Излучатели звука

ИЗЛУЧАТЕЛИ ЗВУКА (акустические излучатели), устройства, предназначенные для возбуждения акустических волн в газообразных, жидких и твёрдых средах. Излучатели  звука преобразуют в энергию звукового поля энергию какого-либо другого вида.

Широкое распространение в качестве излучателей звука получили электроакустические преобразователи. Так, в звуковом диапазоне частот для воспроизведения звука (речи, музыки и др.) используются громкоговорители электродинамического, электромагнитного, электростатического и других типов; в У3-технике, гидроакустике, акустоэлектронике на ультразвуковых и звуковых частотах применяются пьезоэлектрические преобразователи и магнитострикционные преобразователи, в верхней части УЗ-диапазона и на гиперзвуковых частотах - пьезополупроводниковые преобразователи. Для большинства излучателей звука этого вида имеет место двойное преобразование энергии: электрическая энергия преобразуется в энергию механических колебаний какого-либо твердотельного элемента (пластины, стержня, мембраны), которая затем преобразуется в энергию звукового поля в окружающей среде. Если колебания всех точек излучающей поверхности происходят синфазно, то излучающий элемент при расчётах его звукового поля рассматривается как излучатель поршневого типа; в этом случае колебания излучающей системы воспроизводят по форме возбуждающий электрический сигнал. Во всех перечисленных электроакустических преобразователях происходит линейное преобразование сигнала, и лишь при очень больших амплитудах могут возникнуть нелинейные искажения. Электроакустические преобразователи без твердотельного элемента, с непосредственным электроакустическим преобразованием, применяются сравнительно редко. К ним относятся, например, излучатели звука, основанные на электрическом разряде в жидкости, на явлении электрострикции, на возбуждении упругой волны мощным оптическим излучением (смотри Оптоакустика).

Другой вид излучателей звука основан на преобразовании кинетической энергии газа или жидкости в энергию звукового поля. Такое преобразование может происходить при периодическом прерывании струи газа или жидкости (смотри Сирена), при взаимодействии её с твёрдыми препятствиями различного вида (смотри Газоструйные излучатели, Гидродинамический излучатель).

К основным характеристикам излучателей звука относятся их частотный спектр (смотри Спектр звука), излучаемая мощность звука, направленность излучения. Излучение звука для его слухового восприятия производится широкополосными преобразователями в диапазоне слышимых частот. Преобразователи для разнообразных технических целей - передачи и обработки сигналов, звуковой локации, контрольно-измерительных и технологических применений ультразвука, медицинской техники, как правило, являются моночастотными или обладают ограниченным дискретным спектром. Их особенностью является использование резонанса элементов колебательной системы для повышения эффективности. Мощность звука излучателей звука зависит от амплитуды колебательных смещений на излучающей поверхности и действительной составляющей выходного акустического импеданса. Эффективность излучающих электроакустических преобразователей характеризуется кпд (отношением излучаемой и потребляемой мощности) и чувствительностью (отношением звукового давления в поле излучения к питающему излучателей звука электрическому напряжению или току). В акустоэлектронике применяют коэффициент электрических потерь (отношение электрической мощности к акустической, выраженное в децибелах). Направленность излучателей звука зависит от соотношения их размеров с длиной волны излучаемого звука; для остронаправленного излучения размеры излучающей поверхности должны быть существенно больше длины волны.

У излучателей звука газоструйного и гидродинамического видов форма излучаемого сигнала, его спектр и мощность определяются режимом истечения струи и геометрическими параметрами конструкции. Такие излучатели звука могут обеспечивать достаточно эффективное излучение в окружающую среду, однако режим их работы нестабилен, а спектр достаточно сложен. Они не могут создавать моночастотное излучение и воспроизводить сигнал заданной формы.

Излучателями  звука являются также музыкальные  инструменты. У струнных инструментов источником звука служат колебания струн и связанных с ними дек, возбуждаемые ударом (клавишные инструменты), щипком (щипковые) или трением смычка о струну (смычковые). У духовых инструментов звук излучается за счёт автоколебаний столба воздуха в резонансной полости, возбуждаемых продуванием. В ударных инструментах для излучения звука используются свободные колебания мембран, пластин, стержней, оболочек.

В качестве излучателей звука можно рассматривать и звукообразующий аппарат человека и животных (смотри Физиологическая акустика).

Лит.: Физика и техника мощного ультразвука. М., 1967. [Кн. 1]: Источники мощного ультразвука / Под редакцией Л. Д. Розенберга; Исакович М. А. Общая акустика. М., 1973; Римский-Корсаков А. В. Электроакустика. М., 1973; Скучик Е. Основы акустики. М., 1976. Т. 1-2; Сапожков М. А. Электроакустика. М., 1978; Лямшев Л. М. Радиационная акустика. М., 1996.