Юный техник, 2014 № 03

Наш двигатель имеет 2 ротора и 3 статорные обкладки. Увеличив их число (и соответственно удлинив конструкцию), вы можете увеличить мощность двигателя. Конструкция, как вы видите, громоздкая, по сравнению с традиционными моторами той же мощности. Зато она почти невесомая, особенно если и станину вы сделаете из пенопласта. Она не требует ни трансформаторной стали для тяжелых сердечников, ни редкоземельных сплавов для магнитов. Так что, наверное, в технике найдутся области применения, где такая конструкция будет в самый раз. Например, для вентиляторов охлаждения высоковольтного оборудования. Малый вес мотора наводит на мысли о летающих моделях. А какие у вас еще будут мысли на этот счет?

ЗАОЧНАЯ ШКОЛА РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ Какая мощность нужна усилителю?

В последнее время фирмы-производители, желая поднять свои доходы, подталкивают потребителя к мысли, что чем больше выходная мощность музыкального центра или ресивера, тем качественнее звуковоспроизведение и тем «круче» владелец аппарата. За ними тянутся и самодельщики, конструируя все более мощные аппараты. А какая нужна на самом деле мощность усилителя звуковой частоты?

Танцуем от печки. Начать, естественно, следует не с производителей (цели их понятны), а с потребителя — человека и свойств его слуха. Наше ухо — удивительнейший и очень чувствительный орган, способный улавливать самые тихие звуки. Звук представляет собой волны, распространяющиеся в среде, в нашем случае колебания давления воздуха. Так же, как и абсолютное давление, равное примерно 1 атмосфере = 760 мм ртутного столба = 105 Па, амплитуда звуковых волн измеряется в единицах давления, в системе единиц СИ — в паскалях (Па). Один паскаль соответствует силе в один ньютон, распределенной по площадке в 1 м², перпендикулярной направлению распространения звука (1 Па = 1 н/м²). Звуковое давление — это отклонения давления воздуха от постоянного атмосферного, которое мы не чувствуем и не замечаем, поскольку оно действует на барабанную перепонку уха одинаково с обеих сторон.

Звуковые волны переносят энергию и характеризуются плотностью потока мощности, измеряемой в ваттах на 1 м², то есть мощностью, с которой звуковая волна проходит через единичную площадку, перпендикулярную направлению распространения звука. Именно мощность, улавливаемая ухом, и производит физиологические эффекты, позволяющие нам слышать. Громкость звука измеряется в децибелах. Один децибел — это 1/10 Бел, логарифмической единицы, названной в честь изобретателя телефона А. Белла.

При измерениях, связанных со звуком, децибелы хороши в том отношении, что восприятие громкости подчиняется логарифмическому закону, то есть громкость прямо пропорциональна логарифму звукового давления и мощности звуковой волны, или уровню звука, выраженному в децибелах. За нулевой уровень громкости принят условный (усредненный) порог слышимости человеком.

Плотность потока мощности П пропорциональна квадрату звукового давления р, связь здесь аналогична связи между мощностью и напряжением в электрических цепях, округленно: П = 0,0023∙р², р = 2√П. Таблица 1 связывает громкость звука, звуковое давление и плотность потока мощности.

Уровни громкости выше 100 дБ считают безусловно опасными для здоровья, а потеря слуха может наблюдаться, начиная с 80 дБ. Существуют документы, определяющие максимально допустимый уровень любых загрязнений, в том числе и звуковых (шумовых). Для концертных залов, дискотек и т. д. установлена норма 90 дБ, на время выступления музыкальных ансамблей — 85 дБ, при воспроизведении музыки электроакустическими системами — 70 дБ (везде указаны пиковые значения).

Интересно, а какая же акустическая мощность попадает при этом в ухо слушателя?

Пользуясь таблицей 1, собранной из многих источников, начиная со старинного «Справочника по радиотехнике» Г.Г. Гинкина издания 1947 года и кончая современными публикациями, это очень легко сделать. Приложите линейку к собственной ушной раковине и измерьте ее площадь. Получится что-то около 20 см², или 2∙10^-3 м². Остается помножить плотность потока мощности на эту площадь:

P_ак = П∙S

Поясню примерами: пусть мы услышали тихий шепот с расстояния 1 м — громкость 10 дБ, поток 10^-5 мкВт/м². Акустическая мощность составит 2х10^-8 мкВт, или 2х10^-14 Вт. Смещение частиц воздуха при столь слабом звуке составляет всего 10^-7 мм, что в тысячи раз меньше длины световой волны!

Вот каким невероятно чувствительным устройством снабдила нас природа. Как же не относиться к нему бережно! Однако мы можем еще повысить чувствительность уха, увеличив площадь сбора звуковой энергии с помощью слуховой трубки (до появления электронных слуховых аппаратов слабослышащие так и делали) или больших рупоров (звукоулавливатель).