دانلود مقاله سیگنال صوت

چکیده در فصل اول به معرفی سیگنال صوت و روش های تولید آن می پردازیم.

در فصل دوم ، بلوک دیاگرام مربوط به ساختار Audio Equolaizer و توضیحی مختصر در باره نحوه کار آن را خواهیم دید.

در فصل دوم، تعریف فیلتر و سنتز مدار و همچنین معرفی پارامترهای فیلتر را می‌آوریم فصل چهارم، دو تقریب معروف چبی شف و باتر ورث را به اختصار توضیح میدهد.

سپس در فصل پنجم و ششم، پس از مقایسه فیلترهای فعال و غیر فعال، استفاده از تقویت کننده عملیاتی را در فیلترهای فعال بالاگذر و پائین گذر و میان گذر خواهیم دید.

و پس از آن به معرفی فیلترهای فعال به کار رفته در این Audio Equolaizer خواهیم پرداخت.

فصل هفتم کاربردهای مختلف LM380 را به عنوان تقویت کننده صوتی، بیان می کند.

پس از آن در ضمینه (1) چند نمودار کاربردی، در فیلترهای فعال را خواهیم دید.

و در انتها نیز Datasheet مربوط به LM380 آمده است.

فصل دوم 2-2: یکنواخت ساز صوتی: هرگاه بخواهید بخشی از طیف صدا را مورد تاکید یا رد قرار دهید از فیلتر فعال استفاده میکنید.

اغلب وقتها برای پاسخهای Low-pass و high-pass از فیلتر افتان و برای کاربردهای Band-pass برای کاربرد عمومی صدا از مقادیر متوسط Q (یعنی از 2 تا 5) سر و کار داریم.

این امر به این معناست که فیلترهای فعال برای مصارف عمومی صدا بسیار سالده می باشد.

یکی از معروفترین شکلهای تغییر دهنده طیف، یکنواخت ساز گرافیکی می باشد که بلوک دیاگرام آن را در شکل (1-1) می بینید.

این نوع یکنواخت ساز شامل مجموعه ای از پتانسیومترها می باشد که به منظور تاکید یا تائید قسمتی از طیف صدا به کار برده می شوند.

از یکنواخت ساز گرافیکی در بهبود صدای واقع در اتاقها، تغییر صدای ابزار موسیقی، اضافه کردن جلوه های ویژه به یک قسمت صدای ضبط شده خام، برای بهبود صحبت در کانال و اموری از این قبیل استفاده می شود.

کانال های فیلتر از یک op.amp، Q پائین و فیلترهای Band-pass فعال تشکیل شده است.

این ابزار گفته شده معمولاً درون حلقه فیدبک تقویت کننده که در شکل بالا نمایش داده شده است قرار می گیرد.

این فیدبک عمل تقویت یا قطع بوجود می آورد.

خروجی این یکنواخت ساز از طریق یک تقویت کننده صوتی به بلندگوها می رسد.

باید در نظر داشت که تقویت کننده صوتی باید متناسب با توان بلندگو و همچنین مقاومت درونی آن در نظر گرفته شود.

شکل (2-1) یک کیت استریو که دارای 18 کانال یکنواخت ساز است را نشان می دهد.

فصل سوم 1-3: سنتز و آنالیز مدار: تعریف آنالیز و سنتز مدار د ر دیاگرام شکل (1-3) نشان داده است.

آنالیز مدار به محاسبه پاسخ یک مدار یا سیستم مشخص به تحریک داده گفته می شود.

طراحی یا سنتز مدار شامل یافتن یک مدار سیستم است که در آن پاسخ مشخصی به تحریک داده شده مد نظر می باشد.

درحالیکه دو عمل مذکور بنظر می رسد که معکوس یکدیگر هستند، ولی سه فرق اساسی دارند: یک مساله آنالیز همواره یک راه حل دارد، ولی یک مسئله طراحی ممکن است راه حلی نداشته باشد.

یک مسأله آنالیز همواره یک راه حل واحد دارد، ولی اگر یک مسئله طراحی قابل حل باشد ممکن است چندین راه حل داشته باشد.

در آنالیز مدار، چند روش اساسی محدود وجود دارد، ولی در طراحی مدار چندین تکنیک مختلف وجود دارد که بستگی به نوع کاربرد مدار یکی یا چند تا از این روشها اختیار می گردد.

بنابراین سنتز روشی علمی است که بر اساس آن مدار یا سیستمی طراحی می گردد، بطوریکه پاسخ آن به تحرک مشخصی، شرایط خاصی داشته است.

2-3: مشخصه دامنه، فاز، افت فیلتر فیلتر یک مدار خطی است که به منظور عبور مولفه های فرکانسی مطلوب و حذف مولفه های فرکانسی نامطلوب بکار می رود و در عمل و بخصوص در مخابرات کاربرد زیادی دارد.

بعنوان مثال می توان یک موج مربعی پریودیک را به کمک فیلتر به یک موج سینوسی به همان فرکانس و یا به فرکانس یکی از هارمونیک های آن تبدیل نمود و این کار در حقیقت با عبور مؤلفه فرکانسی مورد نظر و حذف بقیه هامونیکها موج مربعی صورت می گیرد.

بعنوان مثالی دیگر سیگنالهای فیزیولژی را در نظر بگیرید که اکثراً باند فرکانسی کمتر از 20HZ دارند.

دستگاههای اندازه گیری چنین سیگنالهایی مانند (elactronicardiography) ECG که ضربان قلب را دریافت میکند، همواره دچار اشکال طراحی در بخش حذف سیگنال 50HZ برق شهر هستند بطوریکه انتخاب بهترین نوع فیلتر که قادر به عبور سیگنالهای مذکور و حذف کامل سیگنال 50HZ باشد مسئله مهمی بشمار می رود.

فرض کنید F(s) تابع تبدیل فیلتر باشد، در این صورت تابع مختلط را می توان بفرم دامنه و فاز نمایش داد: را مشخصه دامنه فیلتر و را مشخصه فاز فیلتر گویند.

می توان نشان داد که چون f(t) یک تابع حقیقی است قسمت حقیقی تبدیل فوریه آن تابع زوج و قسمت موهومی آن تابه فرد از است.

بنابراین مشخصه دامنه فیلتر نیز تابعی زوج و مشخصه فاز آن تابعی فرد از خواهد بود.

مشخصه دامنه فیلتر را بر حسب دسی بل، افت فیلتر می نامند و از رابطه زیر بدست می آید: مشخصه دیگری که برای فیلترها مطرح می گردد و با فاز فیلتر مربوط است مشخصه تاخیر می باشد.

دو نوع تاخیر برای فیلتر تعریف می گردد که یکی تاخیر فاز (phasesDelay)Tp و دیگری تاخیر گروه یا تاخیر پوش (Group Delay=Envelope Delay)Tg نام دارد که با روابط زیر بدست می آیند: فرکانس مرکزی فیلتر عبارت است از میانگین هندسی فرکانس بالا و پایین تر از 3db گاهی اوقات فرکانس مرکزی فیلتر Band-pass تک قطبی، فرکانس رزنانس نامیده می شود و توجه داشته باشید که فرکانس مرکزی هرگز در اختلاف بین فرکانس های قطع بالا و پایین تر از 3db وجود ندارد.

فرکانس مرکزی همیشه ریشه دوم حاصلضرب فرکانس قطع بالا و پایین تر از 3db می باشد.

فرکانس مرکزی (میانگین هندسی) فرکانس قطع پایین 3db عرض باند نرمالیزه شده فرکانس قطع بالاتر از 3db درصد عرض باند عرض باند Q فیلتر را حاصل تقسیم فرکانس مرکزی فیلتر بر عرض باند آن تعریف می کنیم یعنی: فصل چهارم مسئله تقریب تقریب اولین مسئله طرح یک فیلتر است و عبارتست از تعیین تابع تبدیلی که اولاً دارای شرایط تحقق پذیری بوده و ثانیاً مشخصه آن با مشخصه مورد نظر با دقت خوبی تطابق داشته باشد.

هرچه درجه تابع تبدیل بیشتر باشد، تعداد پارامترهای آزاد در آن بیشتر می گردد و لذا یک مشخصه ایده آل را بهتر می تواند تقریب زد.

ولی در عوض، برای تحقیق آن نیز تعداد عناصر بیشتری لازم خواهد بود.

1-3: تقریب مشخصه دامنه یکنواخت مشخصه دامنه یک فیلتر تابعی رادیکالی از است و بهمین دلیل در حالت کلی برای تقریب مشخصه دامنه اعم از یکنواخت و غیر یکنواخت، مربع دامنه که تابع کسری از است، در نظر گرفته می شود: بنا بر این مشخصه مربع دامنه مفروض با یک تابع کسری زوج از تقریب می گردد.

منظور از مشخصه دامنه یکنواخت که تقریب آن موضوع این بخش است، مشخصه ای است که (بطور ایده آل) در ناحیه ای از باند فرکانسی موسوم به باند عبور (Pass Band) مقداری ثابت و در ناحیه ای دیگر موسوم با باند حذف (Stop Band) مقدار صفر داشته باشد.

با فیلتری که چنین مشخصه دارد می توان تمام مؤلفه های فرکانسی یک سیگنال مطلوب (واقع در باند عبور) را با دامنه یکنواخت عبور داد، ولی نویز و سایر سیگنالهای ناخواسته واقع در خارج از باند عبور را حذف نمود.

در شکل (1-4) مشخصه دامنه یکنواخت برای حالت LP نرمالیزه نشان داده شده است.

در روی محور فرکانس لبه باند عبور که به فرکانس قطع (cut off) موسوم است، برابر واحد فرض شده است.

بعداً می توان برای دی نرمالیزه کردن تابع بجای نسبت را قرار داد.

در رو.ی محور دامنه نیز ماکزیمم برابر واحد فرض شده است .

در این مورد نیز می توان تابع بدست‌آمده را در یک ضریب ثابت مثبت ضرب نمود.

در تقریب مشخصه دامنه یکنواخت همیشه ساده تر است که مربع دامنه را بفرم زیر درنظر بگیریم.

2-4: تقریب باتروث تقریب باتروث ساده ترین تقریب مشخصه دامنه یکنواخت است و برای فیلتر تمام قطب به کار می رود.

در فیلتر تمام قطب تابع H یک چند جمله ای درجه N2 از است.

در حالت کلی چنین چند جمله ای فقط در N2 نقطه از محور می تواند صفر شود.

در تقریب باتروث تمام این نقاط در مبدأ قرار داده می شوند، یعنی در رابطه فوق K ضریب ثابتی است.

با اینکار علاوه بر اینکه H در مبدأ صفر است، کلیه مشتقات آن نیز در مبدأ صفر می گردند.

بدین ترتیب مشخصه آن در حول مبدأ تا حد ممکن تخت شده و بهترین دقت در حوالی این نقطه حاصل خواهد شد.

تقریب باترورث را بدلائل گفته شده، تقریب تا حد ممکن تخت هم گویند.

در شکل (2-4) تغییرات H به ازاری سه مقدار N نشان داده شده است و ملاحظه می گردد که با زیاد شدن N مشخصه H به شکل ایده آل نزدیک می شود (در باند عبور تخت تر شده و در باند حذف زودتر به سمت بی نهایت میل می کند).

توابع مربع دامنه و افت فیلتر را می توان از روابط کلی بالا بدستآورد: توابع مربع دامنه و افت فیلتر را می توان از روابط کلی بالا بدستآورد: (db) پارامتر مقدار افت فیلتر را در فرکانس قطع کنترل می کند.

3-4: تقریب چبی شف در این تقریب نیز فیلتر تمام قطب در نظر گرفته می شود و لذا تابع یک چند جمله ای درجه N2 می باشد.

بر خلاف تقریب باتروث که بهترین دقت را در حوالی وسط باند عبور ایجاد می کند، در اینجا تمایزی بین نقاط مختلف باند عبور قائل نمی شویم.

بدین ترتیب که برای باند عبور یک ماکزیمم خطای مجاز (مثلاً یک واحد) قائل می شویم چند جمله ای H را چنان پیدا می کنیم که در باند عبور بین ماکزیمم خطا (یک) و می نیمم خطا (صفر) نوسان کند.

این چند جمله ای در باند حذف خیلی سریعتر از هر چند جمله ای هم درجه دیگری که محدود به همین مقدار خطای باند عبور باشد، به سمت بی نهایت میل می کند.

در نتیجه تابع مربع آن خیلی سریعتر از تابع مربع دامنه هر فیلتر تمام قطب دیگری به سمت صفر میل می کند.

مطلب فوق را به کمک یک مثال (3=N) اثبات می کنیم.

در شکل (3-4) منحنی 1 یک شکل فرضی برای چند جمله ای مورد نظر با نوسان بین صفر و یک می باشد.

در این مثال H از درجه 6=N2 بوده و لذا برای آن 6 صفر مضاعف (محل های تماس منحنی با محور ) در نظر گرفته شده است.

ابتدا ثابت می کنیم که در فرکانس قطع شیب این چند جمله ای از شیب هر چند جمله ای درجه 6 دیگری بیشتر است.

برای این منظور فرض می کنیم، منحنی (2) مربوط به یک چند جمله ای درجه 6 با شیبی بیشتر باشد، بطوریکه در شکل مشاهده می شود، لازمه آن این خواهد بود که دو منحنی (1) و (2) یکدیگر را در ه9شت نقطه قطع کنند و این ممکن نیست.

زیرا اگر دو چند جمله ای آنها را مساوی یکدیگر قرار دهیم یک چند جمله ای درجه 6 بدست می اید که 6 ریشه خواهد داشت.

حالا با استفاده از این مطلب، برای اینکه ثابت کنیم، منحنی (1) از هر درجه منحنی درجه 6 دیگری سریعتر بسمت بی نهایت میل می کند، فرض می کنیم منحنی (3) مربوط به یک چند جمله ای درجه 6 باشد که گرچه در فرکانس قطع شیب کمتری از شیب منحنی (1) دارد، ولی در باند حذف از آن سبقت گرفته و زودتر به بی نهایت برسد (در شکل نشان داده نشده است).

این حالت ممکن نیست.

زیرا لازمه آن این خواهد بود که منحنی (3) منحنی (1) را در خارج باند عبور در دو نقطه (سمت چپ و سمت راست محور قائم) قطع کند.

یعنی با احتساب چهار نقطه تلاقی در داخل باند عبور و دو نقطه 1، 8 نقطه تلاقی با منحنی (1) داشته باشد که به همان دلیل قبلی نیست.

در شکل (4-4) مشخصه مربع دامنه چبی شف در درجه سوم و چهارم رسم شده است.

فصل پنجم سنتز فیلترهای فعال 1-5: مقایسه فیلترهای فعال و غیر فعال 1-محدودیتهای فیلتر پسیو LC: فیلتر پسیو، محدودیتهایی دارند.

از جمله اینکه در فرکانسهای پایین سلفها بسیار بزرگ شده و در نتیجه فیلتر سنگین و حجیم می گردد (حتی گاهی اوقات غیر قابل سنتز).

در همه جا سلفهای بزرگ، علاوه بر حجیم و سنگین بودن بعلت تلف زیاد (مقاومت داخلی زیاد) و پراکندگی زیاد از کیفیت نامطلوبی برخوردار است.

خازنهای با ظرفیت بالا نیز بدلیل مشابه دارای کیفیت مناسبی نیستند.

تحت این شرایط، تنها راه چاره استفاده از فیلترهای پسیو RC است.

2-محدودیتهای فیلتر پسیو RC: چون قطب فیلترهای پسیبو نردبانی RC همراه روی محور حقیقی قرار دارند، لذا بسیاری از توابع تبدیل مفید (مثل باتروث، چبی شف و ...) به دلیل داشتن قطبهای مختلط نمی توان بصورت پسیو سنتز کرد (بدون مقاومت بار و منبع).

فیلترهای اکتیو RC، در فرکانسهای پایین، فاقد اشکالات فوق هستند.

خواص فیلترهای فعال و غیر فعال در جدول زیر آمده است: 2-5: حساسیت محاسبه حساسیت به منظور: (الف) تعیین حساسترین عنصر با دقت بیشتر محاسبه شده و از جنس مرغوبتر استفاده شود.

(ب) حداقل کردن حساسیت با انتخاب مدار و مقادیر عناصر مناسبتر (با توجه به درجه آزادی در انتخاب عناصر) صورت می گیرد.

اگر بفرض y یکی از پارامترهای فیلتر باشد (فرکانس قطع، مشخصه دامنه و ...) و داشته باشیم: تابعی از عنصر x y=f(x) در این صورت طبق تعریف داریم: مثلاً اگر حساسیت 2 باشد و با تغییر x به اندازه %1، y به مقدار %2 تغییر خواهد کرد.

اگر تغییرات نسبی x و y کم بادش می توان نوشت بعضی از خواص و روابط مفید در محاسبه حساسیتها بشرح ذیل هستند.

روابط سمت راست، از 6 رابطه اصلی سمت چپ نتیجه شده اند.

3-5: سنتز تابع تبدیل پائین گذر درجه 2 (LP) ]2[ داریم : اگر بین دو معادله را حذف کنیم، خواهیم داشت: از مقایسه ضرایب، نتیجه می شود: ملاحظات کلی: 1-سه معادله و پنج مجهول داریم.

یکی از مجهولها را می توان با نرمالیزاسیون امپدانس مشخص کرد و بنابراین یک درجه آزادی خواهمی داشت.

2-فقط حساسیت Q مهم است و هرچه K بزرگتر باشد، مهمتر می گردد و بازای K=1 حساسیت Q نسبت به عناصر می نیمم می شود ولی ممکن است نسبت به K حساس باشد.

4-5: سنتز تابع بالا گذر درجه 2 (HP) با استفاده از نتایج بدست آمده در مورد سنتز پایین گذر، سنتز بالا گذر را بیان می کنیم.

برای پایین گذر داریم: اگر از تبدیل استفاده کنیم، می توان نوشت: که اگر در رابطه فوق و تبدیل شود، رابطه تابع فیلتر بالا گذر درجه دو بدست می آید.

5-5: سنتز تابع تبدیل میان گذر درجه دو (BP) دو مدار بررسی می کنیم که اولی تا حدود Q=16 قابل استفاده است و دومی را می توان تا Q=100 استفاده کرد.

در سنتز با یک Op.amp داریم: اگر را حذف کنیم خواهیم داشت: از اینجا به دست می آید: ملاحظات کلی: در اینجا 5 پارامتر مجهول و سه معادله وحود دارد.

اگر از نرمالیزاسیون استفاده کنیم، یک درجه آزادی داریم.

حساسیتهای پارامترها نسبت به عناصر همه کوچکتر یا مساوی 1 است.

در حالت نرمالیزه عناصر را بر حسب یکی از عناصر (مثلاً ) بدست می آوریم.

برای Q کم می توان را هر مقداری که را منفی نکند، انتخاب نموده و بقیه عناصر را پیدا کرده و برای Q زیاد ممکن است، پراکندگی عناصر زیاد شود.

از نظر پراکندگی خازنها داریم: یا = پراکندگی خازنها لذا بهتر است حتی الاامکان به یک نزدیک باشد.

برای Q زیاد، بزرگترین هدایتی و کوچکترین آن هستند، بطوریکه داریم: پراکندگی هدایتها حداقل پراکندگی فوق بازای رخ می دهد که از نظر خازنها نیز ایده آل است.

بنابراین می توان نوشت: ـــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ مقدمه : در طراحی و ساخت سیستمهای مخابراتی و صوتی و تصویری مهمترین موضوعی که وجود دارد این است که بتوانیم سیگنال فرستاده شده را به بهترین کیفیت دریافت کنیم و بیشترین شباهت بین سیگنال خروجی و ورودی برقرار باشد و در سیگنال صوت و تصویر اینکه شنونده و بیننده بهترین تصویر ممکن و با کیفیت ترین صدارا دریافت کند.

هر قدر هم که یک سیستم گیرنده با دقت و کیفیت طراحی شود باز هم به علل مختلف خروجی ها بطور کامل دلخواه ما نخواهد بود و عوجاج سیگنالها و نویز محیط خروجی را خواب خواهند کرد سعی طراحان به این است که ادواتی را به مدار اضافه کنیم تا اینکه خروجی ها به سیگنال ایده آل نزدیک شود .یکی از این مدارات متعادل کننده EQUALIZER است در بحث حاضر ما روی متعادل کننده های صوتی منمرکز خواهیم شد که در فرکانس صوت یعنی 20هرتز تا 20 کیلو هرتز کار می کنند .

امر.زه تمام ادوات صوتی مانند رادیو ، ضبط ، اکو ،آمپلی فایر و ...

مدارات متعادل کننده به انواع مختلف دیجیتال و آنالوگ وجود دارد .که از لحاظ تعداد کانالهای فرکانسی نیز گوناگون می باشند بسته به نیاز معمولا از 3 کانال تا 20 کانال در صورت دیده می شود که هر چه تعداد کانالها بیشتر باشد امکان کار روی صوت بیبشتر می شود در عین حال هزینه و حجم مدار وسیعتر خواهد شد .اصول کار اکولایزر بر اساس فیلترهای میان گذر می باشد که برای هر کانال فیلترهایی در نظر گرفته می شود در پروژه جاری سعی شده است که سیگنال صوت و روشهای تولید ان بررسی شود ضمن اینکه به ورودی و خروجی مدارات صوتی یعنی میکروفون و بلندگو نیز توجه شده است .

سپس به معرفی اکولایزر و نحوه کار کردن و روشهای ساخت آن پرداخته شده و همچنین بررسی انواع فیلترها و فیلترهایی که در پروژه جاری به کار رفته و طراحی آنها پرداخته شده است .در ادامه به نحوه ساخت و پیاده سازی و طراحی این مدار 6 کاناله توضیح مدار و قسمتهای مختلف آن و توضیح در مرد آمپلی فایر بکار رفته در آن LM380 پرداخته شده است .

معرفی سیگنال صوت : صوت عبارت از ارتعاشاتی است که قابل شنیدن باشد و این ارتعاشات را اجسام مادی مرتعش در اطراف خود منتشر می سازند .مبحثی از فیزیک که در آن از پدیده صوت بحث می شود اکوستیک نام دارد .

هر گونه صوتی را که در نظر بگیریم از لحاظ احساسات مربوط به حس شنوایی دارای سه خاصیت اصلی است : شدت ،ارتفاع و طنین صوت .شدت صوت تاثر از انرژی صوتی است که به عوامل مختلفی بستگی دارد : مقدار انرژی است که در واحد زمان از واحد سطح عمود بر امتداد انتشار عبور می کند دامنه ارتعاشات فرکانس ارتعاشات جرم واحد حجم از حجم مرتعش سرعت انتشار صوت در جسم مرتعش شدت صوت را ممکن است به کمک خاصیت رزنانس زیاد کرد یعنی : هر گاه در پهلوی جسک A که قابلیت ارتعاش کردن دارد جسمی مانند B را به ارتعاش در می آوریم اگر پریود مخصوص یکی از ارتعاشات آزاد جسم A مادی باشد باید دیوار ارتعاش جسم B در این صورت جسم A نیز به ارتعاش درخواهد آمد این پدیده را رزنانس و جسم A را رزناتور گویند .

قدرت منابع صوتی : از روی محاسبه شدت صوت در یک نقطه معین می توان به قدرت منبع آن پی برد این موضوع برای انتخاب محل نطق و خطابه و مرز یک و غیر آن دارای کمال اهمیت است .

در مورد صحبت و در حدود فرکانس صدای انسان قدرت متوسط صوت ناطق در حدود میکرو وات است .

ولی باید در نظر داشت که انرژی فرکانسهای زیاد صدای انسانی در موقع صحبت با انرژی فرکانسهای کم اختلاف کلی دارد و ممکن است انرژی صوت انسانی در موقع صحبت به هزار میکرووات نیز برسد .

ارتفاع صوت : صدای خشن و کلفت را بم و صدای نازک و تیز را زیر و خاصیت زیر و بمی هر صوت را ارتفاع آن می نامند .

صدای زیر ارتفاع بیشتری از صدای بم دارد .

ثابت شده است که زیر و بم بودن هر صدا با فرکانس آن ارتباط دارد یعنی هر اندازه فرکانس صدا بیشتر باشد صدا زیر تر و هر چقدر فرکانس آن کمتر باشد صدا بم تر است .نکته دیگر اینکه ارتفاع صوت به شدت صوت بستگی ندارد ولی ثابت شده که وقتی شدت صوت زیاد شود اگر صوت بم بوده بم تر و اگر زیر بوده زیر تر می شود .

حدود ارتفاع صوت : گوشهای معمولی ارتعاشات با فرکانس کمتر از 16 هرتز و بیشتر از 38 کیلو هرتز را حس نمی کنند .ولی حد متوسط برای گوش انسان را بین 20 هرتز و 20 کیلو هرتز در نظر می گیرند .

هارمونیک ها : وقتی در یک جسم ارتعاشاتی پیدا شوند که فرکانس آنها نسبت به یکدیگر مانند اعداد N ...

3،2، 1 باشند در این صورت بم ترین آنها را ارتعاش اصلی و بقیه آن را هارمونیک آن صوت اصلی می نامند .

طنین صوت : تجربه نشان می دهد که هرگاه یک نت مخصوص را یکدفعه با یک آلت موسیقی بنوازند در حالی که چشم را بسته باشند گوش بخوبی تشخیص می دهد که این دو صدا از دو اسباب مختلف است .از اینجا معلوم می شود که هر اسباب و آلت موسیقی در موقع ادای یک نت خاصیتی مخصوص به خود دارد .این کیفیت و خاصیت مخصوص به هر صدا را طنین صدا نامند .

برای بیان علت آن فرضیه های مختلفی وجود دارد ، بعضی آنرا بواسطه وجود اختلاف فاز در دو صدا می دانند ، بعضی معتقدند که طنین هر صوت مربوط به عده و نوع و شدت هارمونیک هایی است که با صوت اصلی آن همراه است یعنی مثلا در یک نت هارمونیک هایی دو ،چهار ، شش ، دوازده و بیست موجود است و در دیگری هارمونیک هایی شش و بیست .

روشهای تولید صوت : ایجاد یک تک فرکانس بوسیله ارتعاش یک جسم مانند فنر و ترکیب فرکانسهای مختلف.

کار مرتعش که امواج عرضی روی آن منتشر می شود و این طور در نظر می گیریم که حرکت تعداد معینی از جرمهای مساوی که در طول تار بی جرمی به فاصله های مساوی قراردارند و سپس این تحلیل را به نعداد بی شماری جرم بسط دهیم که فاصله آنها بی اندازه کم است بدین ترتیب بی نهایت نقطه جرمدار تاره نقش خواهیم داشت که حل آن معرفی بی نهایت فرکانس گوناگون ارتعاش است .

ارتعاش میله ها : نوع مهم دیگر انتشار موجهای طولی در میله است هنگامی که آشفتگی موج طولی در طول چنین میله ای منتشر شود جابجایی ذرات میله به موازات محور آن است اگر ابعاد عرضی میله نسبت به طول آن کوچک باشد هر سطح مقطع عمود بر محور را می توان واحد متحرکی گرفت در واقع هنگام انتشار موج طولی در میله ، تراکم و انبساط لایه ها سبب جابجایی نقاط میله در امتداد عرض می شود ..ولی اگر میله نازک باشد می توان حرکات جانبی لایه ها را نادیده گرفت کاربردهای میله های مرتعشی با موجهای طولی در وسائل آکوستیکی فراوان است .از جمله میله های استارزه فرکانس به ابعاد مختلف برای تولید صدا با ارتفاعهای مشخصی را می توان نام برد .

در این میله ها فرکانس نسبت عکس با طول دارد .

ارتعاشهای یک صفحه تخت : بر خلاف موارد قبلی این ارتعاش دو بعدی می باشد یعنی ارتعاش یعنی اراعاش هر نقطه بستگی به وضع آن نسبت به محور دارد مانند پوسته گرد که از اطراف بطور یکنواخت کشیده شده یباشد و در آن نیروی برگرداننده وابسته به سختی در برابر نیروهای وابسته کششی قابل چشم پوشی است نمونه های آن پوسته کشیده شده روی دهانه طبل یا دیافراگم میکرو خازنی است و دیگری ورقه نازک گذر است که عامل اصلی ارتعاش آن سختی جسم است از نمونه های آن دیافراگم های گوشی دهانه تلفنهای معمولی است صوت ناشی از امواج تخت : که معمولا فرکانسی بالاتر از حد شنوایی دارند و معمولا در گوش ایجاد درد می کنند که این امواج سه بعدی هستند مانند صدای هواپیمای جت .

بلندگوها : بلندگوی ایده آل باید دارای مشخصات زیر باشد : باید دارای کارایی الکترواستاتیکی نزدیک به صد در صد باشد .

پاسخ صوتی که از آن خارج می شود در فاصله کامل فرکانسهای قابل شنیدن مستقل از فرکانس باشد .

در صوت خروجی هارمونیک داخل نسازد و همچنین بوسیله مدولاسیون داخلی در آن عوجاج ایجاد نکند .

سیگنالهای راکد به آن واردمی شوند بتواند عینا به همان شکل دوباره بسازد.

قادر باشد صوت را در اطراف خود مستقل از راستای بخصوص منتشر کند .

تا حد امکان از لحلظ اندازه کوچک باشد .

شساختن بلندگوی که تمام خواص بالا را داشته باشد ممکن است مشکل باشد ولی سعی میکنیم حتی الامکان به این مشخصات نزدیک شویم .

دو نوعی که بیش از همه به کار می روند عبارتند از بلندگوهای دینامیکی و بلندگوهای بوق دار .هر دوی این بلندگوها از کوپلینگ الکترودینامیکی که بین حرکت صفحه ای مرتعش به نام مخروط بلندگو یا دیافراگم و جریان موجود در VOICE-COIL یا پیچک صوتی برقرار است استفاده می کنند .انواع دیگر کوپلینگ الکترو دینامیکی که برای این مقصود بکار می روند عبارتند از کوپلینگ الکترواستاتیک و کوپلینگ الکترومغناطیسی در گیرنده های تلفنی .

بلندگوی دینامیکی : مخروط بلندگو تابش خود را به یک طرف دیوارک بیکران مسطحی که بلندگو روی آن نصب شده می فرستد .

اتلاف نیز وجود دارد که مربوط به انعطاف مکانیکی ماده چنین است که برای محدود کردن حرکت مخروط در لبه خارجی آن و نیز در نزدیک پیچک صوتی نصب شده و سبب می شود که حرکت ازاد مخروط فقط در امتداد محور آن باشد .وقتی فرکانس حرکت دهنده بالا باشد مخروط بلندگو دیگر به شکل یک واحد حرکت نمی کند بلکه به منطقه های مختلف تقسیم می گردد.یعنی وقتی که بعضی از این منطقه های روبه بیرون در حرکتند منطقه های دیگر حرکت رو به درون خواهند داشت .وقتی این عمل روی داد مقدار ثابت سربسته تغییر می کند .پیچک صوتی مستقیما به صفحه لرزان اتصال دارد و می تواند در میزان شعاع مغناطیسی که امتداد آن عمود بر پیچش پیچک قرار گرفته به جلو و عقب حرکنت کند .اگر میدان مغناطیسی را که در آن پیچک حرکت نمی کند یکنواخت فرض می کنیم نیروی راننده که به مخروط بلندگو وارد می شود متناسب است با جریانی که داخل پیچک جاری است .به علت انعطاف پذیری سطح تابنده بلندگوی مخروطی راستای انتشار پرتوهای صوتی آن وسیع است .این خاصیت بواسطه محدود بودن سرعت موجهای ارتعاشی عرض در مخروط است که سبب می شود حرکت قسمتهای محیطهای مخروط نسبت به حرکت پیچک صوتی و قسمت مرکزی مخروط بیافتد .وقتی زاویه مخروط بزرگتر شود خاصیت راستا وری پرتوهای انتشار یافته اند از بلندگوو کم شود .یعنی این خاصیت در زاویه های بزرگتر کمتر از وقتی است که زاویه کوچک باشد .علت این است که که در حالت نخست سختی موثر سطح بلندگو کمتر است .

سر انجام در فرکانسهای بالاتر از فرکانس تصلی رزونانس مربوط به سطح مخروط ، سخت نبودن آن سبب می گردد که قسمتهای مختلفش با فاز مخالف به ارتعاش در ایند در نتیجه شعاع موثر مخروط با زیاد شدن فرکانس کم می شود .که سبب وسعت صدای منتشر شده از بلندگو می گردد.دو اثری که در کم کردن شعاع موثر مخروط پیدا می شود عبارت است از کم شدن مقاومت تابی که سبب کم شدن مقدار بازداره آکوستیکی در فرکانسهای زیاد می گردد با وجود این تا حدودی این کاهش بر اثر کم شدن جرم موثر متعلق به مخروط جبران گردد .در فرکانسهای کم که برای انتقال حرکت مرکز مخروط و رسیدن آن به حلقه بیرونی وقت کوتاهی نسبت به پریود ارتعاش لازم است می توان فرض کرد که مخروط مانند سطح سختی ارتعاش می کند .سرعت انتشار موجهای ارتعاشی عرضی در مخروط کاغذی عموما تابع کلفتی ، سختی و زاویه مخروط و همچنین تابع فرکانس وارد به آن است با وجود این در مخروطهای که معمولا در تجارت بکار می رود سرعت مشاهده شده در حدود 500 متر بر ثانیه است .در نتیجه برای رسیدن هر نوع آشفتگی ، حرکتی از پایین به حلقه بیرونی مخروطی به زاویه 120 که 501 متر شعاع آن باشد زمانی در حدود 4/1 ثانیه بیشتر لازم نیست و بنابراین می توان بطور معقولی فرض کرد که در فرکانس کمتر از 500 هرتز مخروط به شکل یک واحد یکپارچه حرکت می کند.

در فرکانسهای بالا دیگر مخروط به صورت یکپارچه ارتعاش نمی کند بلکه ارتعاش آن در منطقه های جداگانه ای که بوسیله دایره های گرهی از یکدیگر جدا می گردند انجام می پذیرد.

دامنه ارتعاش در منطقه بیرونی نسبتاً کوچک است.

چنانچه با تقریب می توان گفت ارتعاشها فقط از قسمت مرکزی با شعاع و جرم خاص که با زیاد شدت فرکانس کم می شود منتشر می شوند.

این کاهش در شعاع مؤثر مخروط صورت می گیرد سبب می شود ایستادگی مؤثر به تشعشع تقریباً با کم شود.

چون این دستگاه در فرکانسهای بالا با جرم کنترل می شود بنابراین امپدانس مکانیکی آن مساوی است با .

اگر از بکاهیم و بر فرکانس بافزائیم با سرعتی که پیستون سخت زیاد می شد افزایش نمی یابد.

زیرا در پیستون سخت به مقدار ثابتی باقی می ماند.

-نتیجه این دو اثر این است که کارایی بلندگوی مخروطی برای فرکانسهای بیش از 1000 هرتز تا اندازه ای افزایش می یابد و اگر بخواهیم که مخروط کاغذی زیاد تقریباً مانند پیستون با شعاع کوچکتر ارتعاش کند این منظور را می توان تا حدود زیادی بدین سان تأمین کرد که مخروط را با تعداد زیادی قطعات چین دایره ای بسازیم وقتی که باند گو را بوسیله تقویت کننده با لوله های تخلیه شده به ارتعاش درآوریم بسیار دشوار است که در داده آن را به مقدار معینی مستقل از فرکانس نگاهداریم.

این دشواری به خصوص در فرکانسهای بالا زیاد می شود.

در این فرکانسها امپدانس الکتریکی Z1 به سرعت با زیاد شدن رامتانس القایی WLE زیاد می گردد در نتیجه وقتی که ولتاژ ثابتی را به دو قطب ورودی تقویت کننده متصل سازیم پاسخ آگوستیکی بدست می آید نسبت به منحنی پاسخ بلندگویی که توان مفروض ثابتی به آن وارد ساخته باشیم با سرعت بیشتری تنزل می کند.

حل مسئله یکنواخت نگهداشتن بازداده آکوستیکی بلندگوها در فرکانسهای پائین دشوارتر است از حل همین مسئله در فرکانسهای بالا یکی از روشهای بهتر کردن پاسخ بلندگو در فرکانسهای کم این است که شعاع بلندگو را زیاد کنیم.

با وجود این افزایش کارایی بدینوسیله بر طبق انتظار نخواهد بود زیرا اگر جرم بلندگو هم زیاد می شود.

راه دیگر تقویت پاسخ در فرکانس پائین این است که سختی سیستم تعلیق را کم کنیم تا در نتیجه فرکانس رزونانس مکانیکی کاهش یابد.

ولی اگر سختی را زیاد کم کنیم جابجایی مخروط در فرکانسهای پائین خیلی زیاد می شود و این ممکن است تداخل هارمونیکها را موجب شود که این تداخل هرچقدر هم کم باشد اثر نامطلوب دارد زیرا موجب تیزی صوت و غیرطبیعی شدن آن می شود روش دیگر اصلاح بلندگو در فرکانسهای پائین این است که بلندگو را در نوعی جعبه که سبب تقویت خروجی می شود سوار کنند.

گروهی از اینگونه جعبه ها خروجی با اینگونه تقویت می کنند که مقاومت تشعشعی را که بر مخروط بلندگو وارد می شود نسبت به بلندگویی که در دیوار نصب شده باشد افزایش می دهند.