Акустические свойства слуховых аппаратов: стоячие волны, демпфирование и раструбы

АКУСТОЭЛЕКТРО́НИКА, на­уч­но-тех­нич. на­прав­ле­ние, свя­зан­ное с ис­сле­до­ва­ни­ем про­цес­сов воз­бу­ж­де­ния и рас­про­стра­не­ния аку­стич. волн в твёр­дых те­лах, эф­фек­тов их взаи­мо­дей­ст­вия с элек­тро­маг­нит­ны­ми по­ля­ми и но­си­те­ля­ми за­ря­да, а так­же с соз­да­ни­ем при­бо­ров и уст­ройств, ра­бо­таю­щих на ос­но­ве этих эф­фек­тов. В за­ви­си­мо­сти от эф­фек­тов, ис­поль­зуе­мых в аку­сто­элек­трон­ных (АЭ) уст­рой­ст­вах, А. ус­лов­но раз­де­ля­ют на вы­со­ко­час­тот­ную (мик­ро­вол­но­вую) аку­сти­ку (эф­фек­ты воз­бу­ж­де­ния, рас­про­стра­не­ния и приё­ма аку­стич. волн с час­то­та­ми от еди­ниц ме­га­герц до де­сят­ков ги­га­герц в твёр­дых те­лах), соб­ст­вен­но А. (взаи­мо­дей­ст­вие аку­стич. волн с элек­тро­на­ми про­во­ди­мо­сти) и аку­сто­оп­ти­ку (взаи­мо­дей­ст­вие све­то­вых волн с аку­сти­че­ски­ми).

А. сфор­ми­ро­ва­лась в 1960-х гг., ког­да на­ча­лись ин­тен­сив­ные ис­сле­до­ва­ния, свя­зан­ные с от­кры­ти­ем эф­фек­та уси­ле­ния аку­стич. волн дрей­фую­щи­ми элек­тро­на­ми про­во­ди­мо­сти в пье­зо­по­лу­провод­ни­ках (см. Аку­сто­элек­трон­ное вза­и­мо­дей­ствие). Бур­ное раз­ви­тие А. вы­зва­но по­треб­но­стью в про­стых, на­дёж­ных и ми­ниа­тюр­ных ана­ло­го­вых уст­рой­ст­вах об­ра­бот­ки сиг­на­лов для ра­дио­ло­кац. и те­ле­виз. ап­па­ра­ту­ры, сис­тем ав­то­ма­тич. управ­ле­ния, уст­ройств тех­ни­ки свя­зи, вы­чис­лит. тех­ни­ки и др. Воз­мож­но­сти ши­ро­ко­го ис­поль­зо­ва­ния АЭ уст­ройств обу­слов­ле­ны ма­лой ско­ро­стью рас­про­стра­не­ния аку­стич. волн в твёр­дых те­лах (по срав­не­нию со ско­ро­стью рас­про­стра­не­ния элек­тро­маг­нит­ных волн) и их ма­лым по­гло­ще­ни­ем в не­ко­то­рых кри­стал­лах, что по­зво­ля­ет со­от­вет­ст­вен­но умень­шить раз­ме­ры и мас­су уст­ройств в де­сят­ки ты­сяч раз (по срав­не­нию с уст­рой­ст­ва­ми, ис­поль­зую­щи­ми ЭВМ) и реа­ли­зо­вать вы­со­кую доб­рот­ность аку­стич. ко­ле­ба­тель­ных сис­тем. С по­мо­щью АЭ уст­ройств мож­но пре­об­ра­зо­вы­вать элек­тро­маг­нит­ные сиг­на­лы во вре­ме­ни (за­держ­ка сиг­на­лов, из­ме­не­ние их дли­тель­но­сти), по час­то­те, фа­зе и ам­пли­ту­де (напр., сдвиг фаз, уси­ле­ние, мо­ду­ля­ция), а так­же вы­пол­нять бо­лее слож­ные функ­цио­наль­ные пре­об­ра­зо­ва­ния (ин­тег­ри­ро­ва­ние, ко­ди­ро­ва­ние и де­ко­ди­ро­ва­ние, кор­ре­ля­ция сиг­на­лов и др.). АЭ ме­то­ды ана­ло­го­вой об­ра­бот­ки сиг­на­лов яв­ля­ют­ся бо­лее про­сты­ми (по срав­не­нию, напр., с циф­ро­вы­ми ме­то­да­ми), а ино­гда и един­ст­вен­но воз­мож­ны­ми.

Осн. эле­мен­ты АЭ уст­рой­ст­ва – элек­тро­аку­сти­че­ские пре­об­ра­зо­ва­те­ли и зву­ко­про­вод; кро­ме то­го, при­ме­ня­ют­ся от­ра­жа­те­ли, мно­го­по­лос­ко­вые элек­трод­ные струк­ту­ры, кон­цен­тра­то­ры энер­гии, фо­ку­си­рую­щие уст­рой­ст­ва и дру­гие. В уст­рой­ст­вах А. ис­поль­зу­ют­ся как объ­ём­ные (про­доль­ные и сдви­го­вые), так и по­верх­но­ст­ные аку­сти­че­ские вол­ны ульт­ра­зву­ко­во­го и ги­пер­зву­ко­во­го диа­па­зо­нов. Ма­те­риа­ла­ми для АЭ уст­ройств слу­жат главным образом кри­стал­лы пье­зо­элек­три­ков и слои­стые струк­ту­ры, со­стоя­щие из сло­ёв пье­зо­элек­три­ка и по­лу­про­вод­ни­ка, а так­же ди­элек­три­ки с ма­лым по­гло­ще­ни­ем аку­стических волн.

Акустоэлектронные устройства на объёмных акустических волнах (ОАВ)

Рис. 1. Схемы пьезоэлектрических резонаторов на объёмных акустических волнах: а – ВЧ-резонатора; б – тонкоплёночного СВЧ-резонатора; U – напряжение, подаваемое на электроды.

Пер­вы­ми уст­рой­ст­ва­ми А. бы­ли уст­рой­ст­ва на ОАВ – пье­зо­элек­три­че­ские ре­зо­на­то­ры, пред­на­зна­чен­ные для ста­би­ли­за­ции час­то­ты ге­не­ра­то­ров элек­трич. ко­ле­ба­ний. Ос­но­ву та­ко­го ре­зо­нато­ра со­став­ля­ет пье­зо­элек­трич. виб­ра­тор – спец. об­ра­зом ори­ен­ти­ро­ван­ная кри­стал­лич. (обыч­но квар­це­вая) пла­сти­на с рас­по­ло­жен­ны­ми на ней элек­тро­да­ми, за­кре­п­лён­ная в дер­жа­те­ле и по­ме­щён­ная в за­щит­ный кор­пус (рис. 1, а). Тол­щи­на пла­сти­ны, обыч­но близ­кая к не­чёт­но­му чис­лу по­лу­волн, оп­ре­де­ля­ет ра­бо­чую час­то­ту ре­зо­на­то­ра, а ори­ен­тация со­от­вет­ст­ву­ет кри­стал­лич. сре­зу, в ко­то­ром в за­дан­ном тем­пе­ра­тур­ном ин­тер­ва­ле час­то­та соб­ствен­но ме­ха­нич. (уп­ру­гих) ко­ле­ба­ний сла­бо за­ви­сит от темп-ры. Элек­трич. по­ле, соз­да­вае­мое элек­тро­да­ми, по­зво­ля­ет воз­бу­дить в пла­сти­не не­об­хо­ди­мый тип собств. ко­ле­ба­ний (см. Пье­зо­элек­три­че­ст­во). Квар­це­вые ре­зо­на­то­ры ха­рак­те­ри­зу­ют­ся вы­со­кой доб­рот­но­стью (105–107 на час­то­тах до 10 МГц) и тем­пе­ра­тур­ной ста­биль­ностью (до 10–10 и вы­ше при ус­ло­вии тер­мо­ста­ти­ро­ва­ния). С рос­том час­то­ты ко­ле­ба­ний дли­на аку­стич. вол­ны (а сле­дова­тель­но, и тол­щи­на пье­зо­элек­трич. пла­сти­ны) умень­ша­ет­ся и воз­ни­ка­ют тех­но­ло­гич. про­бле­мы, свя­зан­ные с ме­ха­нич. проч­но­стью уст­ройств с вос­про­из­во­ди­мы­ми па­ра­мет­ра­ми. Ре­ше­ни­ем про­бле­мы бы­ло соз­да­ние СВЧ-ре­зо­на­то­ров на ос­но­ве пье­зо­элек­трич. плё­нок ZnO или AlN тол­щи­ной 0,2–2 мкм. Наи­боль­шей ме­ха­нич. проч­но­стью об­ла­да­ют уст­рой­ст­ва (рис. 1,б), в ко­то­рых ре­зо­на­тор – пье­зо­элек­трич. плён­ка с плё­ноч­ны­ми ме­тал­лич. элек­тро­да­ми – на­но­сит­ся по­верх мно­го­слой­ной струк­ту­ры че­ре­дую­щих­ся сло­ёв с боль­шой раз­ни­цей аку­стич. им­пе­дан­са (напр., вольф­ра­ма и квар­ца), имею­щих тол­щи­ну, рав­ную чет­вер­ти дли­ны вол­ны, на дос­та­точ­но тол­стую и ме­ха­ни­че­ски проч­ную под­лож­ку (крем­ний, стек­ло и др.). Та­кая мно­го­слой­ная струк­ту­ра эф­фек­тив­но от­ра­жа­ет аку­стич. вол­ны и аку­сти­че­ски изо­ли­ру­ет тон­ко­п­лё­ноч­ный ре­зо­на­тор от под­лож­ки. На ос­но­ве ре­зо­на­то­ров это­го ти­па, ра­бо­таю­щих в диа­па­зо­не час­тот от 1 до 10 ГГц и бо­лее, соз­да­ны элек­три­че­ски проч­ные фильт­ры для те­ле­ком­му­ни­кац. СВЧ-уст­ройств.

Рис. 2. Схемы акустических линий задержки на объёмных акустических волнах, работающих «на проход» (а) и «на отражение» (б).

Из дру­гих уст­ройств А. на ОАВ ши­ро­кое при­ме­не­ние по­лу­чи­ли аку­стич. ли­нии за­держ­ки (АЛЗ), осу­ще­ст­в­ляю­щие за­держ­ку элек­тро­маг­нит­ных сиг­на­лов во вре­ме­ни (рис. 2). В этих уст­рой­ст­вах ВЧ элек­тро­маг­нит­ные сиг­на­лы вна­ча­ле пре­об­ра­зу­ют­ся в аку­стич. вол­ны (воз­бу­ж­де­ние аку­стич. волн), ко­то­рые рас­про­стра­ня­ют­ся в зву­ко­про­во­де, а за­тем вновь пре­об­ра­зу­ют­ся в ВЧ-сиг­на­лы (при­ём аку­стич. волн). Вре­мя за­держ­ки в АЛЗ за­ви­сит от дли­ны пу­ти, про­хо­ди­мо­го аку­стич. вол­на­ми в зву­ко­про­во­де, и ско­ро­сти их рас­про­стра­не­ния. Из-за от­но­си­тель­но ма­лой ско­ро­сти рас­про­стра­не­ния аку­стич. волн в зву­копро­во­де раз­ме­ры АЛЗ поч­ти на пять по­ряд­ков мень­ше ли­ней­ных раз­ме­ров элек­тро­маг­нит­ных ли­ний за­держ­ки. Для воз­бу­ж­де­ния и приё­ма ОАВ в АЛЗ при­ме­ня­ют­ся в осн. пье­зо­элек­три­че­ские пре­об­ра­зо­ва­те­ли: пье­зо­элек­трич. пла­сти­ны (на час­то­тах до 100 МГц), а так­же тон­кие пла­стин­ки и плён­ки из пье­зо­по­лу­про­вод­ни­ка (на час­то­тах св. 100 МГц). Для из­го­тов­ле­ния зву­ко­про­во­да слу­жат ма­те­риа­лы с ма­лым по­гло­ще­ни­ем аку­стич. волн (напр., сап­фир, алю­мо­ит­трие­вый гра­нат и твёр­дые рас­тво­ры на его ос­но­ве). Ино­гда для по­лу­че­ния боль­ших вре­менны́х за­дер­жек ис­поль­зу­ют АЛЗ с мно­го­крат­ным от­ра­же­ни­ем аку­стич. волн от тор­цов зву­ко­про­во­да или со зву­ко­про­во­дом, вы­пол­нен­ным в ви­де мно­го­гран­ни­ка (в этом слу­чае аку­стич. вол­ны рас­про­стра­ня­ют­ся ме­ж­ду гра­ня­ми по ло­ма­ной тра­ек­то­рии). Раз­ра­бо­та­ны АЛЗ на ОАВ, ра­бо­таю­щие на час­то­тах до де­сят­ков ги­га­герц с за­держ­ка­ми до де­сят­ков мик­ро­се­кунд и на час­то­тах до де­сят­ков ме­га­герц с за­держ­ка­ми по­ряд­ка де­сят­ков мил­ли­се­кунд. АЛЗ на ОАВ при­ме­ня­ют­ся в ра­дио­ло­кац. и на­ви­гац. ап­па­ра­ту­ре, те­ле­виз. при­ём­ни­ках и др.

Знания о звуковолнах

Полезно будет знать, что звукоизлучения или волны являются разновидностью всех типов волн, находящихся в нашей повседневной жизни. Те магноны, которые мы обнаруживаем в музыке, и принято называть звуковыми.

Волна, как таковая, не имеет ни цвета, ни других привычных физических свойств, а представляет собой, скорее, некое состояние, возможное описать физико-математическим языком.

Про волны также следует знать следующее:

• Они обладают свойствами, способными передавать энергию из одной точки в другую, как и любой перемещающийся предмет.

Примечание. Сила волны акустической хорошо заметна на примере динамика, на который ставится что-то очень чувствительное. Это может быть, к примеру, лист бумаги с насыпанным на него морским или речным песком. Чем громче звук, тем сильнее вибрация и, соответственно, энергия волны. Она может даже создать на бумажном листе загадочные узоры, перемешивая подпрыгивающие песчинки.

Типы акустических волн

• Линейность – это еще один параметр магнона, проявляющийся в способности вибраций одной волны не оказывать влияния на колебания другой. Идеальная линейность или linearity всегда подразумевает параллельность;
• Очень важная закономерность звуковолны отражается в грамотной установке акустики. Так, монтажнику специалисту следует знать о том, что скорость распространения звука определяется не столько частотой, сколько средой окружения.

Примечание. Именно по этой самой причине столь важно проводить шумовиброизоляцию кузова автомобиля, правильно направлять динамики, чтобы звук отражался верно.

• Для лучшего восприятия звуковолны существует такое понятие, как интенсивность или попросту громкость. Как правило, оптимальным для слуха является диапазон в пределах 1000-4000Нz.

Акустоэлектронные устройства на поверхностных акустических волнах (ПАВ)

Рис. 3. Схемы акустоэлектронных устройств на поверхностных акустических волнах: а – линии задержки; б – фильтра (с аподизованным выходным ВШП); в – резонатора.

Ши­ро­кое рас­про­стра­не­ние АЭ уст­ройств на ПАВ (фильт­ров, ре­зо­на­торов, АЛЗ и др.) обу­слов­ле­но ма­лы­ми по­те­ря­ми энер­гии на пре­об­ра­зо­ва­ние при воз­бу­ж­де­нии и ре­ги­ст­ра­ции ПАВ, воз­мож­но­стью управ­ле­ния рас­про­стра­не­ни­ем волн в лю­бых точ­ках зву­ко­про­во­да (на пу­ти рас­про­стра­не­ния волн), а так­же ши­ро­ки­ми воз­мож­но­стя­ми соз­да­ния уст­ройств с управ­ляе­мы­ми час­тот­ны­ми, фа­зо­вы­ми и др. ха­рак­те­ри­сти­ка­ми. Для ге­не­ра­ции и приё­ма ПАВ, как пра­ви­ло, ис­поль­зу­ют пе­рио­дич. струк­ту­ры ме­тал­лич. элек­тро­дов (шты­рей), на­не­сён­ных на по­верх­ность пье­зо­элек­трич. кри­стал­ла (зву­ко­про­во­да), т. н. встреч­но-шты­ре­вые пре­об­ра­зова­те­ли (ВШП). Про­стей­шим уст­рой­ст­вом на ПАВ яв­ля­ет­ся АЛЗ (рис. 3, а).

Из­ме­няя то­по­ло­гию ВШП – по­ло­же­ние, ши­ри­ну и дли­ну отд. элек­тро­дов, а ино­гда ве­ли­чи­ну по­да­вае­мо­го на элек­тро­ды на­пря­же­ния (напр., пу­тём по­дачи сиг­на­ла че­рез спец. об­ра­зом по­доб­ран­ные ём­ко­сти – т. н. ём­ко­ст­ная апо­диза­ция), мож­но управ­лять ам­пли­ту­дой и фа­зой воз­бу­ж­дае­мых и ре­ги­ст­ри­руемых волн, фор­ми­руя тем са­мым требуе­мую час­тот­ную ха­рак­те­ри­сти­ку уст­рой­ст­ва. На ос­но­ве ВШП соз­да­ны филь­тры на ПАВ (раз­но­вид­ность элек­три­че­ских фильт­ров), в ко­то­рых для час­тот­но­го раз­де­ле­ния (фильт­ра­ции) элек­тро­маг­нит­ных ко­ле­ба­ний их пре­об­ра­зу­ют в аку­сти­че­ские и об­рат­но, раз­де­ляя при этом аку­стич. ко­ле­ба­ния разл. час­тот; при­ме­ня­ют­ся в ка­че­ст­ве по­ло­со­вых, за­гра­ж­даю­щих и со­гла­со­ван­ных фильт­ров. Фильт­ры на ПАВ (рис. 3, б) от­ли­ча­ются про­сто­той кон­струк­ции, тех­но­ло­гич­но­стью, вы­со­кой вос­про­из­во­ди­мо­стью па­ра­мет­ров, что обу­слов­ли­ва­ет воз­мож­ность их мас­со­во­го про­из-ва. Ис­поль­зо­ва­ние ПАВ по­зво­ли­ло соз­дать фильт­ры с ра­бо­чи­ми час­то­та­ми до 3 ГГц с чрез­вы­чай­но слож­ными час­тот­ны­ми ха­рак­те­ри­сти­ка­ми. Ве­ли­чи­на вно­си­мых по­терь в пре­де­лах по­ло­сы про­пус­ка­ния для фильт­ров на ПАВ ле­жит в пре­де­лах от до­лей до неск. де­ци­бел, фа­зо­вые ошиб­ки – от до­лей до неск. гра­ду­сов. По­дав­ле­ние сиг­на­ла вне по­ло­сы про­пус­ка­ния и па­ра­зит­но­го сиг­на­ла дос­ти­га­ет 70 дБ.

Ре­зо­на­тор на ПАВ (рис. 3, в) обыч­но пред­став­ля­ет со­бой уз­ко­по­лос­ный ВШП, рас­поло­жен­ный на по­верх­но­сти зву­ко­про­во­да ме­ж­ду от­ра­жа­те­ля­ми – пе­рио­дич. ре­шёт­ка­ми, вы­пол­нен­ны­ми в ви­де ме­тал­лич. или ди­элек­трич. по­ло­сок (ино­гда ка­на­вок, вы­трав­лен­ных на по­верх­но­сти зву­ко­про­во­да); дей­ст­вие ос­но­ва­но на мно­го­крат­ном от­ра­же­нии ПАВ, воз­бу­ж­дён­ной ВШП, и об­ра­зо­ва­нии ме­ж­ду от­ра­жа­те­ля­ми стоя­чей вол­ны. Ре­зо­на­то­ры на ПАВ ши­ро­ко ис­поль­зу­ют­ся в ка­че­ст­ве час­то­то­за­даю­щих эле­мен­тов в ВЧ- и СВЧ-ге­не­ра­то­рах. АЭ фильт­ры и ре­зо­на­то­ры при­меня­ют в ап­па­ра­ту­ре ра­дио­ве­ща­ния и те­ле­ви­де­ния, со­то­вых те­ле­фо­нах, в уст­рой­ст­вах кос­мической свя­зи и ра­дио­ло­ка­ции, в аку­стических дат­чи­ках, сен­со­рах и др.

Ис­поль­зо­ва­ние осо­бен­но­стей воз­бу­ж­де­ния и приё­ма ПАВ по­зво­ли­ло соз­дать ряд уст­ройств бо­лее слож­ной об­ра­бот­ки сиг­на­лов. Так, напр., спе­ци­аль­но скон­ст­руи­ро­ван­ная аку­стич. дис­пер­си­он­ная ли­ния за­держ­ки пре­вра­ща­ет уз­кий им­пульс на­пря­же­ния, по­да­вае­мый на вход­ной ВШП, в ли­ней­но-частот­но-мо­ду­ли­ро­ван­ный (ЛЧМ) сиг­нал, что дос­ти­га­ет­ся ли­ней­ным из­ме­не­ни­ем ша­га вы­ход­но­го ВШП. В мно­го­от­вод­ных ли­ни­ях за­держ­ки сиг­нал, ге­не­ри­руе­мый вход­ным пре­об­ра­зо­ва­телем, пре­вра­ща­ет­ся в по­сле­до­ва­тель­ность ра­дио­им­пуль­сов, чис­ло и вре­мен­ной сдвиг ме­ж­ду ко­то­ры­ми, а так­же их фа­за за­дают­ся со­от­вет­ст­вен­но чис­лом, по­ло­жени­ем на по­верх­но­сти зву­ко­про­во­да и по­ляр­но­стью вклю­че­ния вы­ход­ных при­ём­ных элек­тро­дов (шты­рей), т. е. осу­ще­ст­в­ля­ет­ся ко­ди­ро­ва­ние сиг­на­ла. Ана­ло­гич­ные ли­нии за­держ­ки, но с об­рат­ным по­ряд­ком рас­по­ло­же­ния шты­рей ис­поль­зу­ют­ся для приё­ма ЛЧМ или ко­ди­ро­ван­ных сиг­на­лов.

Рис. 4. Схема акустоэлектронного конвольвера: f1(t) и f2(t) – сравниваемые электрические сигналы; f3(t) – результирующий сигнал свёртки.

Из не­ли­ней­ных уст­ройств А. наи­боль­ший прак­тич. ин­те­рес пред­став­ля­ют АЭ кор­ре­ляц. уст­рой­ст­ва – кон­воль­ве­ры, пред­на­зна­чен­ные для по­лу­че­ния т. н. функ­ции свёрт­ки сиг­на­лов (од­но­вре­мен­но­го пе­ре­мно­же­ния и ин­тег­ри­ро­ва­ния двух слож­ных сиг­на­лов); при­ме­ня­ют­ся в сис­те­мах об­ра­бот­ки ин­фор­ма­ции (рис. 4). Для вы­пол­не­ния опе­ра­ции свёрт­ки ис­поль­зу­ет­ся не­ли­ней­ное взаи­мо­дей­ст­вие аку­стич. волн оди­на­ко­вой час­то­ты, рас­про­стра­няю­щих­ся по под­лож­ке на­встре­чу друг дру­гу. Ре­зуль­татом та­ко­го взаи­мо­дей­ст­вия яв­ля­ет­ся воз­ник­но­ве­ние по­пе­реч­но­го (пер­пен­ди­ку­ляр­но­го плос­ко­сти под­лож­ки) пе­ре­мен­но­го элек­трич. по­ля на уд­во­ен­ной час­то­те. По­ле соз­да­ёт элек­трич. за­ряд в длин­ных элек­тро­дах, рас­по­ло­жен­ных вдоль всей об­лас­ти взаи­мо­дей­ст­вия волн, фак­ти­че­ски сум­ми­руя (ин­тег­ри­руя) вкла­ды от отд. то­чек, где име­ет место взаи­мо­дей­ст­вие (пе­ре­мно­же­ние сиг­на­лов). Ам­пли­ту­да ре­зуль­ти­рую­ще­го сиг­на­ла ока­зы­ва­ет­ся про­пор­цио­наль­ной ин­те­гра­лу свёрт­ки вход­но­го сиг­на­ла, по­да­вае­мо­го на один пре­об­ра­зо­ва­тель с опор­ным сиг­на­лом, воз­бу­ж­дае­мым др. пре­об­ра­зо­ва­те­лем.

Для соз­да­ния уст­ройств на ПАВ обыч­но ис­поль­зу­ют под­лож­ки – зву­ко­про­воды, вы­пол­нен­ные из мо­но­кри­стал­лов нио­ба­та или тан­та­ла­та ли­тия, гер­ма­на­та вис­му­та, спец. сре­зов квар­ца, а так­же тон­кие пье­зо­элек­трич. плён­ки ZnO и AlN на не­пье­зо­элек­трич. под­лож­ке (напр., сап­фи­ре). В АЭ уст­рой­ст­вах при­ме­ня­ют­ся ПАВ Рэ­лея, вол­ны Гу­ляе­ва – Блю­штей­на, сдви­го­вые ПАВ на пе­рио­ди­че­ски воз­му­щён­ной по­верх­но­сти и при­по­верх­но­ст­ные вол­ны.

Стоячие волны и способы борьбы с ними

Итак, в этом посте пойдет речь о стоячих волнах. Стоячие волны — это колебания, возникающие в результате наложения на прямую волну другой отраженной идущей в обратном направлении. Чтобы чуть проще было понять, я скажу, что при столкновении прямой волны и волны отраженной от стены они усиливают друг друга. Если такое столкновение происходит все время в одном и том же месте, то исчезает горизонтальное перемещение волн. Вследствие чего появляются резонансы, возникающие на определенных частотах.

Это выявляет явное усиление каких-либо частот или небольших групп частот. В стандартных комнатных — это очень часто происходит в районе 100 — 200 Гц. В итоге все это дело выражается в виде неприятного гула в районе низких частот. Причем часто можно заметить, что воспринимаемый уровень громкости этих резонансов меняется в зависимости от нашего местонахождения в комнате. Также сама частота резонанса зависит от таких факторов, как объем помещения и расположение громкоговорителей.

Чтобы не загружать вас научно-теоретическими байками, я просто для большей наглядности продемонстрирую вам стоячую волну на простейшей схеме. На рисунке ниже простейшая иллюстрация, которая демонстрирует действие стоячей волны.

Здесь изображен громкоговоритель (1) и из него исходит волна (2). Предположим, что эта волна является определенной частотой (не важна какая), которая ударяется о стену (3). Соответственно волна отражается от нее в том же самом направлении (4) в каком столкнулась с ней. За счет этого волны (2) (4) усиливаются и частота (5), как говорят музыканты, начинает торчать. То есть она явно выделяется в сравнении со всеми остальными частотами спектра. Таким образом, нарушается амплитудно-частотная характеристика, которую мы воспринимаем и слышим.

Увы, но стоячие волны — это довольно серьезная проблема, с которой непременно следует бороться. Главным образом, стоячие волны, искажая частотную характеристику, мешают адекватному мониторингу и таким образом не позволяют получить на выходе хороший, сбалансированный и качественный продукт. Я не буду больше вдаваться в теоретические подробности и вплотную рассматривать такую не простую проблему стоячих волн, поэтому просто дам вам один единственный, но очень важный совет о том, как избежать их на данном этапе акустической подготовки домашней студии.

Избегайте любых возможных параллельных поверхностей в студии! Конечно, полностью избежать их вряд ли удастся, но сократить количество до минимума вполне возможно. На этом этапе акустического оформления домашней студии звукозаписи постарайтесь избежать параллельных поверхностей. Например, с помощью соответствующей расстановки мебели. Главное, не бойтесь экспериментировать!

[ratings]

Сказать спасибо кнопками ниже: