Перш ніж перейти до ознайомлення з пристроєм радіоприймачів, підсилювачів та інших приладів, що застосовуються при радіомовлення і радіозв'язку, необхідно усвідомити, що таке звук, як він виникає і поширюється, як влаштовані і працюють мікрофони, познайомитися з пристроєм і роботою гучномовців.

Звукові коливання і хвилі. Якщо вдарити по струні будь-якого музичного інструменту (наприклад, гітари, балалайки), то вона почне коливатися, тобто робити рухи то в одну, то в інший бік від свого початкового положення (положення спокою). Такі механічні коливання, що викликають відчуття звуку, називаються звуковими.

Найбільша відстань, на яке струна відхиляється в процесі коливань від свого становища спокою, носить назву амплітуди коливань.

Передача звуку від струни, що коливається до нашого вуха відбувається наступним чином. У той час, коли середня частина струни переміщується у бік, де ми знаходимося, вона «тисне» «перебувають біля неї з цього боку частки повітря і цим створює «згущення» цих частинок, тобто близько струни виникає область підвищеного повітряного тиску. Це збільшене в деякому обсязі повітря тиск передається сусіднім його верствам; в результаті область «згущеного» повітря поширюється в навколишньому просторі. У наступний момент часу, коли середня частина струни переміщається у зворотний бік, біля неї виникає деяке «розрідження» повітря (область зниженого тиску), яке поширюється за областю «згущеного» повітря.

За «розрідженням» повітря слід знову «згущення» (так як середня частина струни знову буде рухатися в нашу сторону) і т. д. Таким чином, при кожному коливанні (русі вперед і назад) струни в повітрі виникнуть область підвищеного тиску і область зниженого тиску, які віддаляються від струни.

Подібним же чином звукові хвилі створюються при роботі гучномовця.

Звукові хвилі несуть в собі енергію, отриману від струни, що коливається або дифузора (паперового конуса) гучномовця, і поширюються в повітрі зі швидкістю близько 340 м / сек. Коли звукові хвилі досягають вуха, вони приводять до коливання його барабанну перетинку. У той момент, коли вуха досягає область «згущення» звукової хвилі, барабанна перетинка кілька прогинається всередину. Коли ж до неї доходить область «розрідження» звукової хвилі, барабанна перетинка вигинається кілька назовні. Так як згущення і розрідження в звукових хвилях слідують весь час один за одним, то і барабанна перетинка то прогинається всередину, то вигинається назовні, тобто робить коливання. Ці коливання передаються через складну систему середньої і внутрішнього вуха по слуховому нерву в мозок, і в результаті ми відчуваємо звук.

Чим більше амплітуда коливань струни і ближче до неї знаходиться вухо, тим більш гучним сприймається звук.

Динамічний діапазон. При дуже великих тисках на барабанну перетинку, тобто при дуже гучних звуках (наприклад, при гарматному пострілі), відчувається біль у вухах. На середніх звукових частотах (див. нижче) болюче відчуття виникає, коли звуковий тиск досягає величини приблизно 1 г / см 2, або 1 000 бар *. Збільшення відчуття гучності при подальшому посиленні звукового тиску вже не відчувається.

* Бар – одиниця, яка застосовується для вимірювання величини звукового тиску.

Дуже слабке звуковий тиск на барабанну перетинку не викликає відчуття звуку. Найменша звуковий тиск, 'при якому наше вухо починає чути, називається порогом чутливості вуха. На середніх частотах (див. нижче) поріг чутливості вуха становить приблизно 0,0002 бару.

Таким чином, область нормального відчуття звуку лежить між двома кордонами: нижньої – порогом чутливості і верхньої, при якій виникає больове відчуття у вухах. Ця область має назву динамічного діапазону слуху.

Відзначимо, що збільшення звукового тиску не дає пропорційного збільшення гучності звуку. Відчуття гучності зростає набагато повільніше, ніж звуковий тиск.

Децибели. У межах динамічного діапазону вухо може відчути збільшення «або зменшення гучності простого однотонного звуку (при слуханні його в повній тиші), якщо звуковий тиск на середніх частотах відповідно збільшується або зменшується приблизно на 12%, тобто в 1,12 рази. Виходячи з цього, весь динамічний діапазон слуху розбитий на 120 рівнів гучності, подібно до того, як шкала термометра між точками танення льоду і кипіння води розділена на 100 градусів. Рівні гучності по цій шкалі вимірюються в особливих одиницях-децибелах (скорочено пишуть дБ).

У будь-якій частині цієї шкали зміна рівня гучності на 1 дб відповідає зміні звукового тиску в 1,12 рази. Нуль децибел («нульовий» рівень гучності) відповідає порогу чутливості вуха, тобто звуковому тиску 0,0002 бару. При рівні понад 120 дБ виникає больове відчуття у вухах.

Для прикладу зазначимо, що при тихому розмові на відстані 1 м від мовця виходить рівень гучності близько 40-50 дБ, що відповідає ефективному звуковому тиску 0,02-0,06 бару; найбільший рівень гучності звучання симфонічного оркестру становить 90 – 95 дБ (звуковий тиск 7-12 бар).

При користуванні радіоприймачами радіослухачі, застосовуючи до розмірів своїх кімнат, звучання гучномовця регулюють так, що при найгучніших звуках на відстані 1 м від гучномовця виходить рівень гучності 75-85 дБ (відповідно звукові тиску приблизно 1-3,5 бар). В умовах сільських місцевостей цілком достатньо мати максимальний рівень гучності звучання радіопередачі не більше 80 дБ (звуковий тиск 2 бари).
Шкалою децибел в радіотехніці широко користуються також для порівняння рівнів гучності. Щоб дізнатися, у скільки разів одне звуковий тиск більше іншого, коли відома різниця між відповідними їм рівнями гучності в децибелах, потрібно число 1,12 помножити саме на себе стільки разів, скільки ми маємо децибел. Так, зміна рівня гучності на 2 (56 відповідає зміні звукового тиску в 1,12 • 1,12, тобто приблизно в 1,25 рази; зміна рівня на 3 дБ має місце при зміні звукового тиску в 1,12 – 1,12 • 1,12, тобто приблизно в 1,4 рази . Подібним же чином можна визначити, що 6 дб відповідають зміни звукового тиску приблизно в 2 рази, 10 дб-приблизно <в 3 рази, 20 дб – в 10 разів, 40 дб – в 100 разів і т. д.

Період і частота коливань. Звукові коливання характеризуються не тільки амплітудою, але також періодом і частотою. Періодом коливання називається час, протягом якого струна (чи будь-яке інше тіло, створює звук, наприклад дифузор гучномовця) переміщається з одного крайнього положення в інше і назад, тобто здійснює одне повне коливання.

Частотою звукових коливань називається число коливань звучного тіла, що здійснюються протягом 1 сек. Вона вимірюється в герцах (скорочено пишуть гц).

Якщо наприклад, за 1 сек. (Відбувається 440 періодів коливань струни (ця частота відповідає музичної ноті ля), то говорять, що вона коливається з частотою 440 гц. Частота і період коливань є величинами, зворотними один одному, наприклад при частоті коливань 440 Гц період коливань дорівнює 1 / 440 сек.; якщо період коливання дорівнює 1 / 1 000 сек., то частота цих коливань 1000 гц.

Смуга звукових частот. Від частоти коливань залежить висота звуку або тону. Чим більше частота коливань, тим вище звук (тон), а чим менше частота коливань, тим він нижчий. Найнижчий звук, який може почути людина, має частоту близько 20 гц, а найвищий-близько 16 000-20 000 Гц. У цих межах або, як кажуть, у цій смузі частот знаходяться створювані людськими голосами та музичними інструментами звукові коливання.

Зауважимо, що мова і музика, а також різного роду шуми представляють собою звукові коливання з дуже складніше комбінацією різних частот (тонів різної висоти), безперервно змінюється в процесі розмови або музичного виконання.

Гармоніки. Звук, який сприймається вухом як тон однієї певної висоти (наприклад, звук струни музичного інструменту, свисток паровоза), насправді складається з багатьох різних тонів, частоти яких ставляться один до одного як цілі числа (один-до двох, один до трьох і т. д.). Так, наприклад, тон з частотою 440 гц (нота ля) одночасно супроводжується додатковими тонами з частотами 440 • 2 = 880 гц, 440 -3 = 1320 Гц і т. д. Ці додаткові частоти називаються гармоніками (або обертонами). Число показує, у скільки-раз частота даної гармоніки більше основної частоти називається номером гармоніки. Наприклад, для основної частоти 440 Гц частота 880 Гц буде другий гармонікою, частота 1320 Гц – третій, і т. д. Гармоніки завжди звучать слабкіше основного тону.

Наявністю гармонік і співвідношенням амплітуд різних гармонік обумовлюється тембр звуку, тобто його «забарвлення», що відрізняє даний звук від іншого звуку з тією ж основною частотою. Так, якщо найбільш сильною буде третя гармоніка, звук набуває один тембр. Якщо ж найбільш сильною буде яка-небудь інша гармоніка, звук буде мати інший тембр. Зміна сили звучання різних гармонік призводить до зміни чи спотворення тембру звуку.

В. Н. Догадіна і Р. М. МАЛІНІН
КНИГА СІЛЬСЬКОГО РАДИОЛЮБИТЕЛЕЙ