Электроника для начинающих (2-е издание) - Чарльз Платт

Эта форма колебаний – синусоидальная волна, называемая так потому, что вы можете получить ее из элементарной тригонометрии. Допустим, что в прямоугольном треугольнике одна из сторон, примыкающая к прямому углу, обозначена буквой «а». Если вы разделите длину стороны «а» на длину наклонной стороны (гипотенузы) треугольника, в результате получится синус угла, которому противолежит сторона «а».

Чтобы упростить картину, представьте шар на веревке, вращающийся вокруг центральной точки, как показано на рис. 5.48. Не будем учитывать гравитацию, сопротивление воздуха и другие отвлекающие факторы. Просто измеряйте высоту подъема шара и делите ее на длину веревки через равные интервалы времени, пока шар движется по кругу с постоянной скоростью. Отобразите результаты в виде графика, и у нас получится синусоида, показанная на рис. 5.49. Заметьте, что когда шар движется по кругу ниже своей исходной горизонтальной линии, мы считаем это расстояние отрицательным, и таким образом синусоида также становится отрицательной.

Рис. 5.48. Вы можете нарисовать синусоиду с помощью простых геометрических соотношений

Почему эта специфическая кривая встречается в природе во многих случаях и связана с разными явлениями? Причины этого кроются в физике, но я предоставляю вам самим разобраться в этой теме, если она вам интересна. Если вернуться к воспроизведению звука, то для нас важны следующие моменты:

• Статическое давление воздуха вокруг нас называется атмосферным давлением. Оно возникает вследствие притяжения воздуха под действием сил гравитации. (Да, воздух также обладает массой.)

• Почти любой звук представляет собой два последовательных участка сжатия и расширения: с давлением выше и ниже атмосферного – совсем как волны в океане.

• По аналогии мы можем изобразить волны сжатия и расширения как напряжение, амплитуда которого меняется от максимума к минимуму и обратно (рис. 5.49).

• Любой звук можно разложить на совокупность синусоидальных волн различной частоты и амплитуды.

• И наоборот: если вы сведете вместе правильно подобранные звуковые синусоидальные волны, то сможете создать абсолютно любой звук.

Рис. 5.49. Синусоидальная звуковая волна, создаваемая любым инструментом, заставляющим воздух вибрировать, например флейтой. Это приятный и гармоничный звук

Предположим, два звука воспроизводятся одновременно. На рис. 5.50 частота одного сигнала выше, чем другого (показаны две синусоидальные кривые с разным периодом). Когда эти два звука распространяются как волны сжатия в воздухе или как переменные электрические токи по проводу, их амплитуды складываются и создают более сложную кривую, которая изображена черным цветом. Теперь попробуйте вообразить сложение десятков или сотен различных частот, и вы получите представление о сложной звуковой волне какого-либо музыкального фрагмента.

Рис. 5.50. Когда две синусоидальные волны генерируются одновременно (например, двумя музыкантами, играющими на флейтах), объединенный звук представляет собой сложную кривую

Рис. 5.51. Прямоугольный сигнал, формируемый таймером 555, который резко включается и выключается

Таймер 555 в режиме мультивибратора генерирует прямоугольную последовательность. Это связано с тем, что выход таймера резко переключается с низкого на высокий уровень и обратно. Результат показан на рис. 5.51. Синусоидальный сигнал на слух воспринимается мягко и мелодично, поскольку он изменяется плавно. Прямоугольная последовательность звучит резко и сопровождается искажениями. На самом деле такой сигнал содержит гармоники, т. е. частоты, которые в несколько раз превышают основную частоту.

Поскольку прямоугольная последовательность содержит высокочастотные гармоники, она удобна для проверки звуковых фильтров. Фильтр нижних частот, который пропускает только нижние частоты, будет уменьшать искажения, «скругляя углы» прямоугольного сигнала.

Немного исказим звучание музыки

Возможно, вы задаете себе такой вопрос: если микросхема LM386 является усилителем звука, то сможет ли она усилить музыку? Да, для этого она и предназначена. Вы можете проверить это самостоятельно, используя любое аудиоустройство с выходом для наушников.

Имейте в виду, что микросхема LM386 – это одноканальный усилитель, поэтому вы не сможете услышать оба аудиоканала вашего плеера. Чтобы подключиться к одному из них, возьмите кабель с миниатюрными аудиоразъемами на концах. Отрежьте один из разъемов, снимите изоляцию, и вы обнаружите оплетку из тонких проводов, которые являются экраном, предназначенным для подключения к шине заземления. Внутри оплетки находятся два проводника, несущие сигналы от левого и правого каналов. Отрежьте один из них (неважно какой), но следите, чтобы оставшийся проводник не замкнулся с экраном.

Рис. 5.52. Аудиокабель зачищен, чтобы обеспечить доступ к его экрану и центральному проводнику

Снимите изоляцию с оставшегося проводника. Провода внутри очень тонкие, и вам будет проще с ними работать, если вы скрутите и спаяете жилки вместе. Желаемый результат показан на рис. 5.52.

Убедитесь в том, что питание вашей схемы усилителя отключено, и переведите все ползунковые переключатели в нижнее положение. Удалите отрезок провода, который соединяет вывод 3 таймера 555 с расположенным под ним конденсатором емкостью 220 мкФ. Тем самым вы отключаете таймер 555 и сможете в дальнейшем подать входной сигнал на положительную обкладку конденсатора С6.

Подсоедините один конец тестового провода с зажимом «крокодил» к положительному выводу конденсатора С6, а второй – к центральному проводнику аудиокабеля. Вторым тестовым проводом соедините экран кабеля с отрицательной шиной схемы. Очень важно, чтобы музыкальный плеер и схема усилителя имели общее заземление.

Включите вашу схему, затем плеер, и вы должны услышать музыку. Если она слишком громкая и искаженная, то необходимо добавить резистор с номиналом 1 или 10 кОм между аудиопроводом от музыкального плеера и положительной обкладкой конденсатора.

Как только вы добьетесь приемлемой громкости, то сможете поэкспериментировать с фильтрами верхних и нижних частот, чтобы понять, как они влияют на звучание. Улучшить воспроизведение не удастся, но изменить оттенки звука можно.

Разделительные цепи

В традиционной аудиосистеме в одном корпусе находятся два динамика: меньший, называемый «пищалкой» (tweeter), воспроизводит верхние частоты, и больший, называемый «вуфером» (woofer), воспроизводит нижние частоты. В современных системах часто выносят низкочастотный динамик в отдельный корпус, который можно разместить где угодно, поскольку на слух трудно определить направление прихода звуков низкой частоты. В такой системе низкочастотный динамик называют сабвуфером, потому что он может воспроизводить очень низкие частоты.

Аудиочастоты разделяются между динамиками верхних и нижних частот путем фильтрации, чтобы высокочастотный динамик не пытался иметь дело ни с какими низкими частотами, а низкочастотный – с высокими. Цепь, которая осуществляет такую фильтрацию, называется разделительной, а, как известно, аудиофилы высшей пробы собирают такие фильтры самостоятельно и подключают их (особенно в автомобилях) к своим динамикам, корпуса которых они также проектируют и изготавливают сами.

Если вы хотите собрать подобный разделительный