Характеристики генерируемых бинарных колебаний.

Бинарные звуковые колебания характеризуются двумя основными параметрами - частотой бинарных колебаний и высотой слышимого звука. Частота бинарных колебаний - это разница в высоте звука в левом и правом ухе. Высота слышимого звука - это среднее арифметическое между частотами этих двух звуков. При прослушивании бинарных колебаний оба этих параметра плавно меняются, обычно в течении 20 минут, Вместе с этим изменяется состояние головного мозга. Кроме того, для более эффективного воздействия бинарных звуковых колебаний применяют другие методы: изменение формы звуковой волны, модуляция по амплитуде и по фазе.

По нервным волокнам проходят электрические токи, которые можно измерить гальванометром, и сам мозг испускает электрические импульсы. Эти импульсы столь слабы, что их невозможно измерить обычными методами; напряжение их составляет около 20 миллионных Вольта (сравните это с 220 В в квартирной сети). Их можно, однако, обнаружить с помощью особых усилителей, а волны можно записать на специальную магнитную пленку или спроектировать на телевизионный экран. Форма и величина этих волн доставляет значительную информацию о состоянии мозга (энцефалон),так что электрические телеграммы этого рода, называемые электроэнцефалограммами,весьма важны для обнаружения некоторых болезней нервной системы.
Волны, идущие от разных частей мозга, имеют разную форму. Процедура состоит обычно в том, что к различным местам черепа приклеивается от восьми до восемнадцати маленьких металлических дисков размером в половину таблетки аспирина, соединенных проводами с усиливающим устройством. Затем настраивают приемник, и начинается "передача".
Особенно впечатляющий эксперимент получается, если магниты соединяют не с пером, а с громкоговорителем; тогда импульсы мозга изображаются не чернильными кривыми, а шумами. Таким образом, удается и вправду услышать электрический трепет действующего мозга.
Первооткрыватели этих волн (немецкие, итальянские, американские, русские и английские врачи) обнаружили, что их вид зависит от ряда причин. Они меняются с возрастом, а также в том случае, когда субъект открывает или закрывает глаза. Они меняются, когда он пытается решить арифметическую задачу, чем-нибудь возбужден или обеспокоен. Они меняются, когда он засыпает, но не меняются при гипнозе (свидетельствуя тем самым, что гипнотическое состояние отлично от сна).
Главное медицинское применение электроэнцефалографа состоит в обнаружении эпилепсии и опухолей мозга. На записях, снятых у эпилептиков, ровные волны внезапно прерываются пиками мощных электрических разрядов. Подобные же пики часто наблюдаются в семьях эпилептиков, даже у родственников, никогда не болевших эпилепсией ни до того, ни после; отсюда видно, что склонность к эпилептическим приступам в некоторых случаях наследуется, но эмоции и другие напряжения, вызывающие приступы, не обязательно действуют на всех, имеющих такую склонность. Это позволяет понять, почему после тяжелого эмоционального шока или автомобильной аварии может наступить эпилептический приступ у людей, прежде не страдавших эпилепсией, но имеющих родственников-эпилептиков.
Перед операцией мозга надо знать, в какой его части находится опухоль, и в некоторых случаях лучшим свидетельством является электроэнцефалограмма. Поскольку ткань опухоли отличается от тканей остального мозга, она испускает электрические волны другого вида. Приклеивая электроды к разным местам черепа и производя "триангуляцию" наподобие геодезической съемки, часто удается точно локализовать источник ненормальных импульсов, и тогда хирург знает, где начинать операцию.
Неизвестно, из какой именно части мозга исходят нормальные волны; но, вероятно, они возникают в тех его частях, которые заняты сознательным "мышлением".

В самом деле, при удалении у животных этих областей возникают волны иного рода, исходящие, по-видимому, от "подсознательных" частей мозга. То обстоятельство, что обычные волны происходят от "сознательных" частей мозга, позволяет понять, почему эти волны меняются, когда человек засыпает, или во время эпилептического приступа, поскольку в этих случаях обычное состояние сознания нарушается.

Собственная частота колебаний механической системы связанных точек тем выше, чем сильнее их связи между собой, чем теснее такие связи, как гласит одна из теорем аналитической механики.

Например, целый бокал звучит звонко, надтреснутый- издаёт глухой звук.
Если продолжить аналогию на нейроны головного мозга, связанные в нейронную сеть и излучаемые ею мозговые волны, то можно на физиологическом уровне объяснить, прогнозировать и указать пути, как интенсифицировать творческие успехи.
Очевидно, что чем больше участков мозга одновременно возбуждены в процессе мышления, т.е. чем длиннее, а, значит, и медленнее связи между этими участками, тем ниже частота мозговых волн. Чем короче связи, компактнее сеть, тем выше эта частота.
Если в процессе размышления его предмет рассматривается одновременно (симультанно) с разных его сторон (многостороннее), то охвачено возбуждением больше участков мозга. Значит можно ожидать при этом преимущественно низкую частоту в мозговых волнах. Самая низкая частота этих волн наблюдается у спящих людей. Т.е. рационально объяснимы легенды о том, что много озарений (и великих озарений) у учёных, поэтов и других творческих людей, произошло именно во сне. Кстати, легко объясним известный факт, что среди «великих» непропорционально велико число дилетантов против специалистов.

Глава 5. МИКРОФОНЫ.

ОПРЕДЕЛЕНИЯ.

Микрофоны — это преобразователи акустических колебаний в электрические. Большинство микрофонов является преобразователями акустической энергии в электрическую. Есть микрофоны, основанные на другом принципе — релейном. В них под действием акустических колебаний происходит преобразование энергии постоянного тока в энергию переменного тока. Рассмотрим технические показатели микрофонов.

Чувствительность — отношение напряжения и на выходе микрофона к звуковому давлению р, действующему на микрофон:

E = U/p. (5.1)

Чувствительность определяют в зависимости от задания или по напряжению холостого хода, или по напряжению на номинальной нагрузке. За номинальную нагрузку обычно принимают модуль внутреннего сопротивления микрофона на частоте 1000 Гц.

Внутреннее сопротивление микрофонa Z_i. Для ряда микрофонов оно активно и практически не зависит от частоты. Если внутреннее сопротивление зависит от частоты, в справочниках приводят или среднее значение по частотному диапазону или модуль на частоте 1000 Гц.

Чувствительность по давлению— чувствительность при звуковом давлении, действующем только на поверхность звуковоспринимающего элемента и распределенным по нему равномерно.

Чувствительность по свободному полю — это чувствительность при воздействии на микрофон звукового давления в свободном поле Р_п, когда напряжение на выходе микрофона относят к звуковому давлению в точке поля до размещения в ней микрофона:

Е_п = U/р_п.

Свободным полем называют область звукового поля, в которой влияние отражающих поверхностей пренебрежимо мало.

Чувствительность по диффузному полю — чувствительность при воздействии на микрофон звукового давления в диффузном поле Р_диф, причем напряжение на выходе, микрофона относят к звуковому давлению в точке поля до размещения в ней микрофона:

Е_диф=U/p_диф.

Диффузным полем называют область звукового поля, в каждой точке которого плотность звуковой энергии и поток акустической энергии на единицу площади одинаковы во всех направлениях.

Чувствительность микрофона зависит от частоты, поэтому введено понятие средней чувствительности—среднеквадратичное значение в номинальном диапазоне частот, причем усредняют чувствительность, измеренную на частотах, распределенных равномерно в логарифмическом масштабе.

Уровень чувствительности — чувствительность, выраженная в децибелах относительно величины 1 В/Па.

Стандартный уровень чувствительности— выраженное в децибелах отношение напряжения U_ln, развиваемого на номинальном сопротивлении нагрузки R_ном при звуковом давлении 1 Па, к напряжению, соответствующему мощности Р_о=1 мВт, т. е. уровень мощности, отдаваемой микрофоном в номинальную нагрузку при р=1 Па,

Частотная характеристика — зависимость уровня чувствительности от частоты. Ее неравномерность определяют в номинальном частотном диапазоне для данного типа микрофона.

Характеристика направленности — зависимость чувствительности микрофона в свободном поле от угла θ между рабочей осью микрофона и направлением на источник звука. Эту характеристику определяют или на ряде частот, или для полосы частот. Обычно приводят нормированную характеристику направленности, т.е. зависимость отношения чувствительности Е_.

Рабочей осью микрофона называют направление, по которому микрофон имеет наибольшую чувствительность. Эта чувствительность называется осевой. Для большинства микрофонов рабочая ось совпадает с геометрической. В там случае, когда этого совпадения нет, рабочую ось указывают в описании.

Большинство микрофонов имеет осевую симметрию, поэтому характеристика направленности для них одинакова во всех плоскостях, проходящих через ось микрофона. По характеристике направленности микрофоны делятся на ненаправленные, односторонне направленные, остро односторонне направленные, двунаправленные и остронаправленные. Графическое представление характеристик направленности часто дают в полярных координатах (рис. 5.1). Такой график называют диаграммой направленности. В ряде случаев радиус-вектор выражают в децибелах, т. е. R_[дб] (θ) = 20lgR(θ). Очевидно, что из-за направленности микрофона его чувствительность по диффузному полю, т. е. чувствительность, определенная при приходе звуковых волн к микрофону под всевозможными углами, будет меньше осевой чувствительности. Для учета величины этого уменьшения введен коэффициент направленности — отношение квадрата осевой чувствительности микрофона в свободном поле Е²_0С к среднему из квадратов чувствительности по всем радиальным направлениям E²_ДИФ, т. е.

(5.5)

Его определяют на ряде частот или для полосы частот.

Перепад чувствительности «фронт/тыл» — отношение чувствительности микрофона Е_о.с. (в направлении оси) к чувствительности Е_180. (под углом 180° к его оси). Обычно его определяют в децибелах:

где N₁₈₀—стандартный уровень чувствительности микрофона, определенный под углом 180° к оси.

Большой интерес для практики представляет еще один показатель микрофона- индекс «фронт/тыл» Q_ф/т . Под ним подразумевают разность между уровнями электрической мощности, развиваемой микрофоном на нагрузке при раздельном воздействии на него диффузного поля с фронтальной и тыльной полусфер, при условии равенства звуковых давлений, действующих с фронта и тыла микрофона:

Этот индекс показывает, насколько уровень, развиваемый микрофоном от сигнала, поступающего с фронтальной полусферы (например, от оркестра), будет выше уровня, развиваемого микрофоном от действия помех, приходящих с тыльной полусферы (например, от шумов публики), при условии, что уровни сигнала и помех будут одинаковыми. Иными словами, этот индекс показывает величину дискриминации шума по отношению к сигналу.

Уровень собственного шума. Даже в отсутствии какого-либо акустического сигнала около микрофона напряжение на его выходе не равно нулю. Наличие напряжения является следствием флуктуации частиц в окружающей среде, а также тепловых шумов сопротивлений в электрической части микрофона.

Уровень собственного шума микрофона, приведенный к акустическому входу, определяют как уровень эквивалентного звукового давления р_ш, при воздействии которого на микрофон получалось бы выходное напряжение, равное выходному напряжению микрофона U_ш развиваемому им в отсутствии звуковых колебаний.

Чувствительность звеньев микрофона. Чувствительность микрофона можно представить как произведение чувствительностей отдельных звеньев, входящих в него.

Для большинства микрофонов осевую чувствительность можно представить в следующем виде:

где F/p— акустическая чувствительность; v/F=1/Z_M — механическая чувствительность;

E /v = K_cв—коэффициент электромеханической связи; v/E =R_H/|R_H+Zi| — электрическая (нагрузочная) характеристика; Z_M—механическое сопротивление подвижной системы микрофона (модуль); R_H — сопротивление нагрузки; Z_i — внутреннее сопротивление микрофона. Обычно подбирают чувствительности звеньев так, чтобы общая чувствительность микрофона имела меньшую зависимость от частоты, для чего используют метод взаимной коррекции частотных характеристик отдельных звеньев, входящих в микрофон.

Микрофоны по принципу электромеханического преобразования делятся на электродинамические, электростатические, электромагнитные и релейные. Электродинамические микрофоны по конструкции механической системы делятся на катушечные и ленточные. Электростатические делятся на конденсаторные, в том числе и электретные, и пьезомикрофоны. Электромагнитные — на односторонние и дифференциальные. Релейные — на угольные и транзисторные.