3.4.3. Генераторы акустического шума

Акустические генераторы шума используются для зашумления акустического диапазона в помещениях и в линиях связи, а также для оценки акустических свойств помещений.

Под "шумом" в узком смысле этого слова часто понимают так называемый белый шум, характеризующийся тем, что его амплитудный спектр распределен по нормальному закону, а спектральная плотность мощности постоянна для всех частот.

В более широком смысле под шумом, по ассоциации с акустикой, понимают помехи, представляющие собой смесь случайных и кратковременных периодических процессов. Кроме белого шума выделяют такие разновидности шума, как фликкер-шум и импульсный шум. В генераторах шума используется белый шум, так как даже современными способами обработки сигналов этот шум плохо отфильтровывается. Ниже приводятся несколько схем различных генераторов шума.

Генератор белого шума

Самым простым методом получения белого шума является использование шумящих электронных элементов (ламп, транзисторов, различных диодов) с усилением напряжения шума. Принципиальная схема несложного генератора шума приведена на рис. 3.29.

Рис. 3.29.

Рис. 3.29.

Генератор шума

Источником шума является полупроводниковый диод — стабилитрон VD1 типа КС168, работающий в режиме лавинного пробоя при очень малом токе. Сила тока через стабилитрон VD1 составляет всего лишь около 100 мкА. Шум, как полезный сигнал, снимается с катода стабилитрона VD1 и через конденсатор C1 поступает на инвертирующий вход операционного усилителя DA1 типа КРМ0УД1208. На неинвертирующий вход этого усилителя поступает напряжение смещения, равное половине напряжения питания с делителя напряжения, выполненного на резисторах R2 и R3. Режим работы микросхемы определяется резистором R5, а коэффициент усиления — резистором R4. С нагрузки усилителя, переменного резистора R6, усиленное напряжение шума поступает на усилитель мощности, выполненный на микросхеме DA2 типа К174ХА10. Работа этого усилителя подробно описана в главе 2. С выхода усилителя шумовой сигнал через конденсатор С4 поступает на малогабаритный широкополосный громкоговоритель В1. Уровень шума регулируется резистором R6.

Стабилитрон VD1 генерирует шум в широком диапазоне частот от единиц герц до десятков мегагерц. Однако на практике он ограничен АЧХ усилителя и громкоговорителя. Стабилитрон VD1 подбирается по максимальному уровню шума, так как стабилитроны представляют собой некалиброванный источник шума. Он может быть любым с напряжением стабилизации менее напряжения питания.

Микросхему DA1 можно заменить на КР1407УД2 или любой операционный усилитель с высокой граничной частотой коэффициента единичного усиления. Вместо усилителя на DА2 можно использовать любой У3Ч.

Для получения калиброванного по уровню шума генератора используют специальные шумящие вакуумные диоды. Спектральная плотность мощности генерируемого шума пропорциональна анодному току диода.

Широкое распространение получили шумовые диоды двух типов 2ДЗБ и 2Д2С. Первый генерирует шум в полосе до 30 МГц, а второй — до 600 МГц. Принципиальная схема генератора шума на шумящих вакуумных диодах приведена на рис. 3.30.

Рис. 3.30.

Рис. 3.30.

Генератор шума на вакуумной лампе

Резистор R1 типа МЛТ-0,25. Резистор R2 — проволочный, он используется совместно с диодом 2ДЗБ. Питание генератора осуществляется от специального блока, схема которого приведена на рис. 3.31.

Рис. 3.31.

Рис. 3.31.

Блок питания для генератора шума

Цифровой генератор шума

Цифровой шум представляет собой временной случайный процесс, близкий по своим свойствам к процессу физических шумов и называется поэтому псевдослучайным процессом. Цифровая последовательность двоичных символов в цифровых генераторах шума называется псевдослучайной последовательностью, представляющей собой последовательность прямоугольных импульсов псевдослучайной длительности с псевдослучайными интервалами между ними. Период повторения всей последовательности значительно превышает наибольший интервал между импульсами. Наиболее часто применяются последовательности максимальной длины М-последовательности, которые формируются при помощи регистров сдвига и сумматоров по модулю 2, использующихся для получения сигнала обратной связи.

Принципиальная схема генератора шума с равномерной спектральной плотностью в рабочем диапазоне частот приведена на рис. 3.32.

Рис. 3.32.

Рис. 3.32.

Цифровой генератор шума

Этот генератор шума содержит последовательный восьмиразрядный регистр сдвига, выполненный на микросхеме К561ИР2, сумматор по модулю 2 (DD2.1), тактовый генератор (DD2.3. DD2.4) и цепь запуска (DD2.2), выполненные на микросхеме К561ЛП2.

Тактовый генератор выполнен на элементах DD2.3 и DD2.4 по схеме мультивибратора. С выхода генератора последовательность прямоугольных импульсов с частотой следования около 100 кГц поступает на входы "С" регистров сдвига DD1.1 и DD1.2, образующих 8-разрядный регистр сдвига. Запись информации в регистр происходит по входам "D". На вход "D" регистра DD1.1 сигнал поступает с элемента обратной связи сумматора по модулю 2 — DD2.1 При включении питания возможно состояние регистров, когда на всех выходах присутствуют низкие уровни. Так как в регистрах М-последовательности запрещено появление нулевой комбинации, то в схему введена цепь запуска генератора, выполненная на элементе DD2.2 При включении питания последний формирует на своем выходе уровень логической единицы, который выводит регистр из нулевого состояния. На дальнейшую работу генератора цепь запуска не оказывает никакого влияния. Сформированный псевдослучайный сигнал снимается с 8-го разряда регистра сдвига и поступает для дальнейшего усиления и излучения. Напряжение источника питания может быть от 3 до 15 В.

В устройстве использованы КМОП микросхемы серии 561, их можно заменить на микросхемы серий К564, К1561 или К176. В последнем случае напряжение питания должно быть 9 В.

Правильно собранный генератор в налаживании не нуждается. Изменением тактовой частоты можно регулировать диапазон частот шума и интервал между спектральными составляющими для заданной неравномерности спектра.

Похожие книги из библиотеки

Неизвестная трагедия С-117

Море неохотно расстаётся со своими сокровенными тайнами. Иногда на это уходят долгие годы, однако чаще всего тайны так и остаются тайнами. Кто может сказать, сколько загадок и трагедий сокрыто под толщей океанов? Сколько человеческих жизней отдано во имя завоевания морей? Сколько кораблекрушений было и сколько их ещё будет?

Сегодня почти никто уже и не помнит давнюю загадочную и трагическую историю советской подводной лодки С-117. Время стёрло из памяти многое. И все же, думается, настала пора рассказать правду о том далёком от нас событии.

Танковые войны XX века

ДВА БЕСТСЕЛЛЕРА ОДНИМ ТОМОМ!

Полное издание обеих книг ведущего военного историка, посвященных танковым войнам XX века, в том числе и легендарному блицкригу.

Минувшее столетие по праву считается «Веком танков» — ни один другой род войск не оказал такого влияния на ход боевых действий: танки играли решающую роль в большинстве вооруженных конфликтов, совершив настоящую революцию в военном деле, навсегда изменив характер современной войны. Однако полноценные, по-настоящему эффективные танковые войска удалось создать лишь трем государствам — гитлеровской Германии, Советскому Союзу и Израилю, — только эти страны, пройдя долгий путь кровавых проб и ошибок, смогли разработать и успешно применить на практике теорию танковой войны, вершиной которой стал немецкий БЛИЦКРИГ, впоследствии взятый на вооружение советскими и израильскими танкистами. Анализу стратегии и тактики «молниеносной войны» посвящена вся вторая часть книги. Кроме того, особый интерес представляет глава, в которой автор моделирует несостоявшийся конфликт между СССР и НАТО, наглядно демонстрируя, что вопреки американским прогнозам на Европейском театре военных действий у Запада фактически не было шансов устоять против советской танковой мощи.

«Дирежаблестрой» на Долгопрудной: 1934-й, один год из жизни

Эта книга об уникальном советском предприятии, занимавшемся производством дирижаблей. 1934-й год выбран автором не случайно. В недолгой летописи «Дирижаблестроя» он наполнен рядом примечательных событий – успехами и неудачами в деле постройки дирижаблей, важными вехами истории будущего города Долгопрудного. Автор рассказывает не только о конструировании, производстве и испытаниях летательных аппаратов, но и описывает общественную, бытовую жизнь предприятия и посёлка на базе статей из местной газеты «Советский дирижаблист», которая начала выходить в январе 1934 г. Таким образом, книга эта – не просто повествование о недолгой, но романтической эпохе дирижаблестроения, но и уникальный срез повседневной жизни того времени.

Броненосцы типов “Виттельсбах”, “Брауншвейг” и “Дойчланд”. 1899-1945 гг.

Быстрое развитие военного судостроения в этой стране представляет собой разительный пример того, что может сделать государство, когда оно постоянно возбуждается к деятельности волею и мудростью своего государя. В 1870 году Германия имела только одну судостроительную верфь – в Данциге, где можно было строить сколько-нибудь более значительных размеров суда. Но, вслед за тем, в скором времени, стали и с неимоверной быстротой сооружаться верфи и в других местах империи, причем также прорыт был и Кильский канал, и та самая Германия, которая 25 или 30 лет тому назад не имела достаточных средств, чтобы завести у себя хотя бы небольшой флот и которая не далее еще как за 10 лет пред сим покупала половину своих военных судов в Англии, в настоящее время уже не только строит у себя дома все свои собственные военные суда, но с успехом наделяет таковыми еще и большинство иностранных государств.