Разработка акустического оформления и способы кодирования

РЕСПУБЛИКА КАЗАХСТАН АЛМАТИНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ЭНЕРГЕТИКИ И СВЯЗИ Кафедра радиотехники

КУРСОВАЯ РАБОТА

По дисциплине РВ ЭА ЗС и ЗИ

Специальность РЭиТ Выполнил студент Бозжанов Т.А.

Группа МРС-07−4

Руководитель: Ескельдинова А.К.

Алматы 2011

Содержание

• Задание
• Введение
• 1. Разработка акустического оформления
• 2. Способы кодирования
• Заключение
• Список литературы
• Задание
• акустическая головка кодирование звук

1. Разработать и рассчитать акустическое оформление головки динамической;

2. Закодировать индивидуальную кодовую комбинацию (ФИО) четырьмя способами: БВНМ, ЧМ, ФМ, МФМ и выбрать оптимальный из четырех способов кодирования звука.

Исходные данные:

Введение

Открытым акустическим оформлением головки называется оформление, при котором задняя сторона звукоизлучающей поверхности диффузора не изолирована акустически от передней.

Преимущество закрытой акустической системы в том, что задняя поверхность диффузора головки не излучает, т. е. полностью отсутствует «акустическое короткое замыкание».

В подавляющем большинстве моделей в качестве электроакустических преобразователей используются электродинамические головки. В них диффузор приводится в движение за счет взаимодействия тока, протекающего по звуковой катушке, с полем магнитной системы.

Звуковая волна, которую мы в результате и слышим, возникает благодаря колебанию конуса диффузора. Для правильного воспроизведения требуется, чтобы для всех слышимых частот звуковое давление было одинаково. Однако если взглянуть на частотную характеристику громкоговорителя, свободно подвешенного в пространстве, то обнаружится, что при понижении частоты сигнала, начиная с некоторого ее значения, уровень давления будет плавно падать. Принципиальная проблема всех громкоговорителей заключается в том, что они излучают звук как вперед, так и назад с одинаковой интенсивностью. Звук распространяется в воздухе с постоянной скоростью, и поскольку сами излучатели относительно малы по сравнению с длиной волны на низких частотах, излучение спереди и сзади от диффузора взаимно компенсирует друг друга. Этот эффект называется акустическим коротким замыканием. Чтобы исключить акустическое замыкание, динамической головке создают акустическое оформление, то есть помещают в корпус.

1. Разработка акустического оформления

Открытым акустическим оформлением головки называется оформление, при котором задняя сторона звукоизлучающей поверхности диффузора не изолирована акустически от передней. В качестве открытого оформления применяется либо плоский экран, либо ящик, обычно имеющий форму параллелепипеда с перфорированной задней стенкой. Достоинство открытых акустических систем — простота и, кроме того, в них не имеет места повышение резонансной частоты по сравнению с резонансной частотой применяемой головки, а принципиально возможно и понижение этой частоты, что выгодно отличает открытую акустическую систему. Недостаток открытой системы — сравнительно большие размеры этого оформления, когда требуется воспроизведение низших частот звукового диапазона. Самый простой вид открытого оформления — плоский экран. Площадь экрана, исходя из обеспечения наиболее равномерной характеристики, может быть определена как

S=0,15· c²/(f₀²·Q²). (1)

Подставим значение резонансной частоты и добротности согласно заданному варианту.

S=0,15· 340²/(30²·0,8²)=30,1 м²

Вычисленная площадь экрана предполагает слишком большие размеры. Это является существенным недостатком, поэтому произведем расчет закрытого акустического оформления. Преимущество закрытой акустической системы в том, что задняя поверхность диффузора головки не излучает, таким образом полностью отсутствует «акустическое короткое замыкание». 1]

Для расчета акустической головки 35ГДН-1−4 подберем объем ящика V, при котором спад характеристики не превышает 6 дБ на граничной частоте f_гр=40Гц.

Рисунок 1.1 — Кривые зависимостей V/V_э от щ_гр/щ₀

По рисунку 1.1 из точки щ_гр/щ₀=40/30=1,33 на горизонталной оси восстанавливаем ординату до пересечения с кривой «18дБ» и из этой точки проводим прямую, параллельную оси абсцисс до пересечения с осью V/V_э.

Получаем V/V_э =0,26.

Отсюда:

V=0,26· V_э (2)

V=0,26· 50=13 л Этому значению V/V_э соответствует по правой оси значение =1,125.

Найдем параметр А:

А=2,65· 10^-3· (3)

где f₀ — резонансная частота подвижной системы головки, Гц;

V — эквивалентный объем акустической головки, м³;

Q₀ — добротность подвижной системы А=2,65· 10^-3·=0,109

Найдем стандартное звуковое давление, создаваемое акустической системой:

Р_ст=А· (4)

Р_ст=0,109· =0,122 Па Недостаток закрытых акустических систем в том, что диффузоры их головок нагружены дополнительной упругостью приводит к повышению резонансной частоты подвижной системы головки в закрытом оформлении щ₀₁ и, как следствие, к сужению снизу воспроизводимого диапазона частот. Резонансная частота головки в закрытом оформлении

f₀₁=f₀ (5)

f₀₁=30· =33,68 Гц

2. Способы кодирования

Представим индивидуальную кодовую комбинацию, состоящую из фамилии, имени и отчества, где согласные — «1»; гласные — «0» четырьмя цифровыми способами кодирования.

2.1 Способ записи без возвращения к нулю

Каждой «единице» информации, поступающей на запись, соответствует перепад тока в магнитной головке (рисунок 2.1). Верхний уровень тока I_В намагничивает носитель до насыщения в одном направлении, нижний уровень I_Н — в противоположном направлении.

Рисунок 2.1 — Способ записи БВНМ

2.2 Фазовая и частотная модуляции

Сигналы записи и воспроизведения, соответствующие способам ФМ и ЧМ, приведены на рисунках 2.2 и 2.3.

При записи фазовой модуляцией «нулям» информации в центре цифровой позиции соответствует перепад тока в направлении от уровня I_В до уровня I_Н (рисунок 2.2), а «единицам» информации — перепад тока противоположного направления (изменение фазы на 180°). Для того, чтобы обеспечить такое кодирование, на границах цифровой позиции вводится служебный перепад. Этот перепад не формируется при переходе от «единицы» к «нулю» и наоборот.

При записи частотной модуляцией ток записи всегда переключается на границе цифровой позиции (рисунок 2.3). Кроме того, «единицам» информации соответствует перепад тока в центре цифровой позиции, т. е. при записи «единиц» частота переключения тока увеличивается вдвое. Направление перепада тока в этом способе не имеет значения.

Частотная и фазовая модуляции обеспечивают формирование двухчастотного сигнала записи. Период переключения тока может принимать только два значения: Т и 0,5 Т, где Т — период синхросерии.

Спектр сигнала записи содержит постоянную составляющую и имеет максимум на частоте f = 1/ Т, в окрестности которой сосредоточена основная мощность сигнала. Аналоговые сигналы воспроизведения показаны на рисунках 2.2 и 2.3, для ФМ к ЧМ соответственно.

В отличие от сигналов ВН и БВНМ здесь в пределах массива образуются непрерывные сигналы воспроизведения. Непрерывный сигнал имеет два существенных достоинства.

Во-первых, он позволяет работать при больших амплитудных колебаниях, во-вторых, такой сигнал обладает самосинхронизацией.

Формирование сигнала целесообразно выполнять по пикам сигнала, снимаемого с магнитной головки. Детектирование по пикам производятся путем дифференцирования сигнала с последующим симметричным ограничением в компараторе с нулевым порогом переключения.

Дифференцирование обеспечивает получение перехода через нуль в соответствии с пиком импульса. При ограничении в компараторе используется только та часть сигнала, которая расположена в непосредственной близости к нулевой оси (на расстоянии единиц милливольт).

При записи информации по способам ФМ и ЧМ один двоичный знак переносится целым периодом сигнала. Следовательно, информационная емкость сигнала воспроизведения здесь вдвое меньше по сравнению с БВНМ. 2]

Рисунок 2.2 — Сигналы в канале МЗВ по способу ФМ Рисунок 2.3 — Сигналы в канале МЗВ по способу ЧМ

2.3 Модифицированная фазовая модуляция

Популярность этого способа объясняется тем, что он, с одной стороны, имеет информационную емкость способа БВНМ (половина периода на один двоичный знак), а с другой обладает самосинхронизацией.

Временные диаграммы записи и воспроизведения по способу МФМ приведены на рисунке 2.4.

Сигнал записи формируется по следующему правилу. «Единице» информации всегда соответствует перепад тока записи в начале цифровой позиции, занимаемой этой «единицей». «Нулю» информации соответствует перепад тока в центре цифровой позиции, занимаемой этим «нулем». «Нуль» не вызывает переключения тока в том случае, если следующий знак записываемой информации — «единица».

Таким образом, если на запись непрерывно поступают «единицы» или «нули», то перепады тока следуют на расстоянии 1T. Переходу от «единиц» к «нулям» и наоборот всегда соответствует интервал между перепадами в 1,5 Т.

И, наконец, при кодовой последовательности 101 возникает интервал в 2 Т. Этим трем случаям соответствуют мгновенные спектры с максимумами на частотах f₀/2; f₀/3 и f₀/4, где f₀/2- частота, соответствующая непрерывной последовательности одинаковых двоичных знаков. По этой причине способ МФМ называют трехчастотным.

Сигнал воспроизведения изображен на рисунке 2.4. Этот сигнал, аналогично сигналам ФМ и ЧМ, является непрерывным и обладает самосинхронизацией. К нему полностью применим метод пикового детектирования. Сказанное справедливо, если запись ведется с перекрытием. При отсутствии перекрытия сигнал МФМ аналогичен сигналу БВНМ. 1]

Обработка МФМ сигнала в устройстве воспроизведения состоит из типовой последовательности операций: дифференцирование, симметричное ограничение, формирование импульсов по фронтам ограниченного сигнала. Максимально допустимое смещение импульсов информации относительно сигнала синхронизации, вследствие фазовых искажений и других причин (окно детектирования), теоретически равно ±0,25 Т.

Способ записи МФМ обладает основными достоинствами способов ФМ и ЧМ: непрерывностью сигналов воспроизведения и самосинхронизацией. Допуск на фазовые искажения сигналов у этих трех способов одинаков. В то же время частота сигнала записи МФМ снижена вдвое по сравнению с ФМ и ЧМ. Соответственно ширина спектра сигнала воспроизведения при одинаковой тактовой частоте информации также уменьшена вдвое. Период сигнала воспроизведения переносит два бита информации. Следовательно, при одинаковой полосе пропускания канала способ МФМ позволяет получить вдвое большую плотность записи по сравнению с ФМ и ЧМ.

По сравнению с БВНМ способ МФМ имеет один недостаток: вдвое меньшее окно детектирования, что приводит к определенным трудностям при выделении информации из сигналов воспроизведения и не позволяет реализовать плотность записи, достижимую при использовании способа БВНМ.

Рисунок 2.4 — Сигналы в канале МЗВ по способу МФМ

Заключение

Данная курсовая работа предусматривала решение двух заданий. В ходе решения курсовой работы были разработаны и рассчитаны акустическое оформление головки динамической, а также была закодирована индивидуальная кодовая комбинация, соответствующая фамилии имени и отчеству, четырьмя способами: БВНМ, ЧМ, ФМ, МФМ.

В данной курсовой работе были рассмотрены открытое и закрытое акустическое оформление. Так как открытые акустические системы имеют большие размеры, в работе был выбран и произведен расчет закрытого акустического оформления.

Во втором задании были изучены кодовые комбинации и рассмотрены достоинства каждой, в результате оптимальным был выбран способ кодирования — МФМ, в связи с его положительными качествами и превосходством над другими кодовыми алгоритмами. Это характеризуется тем, способ кодирования с помощью МФМ имеет информационную ёмкость способа БВНМ (половина периода на один двоичный знак), а с другой — обладает самосинхронизацией. То есть способ записи МФМ обладает непрерывностью сигналов воспроизведения и самосинхронизацией.

Список литературы

1. Иофе В. К. Бытовые акустические системы. М: Горячая линия Телеком, 2002.

2. Урусова Т. А. Радиовещание, электроакустика, запись сигналов звука и изображения. Алматы: АИЭС — 2008, 22 с.