота его второй гармоники?

6.Если духовой инструмент, такой как туба, имеет основную частоту 32,0 Гц, каковы его первые три обертона? Он закрыт с одного конца. (Обертоны настоящей тубы сложнее, чем в этом примере, потому что это коническая трубка.)

7. Каковы первые три обертона у фагота с основной частотой 90,0 Гц? Он открыт с обоих концов. (Обертоны настоящего фагота более сложны, чем в этом примере, потому что его двойная трость заставляет его действовать как труба, закрытая с одного конца.)

8. Какой длины должна быть флейта, чтобы иметь основную частоту 262 Гц (эта частота соответствует средней C на равномерно темперированной хроматической шкале) в день, когда температура воздуха составляет 20,0 ° C? Он открыт с обоих концов.

9. Какой длины должен быть гобой, чтобы воспроизводить основную частоту 110 Гц в день, когда скорость звука составляет 343 м / с? Он открыт с обоих концов.

10. Какова длина трубки с основной частотой 176 Гц и первым обертоном 352 Гц, если скорость звука составляет 343 м / с?

11.(a) Найдите длину трубы для органа, закрытой с одного конца, которая дает основную частоту 256 Гц при температуре воздуха 18,0 ° C. (б) Какова его основная частота при 25,0 ° C?

12. На какую долю изменятся частоты, создаваемые духовым инструментом, при изменении температуры воздуха с 10,0 ° C до 30,0 ° C? То есть найти соотношение частот при этих температурах.

13. Ушной канал резонирует, как трубка, закрытая с одного конца. (См. Рисунок 5 в разделе Слух.) Если длина ушных каналов колеблется от 1 до 1.От 80 до 2,60 см в среднем у населения, каков диапазон основных резонансных частот? Возьмем температуру воздуха 37,0ºC, что соответствует температуре тела. Как этот результат соотносится с графиком зависимости интенсивности от частоты человеческого уха (рис. 14)?

Рис. 14. Заштрихованная область представляет частоты и уровни интенсивности, встречающиеся в нормальной разговорной речи. Линия с нулевым звуком представляет собой нормальный порог слуха, тогда как значения на 40 и 60 представляют собой пороги для людей с 40- и 60-фоновой потерей слуха, соответственно.

14. Вычислите первый обертон в слуховом проходе, который резонирует как трубка длиной 2,40 см, закрытая с одного конца, приняв температуру воздуха 37,0 ° C. Неужели ухо особенно чувствительно к такой частоте? (Резонансы слухового прохода усложняются его неоднородной формой, на что мы не будем обращать внимания.)

15. Грубое приближение к воспроизведению голоса состоит в том, чтобы рассматривать дыхательные пути и рот как резонирующую трубку, закрытую с одного конца. (См. Рисунок 10.) (a) Какова основная частота, если трубка равна 0.Длина 240 м, если принять температуру воздуха 37,0 ° С? б) Какой стала бы эта частота, если бы человек заменил воздух гелием? Предположим такую ​​же температурную зависимость для гелия, что и для воздуха.

16. (a) Студентов физической лаборатории просят определить длину столба воздуха в закрытой с одного конца трубке, имеющей основную частоту 256 Гц. Они держат трубку вертикально и наполняют ее водой до верха, затем опускают воду, пока вибрирует камертон с частотой 256 Гц, и прислушиваются к первому резонансу.Какова температура воздуха, если резонанс происходит на длине 0,336 м? (б) Как долго они будут наблюдать второй резонанс (первый обертон)?

17. Какие частоты будет воспроизводить трубка длиной 1,80 м в слышимом диапазоне при 20,0 ° C, если: (a) Трубка закрыта с одного конца? б) он открыт с обоих концов?

Глоссарий

пучность: точка максимального смещения

узел: точка нулевого смещения

основной: низкочастотный резонанс

обертона: все резонансные частоты выше основной

гармоники: термин, используемый для коллективного обозначения основной гармоники и ее обертонов

Избранные решения проблем и упражнения

1.