Подобно вибрационным столам работают механические генераторы колебаний. Они дают возможность получать вибрации с частотами до 15000 гц.
Более мощные колебания низких частот получают, пользуясь мотором с приводом и эксцентриком, как это показано на рис. Вибрационный стол в этой установке совершает синусоидальные колебания в вертикальном направлении с частотами от 0,1 до 20 гц.
2. Приемники звука
А) Микрофоны
а) Конденсаторные микрофоны. Для превращения колебаний звука в соответствующие переменные электрические напряжения применяется большое число микрофонов различных типов, которые но принципу действия можно подразделить на электростатические, электродинамические и пьезоэлектрические. Как измерительные приборы до последнего времени чаще всего применяются конденсаторные микрофоны, поскольку при относительно простой конструкции они отличаются постоянством показаний, большой чувствительностью и точной передачей частот и амплитуд. Мембрана конденсаторного микрофона изготовляется чаще всего из алюминиевой фольга, предварительно подвергнутой искусственному старению; мембрана сильно натягивается, чтобы ее собственная частота была высокой. На расстоянии нескольких микрон от нее находится противоположный электрод, благодаря чему система оказывается сильно демпфированной. Для повышения эластичности второй электрод снабжается отверстиями, прорезями и т.п. Микрофоны такого тина изготовляются как приемники давления, приемники скорости, а также как комбинированные приемники давления и скорости. В качестве приемника давления микрофон имеет при низких частотах во всех направлениях равномерную чувствительность. При высоких частотах большая чувствительность имеет место в нормальном направлении — от звука, идущего спереди. Если с помощью приемника давления надо обеспечить ненаправленный прием также и при высоких частотах, то выбирают микрофон весьма малого размера.
б) Направленное действие. В качестве приемника градиента давления микрофон имеет диаграмму направленности в форме цифры, т.е. характеристику, состоящую из двух сфер, которые соприкасаются в плоскости мембраны. Он применяется для приема речи, а также для приема игры оркестра, потому что при этом исполнители размещаются в обеих областях высокой чувствительности. В этом приемнике не наблюдается зависимости частоты от угла, как это имеет место в приемниках давления. Нечувствительностью микрофона в плоскости мембраны пользуются для того, чтобы избежать помех, распространяющихся вблизи этой плоскости. При работе в одном помещении с громкоговорителем плоскость мембраны располагают в направлении на громкоговоритель и благодаря этому избегают акустической обратной связи.
Другой вид приемника этого типа обладает так называемой квадратичной характеристикой, т.е. микрофон обладает повышенной чувствительностью спереди и с боковых сторон, сзади же звук принимается значительно хуже. Этот микрофон удобен для исключения помех, приходящих сзади, для приема звука по определенному, направлению и для работы в одном помещении с громкоговорителями.
в) Схема включения. Конденсаторные микрофоны наиболее широко применяются в так называемых низкочастотных схемах, в которых на микрофон подается напряжение около 100 в через сопротивление в несколько десятков Мом. С нагрузочного сопротивления снимаются переменные напряжения, обусловленные звуковыми волнами. Для достижения качественной передачи независимо от частоты это сопротивление должно быть большим но сравнению с импедансом микрофона. С помощью отрицательной обратной связи за счет сопротивления в катодной цепи лампы усилителя, следующей за микрофоном, получается расширение полосы воспроизводимых частот в направлении нижнего регистра.
В первоначальной схеме микрофон включался в высокочастотный колебательный контур, который имел слабую связь с генератором. Частота контура выбиралась такой, чтобы рабочая точка лежала в середине боковой части резонансной кривой. При приеме микрофоном разговорной речи контур расстраивался, вследствие чего частотная модуляция превращалась в амплитудную. Этот метод может служить для измерения медленных колебаний давления вплоть до нулевой частоты. Об одной схеме такого типа, которая отличается низким уровнем шума, сообщает Заальберг фон Зельст.
Конденсаторный микрофон и первая усилительная лампа располагаются возможно ближе и для снижения уровня фона экранируются общим экраном. Подводка от первого усилителя ко второму, обычно длиной 1 м, также экранируется. Экранирование и правильное согласование выхода лампы с линией, для чего необходим трансформатор с сопротивлением около 200 ом, имеют большое значение. Целесообразно заземлить среднюю точку обмотки трансформатора.
Б) Электродинамические микрофоны
Электродинамические микрофоны из-за их незначительного внутреннего сопротивления можно непосредственно подключать к первой усилительной лампе при помощи длинного экранированного провода. Обычно в корпус микрофона вмонтирован трансформатор, который согласует малое сопротивление катушки микрофона с сопротивлением экранированной линии. Для получения гладкой частотной характеристики за мембраной микрофона делается несколько демпфирующих полостей с различными собственными частотами, которые соединяются друг с другом каналами. Этот микрофон имеет характеристику направленности, подобную характеристике конденсаторного микрофона давления. Выравненную частотную характеристику, имеет также ленточный микрофон, который работает как приемник скорости. На концах свободно подвешенной между полюсами сильною магнита и настроенной на низкую частоту алюминиевой полоски при приеме звука появляются переменные напряжения, которые с помощью трансформатора подводятся к сопротивлению в 200 ом. Для этого микрофона форма диаграммы направленности не зависит от частоты. Прием в плоскости полосок практически невозможен.
В) Кристаллические микрофоны
а) Пьезоэлектрические микрофоны для приема звуковых волн в воздухе в полосе частот слышимых звуков чаще всего изготавливаются из кристаллов сегнетовой соли. Из кристаллов вырезают полоски, которые работают на изгиб. Две такие нары полосок, разделенные дистанционной прокладкой, образуют двойную звуковую ячейку. Емкость такого микрофона равна примерно 1000 пф, так что его можно подключать длинным экранированным проводом ж высокоомному входу усилителя. Микрофон такого тина, особенно хороню оправдавший себя, предложил Ф. Масса: кристаллический микрофон с элементом из фосфата аммония небольшого размера, диаметром 3 мм, был соединен с измерителем звукового давлении и позволял проводить измерения в области частот от 50 гц до 250 гц. Не так давно стали применяться титанаты бария. Эти материалы более устойчивы против действия температуры и влажности, нежели сегнетова соль.
б) Направленное действие. В случаях, когда прием желательно осуществлять только по одному направлению, можно принять следующие меры: микрофон надо поместить в фокус вогнутого зеркала, тогда для всех звуков, длина волн которых мала по сравнению с размерами вогнутого зеркала, будет иметь место направленное действие. Для измерения так называемого направленного рассеяния в объемах при частоте около 2000 гц Р. Тиле использовал параболическое зеркало диаметром 1,2 м. Для той же цели микрофон можно подключать к экспоненциальному рупору. Была предложена еще одна замечательная установка, состоящая из большого числа параллельных, открытых спереди трубок различной длины, которые устанавливаются перед микрофоном. Вследствие интерференции они гасят звуковые волны, падающие со стороны;
Г) Работа на открытом воздухе
Конденсаторные и ленточные микрофоны очень чувствительны к низкочастотным колебаниям давления, которые вызываются ветром, а также к возникающим при ветре завихрениям на корпусе. Поэтому при работе на открытом воздухе эти микрофоны необходимо защищать. Для этого делают шарообразный каркас и обтягивают его звукопроницаемым материалом, например шелком и т.п.; этим можно предохранить микрофон от действия ветра. Однако этот способ защиты при больших скоростях ветра не всегда эффективен. В таких случаях целесообразно поместить микрофон в маленький шар-зонд, который осторожно наполняется воздухом и завязывается поверх подводящего кабеля.
Д) Исследование звукового поля
Для измерения звукового давления применяется диск Релея. Здесь приводятся некоторые указания Беранека относительно веса и размеров диска, полезные при их изготовлении; из покровного стекла: 0,05 г, радиус 0,63 см, толщина 0,016 см, из слюды: 0,006 г, радиус 0,497 см, толщина 0,003 см; из меди: радиус 0,581 см, толщина 0,02 см; из алюминия: радиус 0,5 см, толщина 0,0004 см. Шайба подвешивается на стеклянных или кварцевых нитях, иногда на проволоках из фосфористой бронзы.
Е) Измерение интенсивности ультразвука
Очень простой мерой мощности ультразвуковых колебаний может служить высота фонтанов жидкости, появляющихся над ее поверхностью при работе ультразвуковых генераторов. Для измерения звукового давления, пропорционального квадрату их амплитуды, служит звуковой радиометр. В простейшей форме он состоит из легкой шайбы, подвешенной к крутильным весам. В одном из приборов, работающем по этому принципу, па конце коромысла весов установлена шайба, а на ее поверхности расположено очень большое число маленьких конусов, с помощью которых удается избежать направленного отражения и образования стоячих волн. Движение шайбы под действием звуковых волн передается указателю, который перемещается по шкале, калиброванной в см2. Прибор наполняется водой и через нее приводится в соприкосновение с вибратором, мощность которого измеряется. Баумгарт предложил измеритель давления, который в качестве вращающейся поверхности имеет наполненный воздухом усеченный конус. Звуковые волны, падающие в направлении вершины конуса, отражаются и поглощаются стенками кожуха. Подходящим поглотителем является стеклянная вата. X. Оберет и П. Рикман разработали метод измерения звукового давления, при котором вибратор излучает звук в направлении книзу, в ванну с водой. Звук надает на поплавок с полой конической поверхностью, отражающей звук; благодаря этому поплавок автоматически центрируется па пути звуковых лучей. В нижней его части на стерженьке укреплена шкала, опущенная в тяжелую жидкость, которая предохраняет поплавок от погружения под воду. Если звук падает на поплавок сверху, то он опускается глубже, причем глубина погружения предварительно тарируется; для этого на поплавок кладут последовательно различные гирьки. Для предохранения от циркуляционных потоков между вибратором и отражателем устанавливается наклонно звукопроницаемая алюминиевая фольга.