1.2.3 Преобразование акустических волн в электрические колебания

Самый простой и известный способ осуществить преобразование состоит в использовании микрофона. Поскольку более подробный разговор о микрофонах и о принципах их действия пойдет в следующей главе, сейчас мы ограничимся только самой общей информацией о них.

Если на микрофон действует звуковая волна определенной частоты и интенсивности, то на выходе микрофона появляется переменное электрическое напряжение с характеристиками, идентичными звуковой волне. Посмотрим на рис. 3. Звуковую волну вполне можно представить в графическом виде, если горизонтальную ось мы примем за время, а вертикальную - за силу звука. Более плотным массам воздуха (а соответственно, и более высокой силе звука) в точности соответствуют "горбы" на графике, а менее плотные участки представлены в виде "провалов". Точно так же выглядит и электрический сигнал, преобразованный микрофоном, только он симметричен относительно нулевого напряжения. Это происходит потому, что в пассивном состоянии на выходе микрофона никакого напряжения не присутствует, а при действии на него более или менее плотных относительно окружающей нас атмосферы воздушных масс возникающее напряжение имеет, соответственно, положительную или отрицательную полярность. Изображенная на этом рисунке зависимость называется амплитудной характеристикой и показывает, как меняется амплитуда (величина напряжении) электрического сигнала с течением времени.

Самые простые микрофоны имеют мембрану, которая колеблется под воздействием звуковых волн. К мембране присоединена катушка, перемещающаяся синхронно с мембраной в магнитном поле. А из школьных уроков физики вы, вероятно, помните, что в такой ситуации в катушке возникает переменный электрический ток. Изменения напряжения тока точно отражают изменения плотности воздуха в звуковых волнах.

Переменный электрический ток, который появляется на выходе микрофона, называется аналоговым сигналом. Слово "аналоговый", применительно к электрическому сигналу, обозначает, что этот сигнал непрерывен по времени и амплитуде. Он точно отражает форму звуковой волны, которая распространяется в воздухе.

Рисунок 3. Преобразование акустического сигнала микрофоном

Кривая на рис. 3, известная под названием синусоида, соответствует звуковой волне определенной частоты без всяких гармоник. Как мы выяснили, такая звуковая волна в реальной жизни практически не встречается; а значит, и электрический сигнал в форме синусоиды вряд ли можно увидеть. Для того чтобы было понятно, что же собой представляет реальная звуковая волна, возникающая, скажем, от колеблющейся гитарной струны, специально приведен рис. 4. Как видно, форма волны далека отсинусоидальной и является сложным нестационарным сигналом, затухающим с течением времени. Однако при нашем дальнейшем разговоре в качестве примера такую волну рассматривать неудобно, так как она ненаглядна и те или иные изменения сигнала вследствие внешнего воздействия на эту волну неочевидны. Поэтому мы всегда будем использовать для иллюстраций и пояснений именно синусоиду, помня, что она лишь упрощенный, доходчивый вариант изображения реальной звуковой волны.

Рисунок 4. Форма реального затухающего сигнала

Итак, мы с помощью микрофона преобразовали звуковую волну в переменный электрический сигнал. Такой сигнал называется аналоговым потому, что он полностью копирует форму звуковой волны (аналогичен ей) и непрерывен по времени и амплитуде. В отличие от цифрового представления звуковых сигналов, которое мы разберем чуть ниже, аналоговый сигнал всегда первичен.