Разделы 
Дополнительно
Задача по физике - 12654
2020-01-15 
К усилителю низкой частоты подключаем громкоговоритель и микрофон и устанавливаем их на расстоянии 0,5 м друг от друга. Плавно увеличивая усиление, добьемся того, что система "завоет". Оцените частоту звука при этом. Что изменится, если выводы громкоговорителя поменять местами? (Примечание: такой опыт легко проделать при помощи обычного магнитофона.)
Решение:
Самовозбуждение системы (мы слышим, как она "воет") связано с наличием положительной обратной связи между микрофоном и громкоговорителем. Толчок, приводящий к сдвигу мембраны микрофона, вызывает появление сигнала на выводах микрофона. Усиленный сигнал сдвигает диффузор громкоговорителя, появляется звуковая волна, "добежав" до микрофона, она толкает его мембрану и т. д.
Почему мы называем такую обратную связь "положительной"? В самом деле для различных частот эта связь различна, но интересующий нас шумный эффект связан как раз с тем, что на некоторых частотах связь именно "положительная".
В зависимости от подключения выводов громкоговорителя, условие "баланса фаз" для частоты $f$ будет выглядеть так:
$\frac{l}{v} = \frac{1}{f}$ либо $\frac{l}{v} = \frac{1}{f} \left ( n + \frac{1}{2} \right )$,
где $l/v$ - время распространения звуковой волны от громкоговорителя до микрофона, $n$ - целое положительное число.
На какой же именно частоте "взвоет" система, если плавно прибавлять усиление? Ответ зависит от того, насколько "одинаково" излучает громкоговоритель звуки разных частот (и микрофон тоже - его чувствительность к звукам разных частот тоже различна). Обычно неравномерность частотной характеристики громкоговорителя довольно велика. Простой, без затей, громкоговоритель лучше всего работает на частотах 1-2 килогерца, намного хуже он излучает низкие частоты. Именно на этих частотах и возникнет самовозбуждение. Интересно, что, меняя усиление на различных частотах при помощи регулятора тембра усилителя, можно в довольно широких пределах изменять эту частоту.
Итак:
при $n = 1$ $f_{1} = \frac{nv}{l} = \frac{330 м/с}{0,5 м/с} =660 Гц$ или $f_{1} = \frac{3}{2} \frac{330 м/с}{0,5 м} = 990 Гц$
при $n = 2$ $f_{2} = 1320 Гц$ или $f_{2} = 1650 Гц$,
при $n = 3$ $f_{3} = 1980 Гц$ или $f_{З} = 2310 Гц$.
Это наиболее подходящие для самовозбуждения частоты. Ясно, что звук вовсе не будет "синусоидальным" - он будет содержать множество гармоник.
К усилителю низкой частоты подключаем громкоговоритель и микрофон и устанавливаем их на расстоянии 0,5 м друг от друга. Плавно увеличивая усиление, добьемся того, что система "завоет". Оцените частоту звука при этом. Что изменится, если выводы громкоговорителя поменять местами? (Примечание: такой опыт легко проделать при помощи обычного магнитофона.)
Решение:
Самовозбуждение системы (мы слышим, как она "воет") связано с наличием положительной обратной связи между микрофоном и громкоговорителем. Толчок, приводящий к сдвигу мембраны микрофона, вызывает появление сигнала на выводах микрофона. Усиленный сигнал сдвигает диффузор громкоговорителя, появляется звуковая волна, "добежав" до микрофона, она толкает его мембрану и т. д.
Почему мы называем такую обратную связь "положительной"? В самом деле для различных частот эта связь различна, но интересующий нас шумный эффект связан как раз с тем, что на некоторых частотах связь именно "положительная".
В зависимости от подключения выводов громкоговорителя, условие "баланса фаз" для частоты $f$ будет выглядеть так:
$\frac{l}{v} = \frac{1}{f}$ либо $\frac{l}{v} = \frac{1}{f} \left ( n + \frac{1}{2} \right )$,
где $l/v$ - время распространения звуковой волны от громкоговорителя до микрофона, $n$ - целое положительное число.
На какой же именно частоте "взвоет" система, если плавно прибавлять усиление? Ответ зависит от того, насколько "одинаково" излучает громкоговоритель звуки разных частот (и микрофон тоже - его чувствительность к звукам разных частот тоже различна). Обычно неравномерность частотной характеристики громкоговорителя довольно велика. Простой, без затей, громкоговоритель лучше всего работает на частотах 1-2 килогерца, намного хуже он излучает низкие частоты. Именно на этих частотах и возникнет самовозбуждение. Интересно, что, меняя усиление на различных частотах при помощи регулятора тембра усилителя, можно в довольно широких пределах изменять эту частоту.
Итак:
при $n = 1$ $f_{1} = \frac{nv}{l} = \frac{330 м/с}{0,5 м/с} =660 Гц$ или $f_{1} = \frac{3}{2} \frac{330 м/с}{0,5 м} = 990 Гц$
при $n = 2$ $f_{2} = 1320 Гц$ или $f_{2} = 1650 Гц$,
при $n = 3$ $f_{3} = 1980 Гц$ или $f_{З} = 2310 Гц$.
Это наиболее подходящие для самовозбуждения частоты. Ясно, что звук вовсе не будет "синусоидальным" - он будет содержать множество гармоник.
