Рудольф Сворень - Ваш радиоприемник

* * *

Знакомясь с микрофоном и громкоговорителем, мы с вами как-то незаметно ввели еще одно действующее лицо — переменный ток. Рассматривая карманный фонарик, мы говорили, что в его цепи течет постоянный ток. При этом имелось в виду, что этот ток всегда течет в одну и ту же сторону и величина тока также остается неизменной. В карманном фонаре иначе и быть не могло — источником тока там является батарейка, которая всегда дает постоянную э. д. с.

Другое дело в микрофоне. Согласно законам электромагнитной индукции, величина э. д. с., которая наводится на проводнике, прежде всего зависит от скорости движения этого проводника в магнитном поле — чем быстрее движется проводник, тем больше наведенная э. д. с. Различной может быть и полярность электродвижущей силы — плюс и минус на концах проводника будут меняться местами, если двигать этот проводник то в одну сторону, то в другую. Теперь представьте себе, что получается, когда звуковая катушка микрофона под действием звуковых волн, падающих на диффузор, непрерывно колеблется. Электродвижущая сила, которая при этом возникает на концах звуковой катушки, непрерывно меняется — меняется и ее величина и полярность. Одним словом, на концах катушки действует переменная э. д. с. (рис. 14), которая и создает в цепи переменный ток (помните закон Ома? Ток в цепи зависит от э. д. с.).

Рис. 14

Так же как и любая переменная величина, в частности звук, переменный ток и переменное напряжение (э. д. с.) имеют следующие главные характеристики: наибольшее значение — амплитуду, период — время полного цикла колебаний, частоту — число периодов за секунду и, наконец, форму кривой, которую можно четко охарактеризовать суммой гармонических составляющих. Описать какой-либо переменный ток проще всего с помощью графика. Здесь кверху от оси времени откладывается какое-нибудь одно, причем совершенно безразлично какое, направление тока или напряжения, а книзу от оси — противоположное направление. Фактически получаются два графика с обшей осью времени — один график нормальный, другой перевернутый вверх ногами. Совершенно очевидно, что в нашем случае график переменного тока в цепи должен быть точной копией графика звуковых колебаний, которые мы хотим передать. Точно так же график звука, созданного громкоговорителем, должен точно соответствовать графику тока, который прошел по линии и попал в звуковую катушку громкоговорителя. Одним словом, оба преобразования, или, как мы их назвали, оба перевода: звук — ток (переводчик микрофон) и ток — звук (переводчик громкоговоритель) должны происходить без искажений. В этом случае в месте приема мы получим копию звука, который воздействовал на микрофон на передающей стороне нашей линии.

Раз уж зашел разговор об искажениях, стоит сказать о них более подробно. В звуковоспроизводящей аппаратуре встречается в основном два вида искажений — нелинейные и частотные. Вскрыть их причины мы пока не имеем возможности — об этом пойдет речь несколько позже. Сейчас можно говорить лишь о том, как проявляют себя различные искажения, каковы их результаты.

И в том и в другом случае искажается форма сигнала, например, график звука уже оказывается не похожим на график тока, который подводится к громкоговорителю. При этом в результате нелинейных искажений появляются новые гармонические составляющие, которые мы воспринимаем в виде посторонних хрипов и шумов. Частотные искажения не приводят к появлению новых составляющих, они лишь изменяют соотношение амплитуд существующих гармоник. В результате этого звук меняет свой тембр, меняет окраску.

Частотные искажения особенно заметны, когда происходит ослабление или усиление гармоник на краях звукового диапазона — в области высших и низших звуковых частот. Для различных элементов звуковоспроизводящего тракта, в том числе для микрофона и громкоговорителя, принято рисовать частотную характеристику, которая показывает, в какой степени этот элемент создает или, наоборот, компенсирует частотные искажения. Частотная характеристика — это график, у которого по горизонтальной оси всегда откладывается частота. Величина, которая откладывается по вертикальной оси, зависит от того, для какого устройства или прибора составляется характеристика. Так, для громкоговорителя по вертикальной оси можно откладывать силу звука при условии, что к звуковой катушке всегда подводится одинаковая электрическая мощность. Не забудьте, что когда мы в данном случае говорим о частоте переменного тока, то имеем в виду чисто синусоидальный переменный ток. Если бы мы захотели определить частотную характеристику для токов какой-нибудь другой формы, то очень быстро запутались бы, так как должны были бы учитывать и зависимость силы звука от изменения частоты и от искажения формы сигнала. Что же касается синусоидального тока, то никакие частотные искажения не меняют его формы. В этом одна из наиболее существенных особенностей синусоиды.

Для идеального громкоговорителя частотная характеристика — прямая горизонтальная линия, показывающая, что этот громкоговоритель одинаково хорошо воспроизводит все частоты. В действительности такого, конечно, не бывает. Как правило, частотная характеристика громкоговорителя «завалена», то есть загнута книзу в области высших и низших частот. Практически это значит, что громкоговоритель непропорционально слабо воспроизводит высшие и низшие частоты, причем для разных громкоговорителей отклонение от идеала (все частоты воспроизводятся одинаково) может быть самым различным. Этим, кстати говоря, в основном и определяется качество громкоговорителя, а значит и качество самого приемника. Ведь конечная цель в любом радиоприемнике — создание неискаженного, то есть похожего на настоящий, звука.

Конечно, решение этой задачи зависит не только от громкоговорителя, но oil является конечным звеном, своего рода сборочным цехом фабрики «синтетического звука», и поэтому от громкоговорителя зависит очень многое. Во всяком случае он может испортить все «старания» других узлов приемника. Если частотная характеристика завалена в области высших частот, то звук становится глухим, бубнящим, при воспроизведении музыки плохо слышны такие инструменты, как скрипки, флейты, одним словом, нет чистоты, прозрачности звука. Завал в области низших частот, наоборот, приводит к тому, что плохо слышны и даже совсем пропадают басы, звук становится сухим, с металлическими оттенками, такие инструменты, как барабан и контрабас слышны очень слабо. Как правило, громкоговорители с большим диаметром диффузора хорошо воспроизводят низшие звуковые частоты, а маленькие громкоговорители — высшие частоты. В современных приемниках иногда устанавливают несколько разных громкоговорителей и таким путем стремятся приблизиться к идеальной частотной характеристике.

Подводя итог всему, что было рассказано в этой главе, мы еще раз отметим, что в основе всех линий электрической связи, в том числе и радиосвязи, лежит преобразование звука в электрический сигнал, передача этого сигнала на большое расстояние и, наконец, обратное преобразование электрического сигнала в звук. Вы узнали, конечно в самых общих чертах, как это все происходит в линиях проводной связи. Сейчас мы должны выяснить, как подобные преобразования выглядят в линиях радиосвязи, где передача сигналов осуществляется без проводов.

«Гребенка и компас»

Эти слова взяты в кавычки потому, что весь заголовок позаимствован из другой книги. Книга называется «Что такое радиолокация», а написал ее военный радиоинженер С. А. Бажанов, умевший просто и понятно рассказывать о сложных вещах и прекрасно владевший секретом подбора образов и сравнений. «Гребенка и компас» — это относится к главе, в которой рассказано об электромагнитных полях и волнах. Надо признаться, что сколько ни думай, а лучшего начала для рассказа об этом явлении, по-видимому, не придумаешь. Гребенка и компас — те наглядные пособия, которые позволяют без грубых упрощений подойти к одной из самых сложных тем в радиотехнике — к передаче сообщений с помощью радиоволн.

Вы натерли гребенку шерстяной тряпкой или просто причесали волосы, и она приобрела особое свойство — электрический заряд. В этом легко убедиться, если поднести к наэлектризованной гребенке мелкие клочки бумаги или лоскутки шелка. Однако в результате электризации произошли изменения не только в самой гребенке. Ведь она тянет к себе клочки бумаги с довольно большого расстояния, и значит в этом взаимодействии каким-то образом участвует пространство, среда. Можно сказать, что вблизи наэлектризованного предмета и само пространство как-то изменяется, оно приобретает какие-то особые электрические свойства. Область пространства, где обнаруживаются эти свойства, а проще, где обнаруживается действие электрических сил, называют электрическим полем. Но это только одно из нескольких определений поля и, нужно признаться, весьма формальное.