Устройство для демонстрации модуляции звуковой волны

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК152765 А 1 1) 4 С 09 В 23/06 ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕ ствам и ирокнаприуля ктроскопия ляется повыш трации выделолебаний.графическая2 - принципик колебаний я гармоник спектра а фиг.1 прив стройства; н ния спектра стройство сооединенные ч х ымо последов й генера от н ОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(56) Иверонова В,И, Лекционные демонстрации по физике.-М 1972,с,239,(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДЕМОНСТРАЦИИ МОДУЛЯЦИИ ЗВУКОВОЙ ВОЛНЫ(57) Изобретение относится к учебнымприборам по физике и может быть широко использовано в лекционных курсах по физике, таких как оптика, колебания, спектроскопия и т,д, Цельизобретения - повышение наглядностидемонстрации выделения гармоник Изобретение относится к сред обучения, в частности к учебным борам по физике, и может быть ш использовано в ряде лекционных глядных экспериментов, таких, н мер, как демонстрация спектраль плотности энергии колебаний,мо ия колебании, расширение спектра к ебаний и т.д., и может быть примеено в таких курсах по физике, как оптика, колебания, спт.д.Целью изобретенияние наглядности демон спектра колебаний. Сущность изобретения заключается в том, что в немчастотный генератор, прерыватель иизлучатель выполнены в виде последовательно соединенных генератора звуковых частот, управляемого частотного реле и акустической головки, причем к входам управляемого частотногореле подключен своими выходами ана-логичный генератор, а приемное устройство выполнено в виде трех резонаторов Гельмгольца с разными частотами, установленными на одинаковомуровне относительно центра акустической головки, причем на выходе резонаторов установлены три идентичные индикатора-вертушки, служащие для индикации возбуждения резонаторов, 2 ил,спужащии для создания излучения звуковой частоты с акустической головки 2, прерыватель 3, выполненный ввиде реле и служащий для амплитуднойодуляции с возможностью изменениячастоты модуляции, прерывание которого осуществляется аналогичным генератором 4, резонаторы Гельмгольца 5-7 с частотами, например, 150,250, 350 Гц, три идентичные индикатора-вертушки 8-10, установленные нагодинаковом уровне относительно рвзонаторов Гельмгольца 5-7, по вращению которых судят о возбуждениирезонаторов, и падающие, сферическиеволны 11 от излучения головки 2,служащие для возбуждения резонаторовГельмгольца 5-7,Чтобы показать спектральную плотность энергии, определяющую энергиюгармоник спектра в единичной полосечастоты, возникает вопрос реальныли гармоники Фурье или они являютсярезультатом математической абстрак 5цииСогласно спектральному подходууединенный импульс представляетсянепрерывным множеством гармоник,Гармонические колебания у, существующие на бесконечной оси времени,образуют при суперпозиции сигнал, отличный от нуля лишь на конечном интервале времени С(-/2( Сс ./2), Если гармоники спектра реальны, тоих можно обнаружить до появлениясигнайа,В реальности гармоник спектраможно убедиться лишь эксперименталь-,ным путем при регистрации реальнымизмерительным прибором. Таким прибо"ром является резонатор, который откликается на гармонические колебания в некоторой полосе частот Ь 1в окрестности резонансной частотыприбора. Суперпозиция гармоник 25непрерывного спектра в этой полосетакова, что прибор откликается лишьпосле прихода сигнала, т.е. при-б/2, и молчит до его появления,Можно показать математически, чтоотклик любого реального резонатораравен тождественно нулю при-/2,т.е. до прихода сигнала,Уменьшение полосы прибора д 1в целях выделения бесконечно узкойчасти спектра приводит к бесконечному увеличению времени регистрацииукоторое обратно пропорционапьно 6 согласно теореме о ширинечастотной полосы. Поэтому регистрация одной гармоники непрерывногоспектра Б(И) принципиально невозможна.аНаглядным зспериментом по выделению гармоник спектра является45опыт с резонаторами Гельмгольца 5-7,на которые воздействует звуковаяволна различной частоты 1 и длительности. Схизма эксперименталс тремя резонаторами, настроенными50на частоты 1 , 1,приведена наЭу4 иг.1. При воздействии звуковой волной в течение нескольких секунд начастоте 1 возбуждается средний резонатор, что свидетельствует о сущест 55вовании в спектре сигнала гармоник,лежащих з окрестности частоты 1,Однако при большой длительности воздействия спектр узкий, гармоники на частотах ), иотсутствуют,а соответствующие резонаторы не откликаются (фиг,2 а).Чтобы спектр сигнала перекрывалчастоты 11, 4 н одновременно, необходимо, следуя теореме о ширине частотной полосы, сократить длительностьсигнала до. (1 -1,( , 11-1 ( епусть, например, у, 150 Гн, уе250 Гц, 1 п = 350 Гц и, следовательно,2 ( 1 О с, При сокращении длительности импульса с уменьшается амплитуда гармоник спектра, так как онаобратно пропорциональна ь , В результате энергии гармоник в полосе резонатора Ь 1 оказывается недостаточно,чтобы возбудить в нем колебания(фиг,2 б). Поэтому при воздействииодиночным коротким импульсом с несущей частотойили М, , 1 не откликается ни один резонатор.Дпя увеличения энергии гармоникможно перейти к воздействию в видепериодической последовательности коротких импульсов, например, с несущей частотой ) . В этом случаепри той же ширине, охватывающей всечастоты резонаторов 1 1 г,спектр становится дискретным (фиг, 2 в) .Шаг гармоник= 1/Т, где Т - периодследования импульсов. Величина1должна быть достаточно мала, чтобынесколько гармоник укладывалось вширине спектра 61 . Отсюда Хс(61Опыт с воздействием периодической последовательностью коротких импульсовс несущей частотойпоказывает,чтовозбуждаются все три резонатора, Этоподтверждает существование в спектресигнала гармоник, лежащих в окрестности частотНаблюдение гармоник фурье в спектре сигнала возможно при достаточнойих энергии в полосе измерительногоприбора.Первоначально включают генератор 1и при замкнутом прерывателе 3. демонстрируют, например, при частоте излучения генератора 1250 Гц спомощью звуковой излучательной головки 2 (динамика) возбуждение среднего резонатора Гельмгольца 6 поналичию вращения вертушки 9 . Приэтом остальные не работают.Затем включают прерыватель 3 ипутем включения генератора 4 управляют частотой прерывания сигнала отгенератора 1, например, с частотой1527651 100 Гц, вследствие указанноговращаются все три вертушки 8-10резонаторов, тем самым демонстрируется наличие гармоник Фурье. Параллельно излучателю звуковой частотыможно подключить осциллограф санализатором, на экране которого дополнительно можно наблюдать реальный спектр (фиг.2 в),Прерыватель может быть выполненнз реле, управление которым осуществляется синусоидальным генератором, а через его контакты пропускается генерируемый сигнал, прерываниекоторого происходит за счет электромеханического размыкания контактов.Он также может быть выполнен и ввиде электронного модулятора натранзисторе.Вертушки-индикаторы вращения выполнены из легкого материала, например тонкого пенопласта, в виде турбинок, установленных своим центром водной точке на игольчатый упор,дающий минимальное трение и свободувращению. 6Расширение демонстрационной наглядности вызвано тем, что использование трех приемников в реле-модуляторе дает воэможность продемонстри, ровать спектральную плотность энергииих гармоники, амплитудную модуляциюи условия их существования,Формула и э обретенияУстройство для демонстрации модуляции звуковой волны, содержащеечастотный генератор, излучатель ввиде акустической головки, прерыватель и приемное устройство, о т л и -ч а ю щ е е с я; тем, что, с цельюповышенйя наглядности демонстрациивыделения гармоник спектра колебаний, прерыватель состоит из управляемого частотного реле и дополнительно 20 го генератора, который выходами подключен к входам реле, а приемноеустройство состоит из нескольких расположенных на одинаковом уровне отцентра акустической головки резонато 25 ров Гельмгольца с различными частотами и расположенных на их выходах ин;,дикаторов-вертушек,.Ужв Состав Р ииРедактор И,Шулла Техред ык Корректор Э.Лончакова итель Ч. Йид изводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 10 Заказ 7514/54 Тираж 469 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открьггиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5