форма сигналу

Зміни струму або напруги в часі можна представити у вигляді різних ліній, або графіків. Постійний струм, як незмінюється в часі, зображується прямою лінією (рис. 3.1 (а)), а змінний струм - всілякими кривими. Форма кривої змінного струму відображає періодичні зміни значення струму від максимального до мінімального, потім знову до максимального і т. Д. (Рис. 3.1 (б)). Кілька таких кривих показано на рис. 3.2.

Мал. 3.1. Графік постійного (а) і змінного (б) струмів

Повторювана частина сигналу змінного струму називається циклом сигналу. Так, на кривих, зображених на рис. 3.2, точка А є початком циклу, а точка В - його кінцем і початком наступного циклу.

Кількість циклів сигналу в одиницю часу називається частотою сигналу. Одиниця виміру частоти - герц (Гц). Наприклад, якщо цикл зміни сигналу повторюється один раз в секунду, то частота сигналу дорівнює 1 Гц, якщо 10 разів - 10 Гц (рис. 3.3).

Мал. 3.2. Типи кривих змінного струму: синусоїда (а), меандр (б), прямокутний (в), трикутний (г), пилкоподібний (д), імпульси (е).

Час, за яке завершується повний цикл зміни сигналу, називається тривалістю його періоду Т або просто періодом. Наприклад, якщо сигнал проходить всі зміни за одну секунду, то його період дорівнює 1 якщо за половину секунди, то період дорівнює 0,5 с.

Мал. 3.3. Сигнали різних частот. Мал. 3.4. Коефіцієнт заповнення менше 1.

Один період прямокутного сигналу можна розділити на мітку (Mark) і паузу (Space) (рис. 3.4). Ставлення тривалості мітки до тривалості паузи називається коефіцієнтом заповнення. Якщо тривалість мітки t1, а тривалість паузи t2, то

Тривалість мітки t1

Оскільки сигнал здійснює повний цикл зміни за один період, то
Період = t1 + t2.
Якщо коефіцієнт заповнення дорівнює 1, то
Тривалість мітки t1 = Тривалість паузи t2.
Це можна записати інакше:
Період = 2 * Тривалість паузи = 2 * Тривалість мітки.

Одиниці виміру частоти ƒ:

герц, Гц; кілогерц, кГц; мегагерц, МГц.

Одиниці виміру періоду Т:

мілісекунда, мс = 1/1000 с = 10 -3 с
мікросекунда, мкс = 1/1000 мс = 10 -3 мс = 10 -6 с

Співвідношення між частотою і періодом

Розглянемо графіки сигналів на рис. 3.5. Сигнал В має частоту вище, ніж сигнал А, але період сигналу В становить половину періоду сигналу А. При збільшенні частоти сигналу його період зменшується, навпаки.

Наступна таблиця містить співвідношення одиниць вимірювання частоти і періоду. Буде корисно, якщо ви її запам'ятаєте.

Звукові хвилі виникають в повітрі, наприклад, коли хтось говорить або при роботі гучномовця або пневматичного дриля, при налаштуванні по камертону і т. Д. Звукові хвилі змінюють тиск повітря, і повітря необхідний їм для поширення.
Інтенсивність звукових хвиль характеризується гучністю, тон характеризує їх частоту. При зміні частоти змінюється тон звуку.

Діапазон звукових частот, які сприймаються вухом людини, називається діапазоном аудіочастот. Він простягається від 20 Гц до 20 кГц. Звуки частотою нижче 20 Гц і вище 20 кГц людина не чує. На основі цього створено спеціальний свисток для підкликання собаки. Частота звукового сигналу цього свистка перевищує 20 кГц, тому собаки, що мають більш широкий частотний діапазон чутливості вуха, чують його, а людина - ні.

Чисті і інструментальні тони

Чистим тоном називається просте синусоїдальне коливання, що містить одну частоту (рис. 3.2 (а)). Інструментальний тон являє собою складне коливання, що складається з ряду синусоїдальних коливань різної частоти (рис. 3.1 (б)). Такі звукові коливання виникають, коли звучить мова або музика.

При додаванні декількох різних за частотою синусоїдальних коливань виникає складне коливання. І навпаки, складний сигнал можна розкласти на ряд входять до нього чистих синусоїдальних коливань. Серед цих простих синусоїдальних коливань розрізняють основну, або першу, гармоніку і набір гармонік. Таким чином, будь-який складний сигнал може бути розкладений на такі компоненти:

1. Перша, або основна, гармоніка. Просте синусоїдальне коливання, що має той же період, що і вихідне складне коливання.
2. Набір гармонік. Прості синусоїдальні коливання, частоти ко¬торих кратні частоті основної гармоніки. Наприклад, якщо частота першої гармоніки дорівнює 100 Гц, то

частота 2-й гармоніки = 2 * 100 = 200 Гц;
частота 3-й гармоніки = 3 * 100 = 300 Гц;
частота 4-й гармоніки = 4 * 100 = 400 Гц і т. д.

Чим більше номер гармоніки, т. Е. Що стоїть її частота, тим менше її амплітуда. Тому вищими гармоніками зазвичай нехтують.

Висота тону
Висота тону звукової хвилі вказує, в якій частині діапазону звукових частот знаходиться її частота.
Звуки високої тональності займають верхню половину діапазону аудіочастот, а звуки низької тональності - нижню половину. Жіночі голоси зазвичай мають більш високу тональність, ніж чоловічі. Барабан видає низькі звуки, а флейта - дуже високі, В складному коливанні частота основної гармоніки визначає тональність сигналу.

якість звуку
Якість звуку визначається числом гармонік інструментального сигналу, які відтворюються апаратурою без спотворення.

Приклади деяких складних сигналів

1. Основна гармоніка + 3-тя гармоніка (рис. 3.6).
2. Основна гармоніка + 2-я гармоніка (рис. 3.7).

Мал. 3.6. Основна гармоніка + 3-тя гармоніка (апроксимація прямокутного сигналу).

Мал. 3.7. Основна гармоніка + 2-я гармоніка (апроксимація пилообразного сигналу).

Гармонійні складові прямокутного сигналу

Прямокутний сигнал містить основну гармоніку плюс безліч непарних гармонік. Наприклад, прямокутний сигнал частотою 1 кГц складається з

основної гармоніки 1 кГц;
3-й гармоніки 3 * 1 = 3 кГц;
5-й гармоніки 5 * 1 = 5 кГц;
7-й гармоніки 7 * 1 = 7 кГц і т. Д.

Зауважимо, що складні коливання, що містять тільки непарні гармоніки, мають круто наростаючі фронти і різко спадають зрізи. Чим більше непарних гармонік містить сигнал, тим ближче його форма до форми прямокутного сигналу.

Гармонійні складові пилообразного сигналу
Пилкоподібний сигнал містить основну гармоніку плюс безліч парних гармонік. Наприклад, пилоподібний сигнал частотою 1 кГц складається з

основної гармоніки 1 кГц;
2-й гармоніки 2 * 1 = 2 кГц;
4-й гармоніки 4 * 1 = 4 кГц;
6-й гармоніки 6 * 1 = 6 кГц і т. Д.