Книга сельского радиолюбителя

DjVu

      ПРЕДИСЛОВИЕ
      Под руководством Коммунистической партии при непосредственном участии комсомола, профсоюзных и других культурно-просветительных и общественных организаций во многих областях и краях СССР проведены огромные работы по радиофикации села. К настоящему времени радиофицированы тысячи колхозов, совхозов и МТС.
      Значительную помощь делу радиофикации села оказывают радиолюбители. В результате их деятельности десятки тысяч колхозников получили возможность слушать радиопередачи из Москвы и других культурных центров СССР.
      Коммунистическая партия и Советское правительство поставили задачу обеспечить в течение ближайших лет завершение радиофикации всех колхозов, машинно-тракторных станций и других населенных пунктов в сельской местности. Особое внимание уделяется радиофикации новых совхозов, созданных для освоения целинных и залежных земель. Во всех этих совхозах должны быть построены радиотрансляционные узлы; все тракторные колонны и полеводческие бригады должны получить радиоприемники.
      Решению поставленной партией и правительством задачи — коренным образом улучшить руководство сельскохозяйственным производством — помогает организованная связь центральных усадьб машинно-тракторных станций с полевыми бригадами. Десятки тысяч радиостанций уже работают на полях нашей Родины. Количество их с каждым годом увеличивается. Большую роль должна сыграть радиосвязь на освоении новых целинных и залежных земель.
      Чтобы новые сотни и миллионы радиоприемников и радиоточек, сотни и тысячи радиотрансляционных узлов и радиостанций, которые получат в эти и последующие годы наши колхозы, совхозы и МТС, были технически грамотно установлены, правильно эксплуатировались, бесперебойно работали и обеспечивали слушателям высококачественное звучание радиопрограмм, недостаточно только роста кадров радиоспециалистов. Указанные задачи могут быть успешно выполнены лишь при условии увеличения радиотехнической грамотности самых широких слоев сельского населения.
      Многие комсомольцы, работающие над освоением новых земель, многие колхозники и работники совхозов всех возрастов хотят знать, какими техническими средствами доносится голос столицы нашей Родины — Москвы до самых отдаленных сельских мест, иметь понятие об устройстве и работе радиоприемников, сельских радиоузлов и радиостанций, связывающих центральную усадьбу МТС с нолевыми бригадами, уметь правильно пользоваться радиоприемниками и радиотрансляционными точками, знать, что нужно делать, чтобы устранять при необходимости неисправности в сельском радиотехническом оборудовании.
      В связи с этим необходимы широкая популяризация радиотехнических знаний среди работников сельского хозяйства, дальнейшее развитие радиолюбительства на селе.
      В этой книге, являющейся переработанным и дополненным изданием «Книги сельского радиофикатора», выпущенной Гоезнергоиздатом в 1951 г., в доступной для радиолюбителя форме излагаются элементарные основы радиотехники применительно к условиям сельской радиофикации. Книга знакомит сельского радиолюбителя о наиболее распространенными на еле типами радиоприемников, источниками питания радиоустройств, устройством радиоузлов и радиотрансляционных сетей, радиостанциями типа «Урожай». Кроме того, в ней описывается установка радиоприемников и антенн, а также приведены правила пользования радиоустановками.
      Книга рассчитана на читателя, имеющего общеобразовательную подготовку по физике и математике в объеме 7 классов средней школы.
      Первые шесть и последняя главы написаны Р. М. Малининым, раздел «Неисправности радиоприемников» гл. 6 и остальные главы — В. Н. Догадиным; введение написано совместно.
      Отзывы и замечания по этой книге просим направлять по адресу: Москва, Ж-П4, Шлюзовая наб., д. 10, Государственное энергетическое издательство.
      Авторы
     
      ВВЕДЕНИЕ
      Развитие радио в нашей стране
      7 мая 1895 г. великий русский ученый Александр Степанович Попов на заседании Физико-химического общества в Петербурге продемонстрировал изобретенную им аппаратуру, при помощи которой осуществлялись передача и прием сигналов на расстоянии без проводов. Этим изобретением А. С. Попов положил начало развитию -новой отрасли науки и техники — радио.
      Десять лет, которые А. С. Попов прожил после изобретения радио, он посвятил развитию отечественной радиотехники, внедрению и усовершенствованию созданных им радиостанций.
      Его ученики и последователи М. В. Шулейкин, В. П. Вологдин, А. А. Петровский и другие русские радиоспециалисты вооружили русский флот радиотелеграфными станциями, построили радиотелеграфные станции в Москве, под Петербургом, а затем и в других городах. Все эти работы в России вплоть до Великой Октябрьской социалистической революции приходилось вести в условиях сопротивления со стороны царских чиновников, преклонявшихся перед всем иностранным.
      С первых же дней Октябрьской социалистической революции Советское правительство стало широко использовать радиостанции для передачи своих распоряжений и сообщений.
      Используя существующие радиостанции как средство организации и укрепления Советской власти, как средство пропаганды, средство борьбы за мир, наша партия и Советское правительство принимали конкретные меры к развитию радиотелеграфной и радиотелефонной связи.
      В 1922 г. в Москве была построена самая крупная по тому времени в мире радиотелефонная станция имени Коминтерна мощностью 12 кет и был передан через нее первый большой радиоконцерт.
      Успехи советской радиопромышленности создали базу для того, чтобы достижения радиотехники сделались достоянием широких народных масс.
      28 июня 1924 г. Совет Народных Комиссаров Союза ССР издал постановление, разрешающее установку радиоприемников всем гражданам и организациям. Вскоре после этого отечественная радиопромышленность начала выпуск детекторных радиоприемников, рассчитанных на прием московской радиостанции имени Коминтерна, а затем ламповых радиоприемников и громкоговорителей.
      Во второй половине 1924 г. начал издаваться массовый журнал «Радиолюбитель». В первых его номерах были напечатаны описания простых самодельных детекторных радиоприемников, а затем и самодельных ламповых радиоприемников и громкоговорителей. Множество радиолюбителей в городе и на селе принялось за самостоятельное изготовление радиоприемников. Радиоприемники начали быстро внедряться в быт колхозного села.
      В 1924—1925 гг. в Москве был построен первый радиотрансляционный узел, который вначале передавал радиопрограммы по проводам в рабочие клубы и на площади Москвы. В 1926 г. от радиоузлов начали радиофицироваться и жилые дома.
      Вслед за Москвой стала развиваться проводная радиофикация и в других городах, а также в сельских местностях.
      Росла и сеть радиовещательных станций, увеличивалась их мощность.
      В 1933 г. под Москвой начала работать мощная 500-киловаттная радиовещательная станция имени Коминтерна. Следует отметить, что станция такой же мощности была построена в США лишь через год.
      К началу Великой Отечественной войны в Советском Союзе работало уже свыше Д00 радиовещательных станций, а в Москве и Ленинграде действовали телевизионные центры — радиостанции, передающие не только звуковые программы, но и движущиеся изображения. Был начат выпуск телевизоров, при помощи которых можно одновременно и смотреть передаваемые изображения и слушать их звуковое сопровождение.
      В 1940 г. отечественная радиопромышленность выпустила около 200 тыс. радиоприемников, а всего в Советском 6
      Союзе к этому времени насчитывалось около миллиона радиоприемников и около 6 млн. радиотрансляционных точек (громкоговорителей).
      В годы Великой Отечественной войны в СССР была построена новая сверхмощная радиовещательная станция.
      Еще не окончилась война, а наша отечественная промышленность готовилась к выпуску приемников, громкоговорителей и другой радиовещательной аппаратуры новых типов. Сразу по окончании войны началось массовое производство этой радиоаппаратуры. В результате к середине 1954 г. в Советском Союзе работало около 14 млн. радиотрансляционных точек и миллионы радиоприемников. Число радиотрансляционных узлов к этому времени возросло в 2,5 раза по сравнению с 1940 г.
      После войны были восстановлены и построены новые радиовещательные станции и телевизионные центры. В настоящее время строятся еще новые радиостанции и телевизионные центры, многие из которых входят в строй в ближайшее время.
      Особенно большое внимание уделяется в послевоенные годы радиофикации сельских местностей.
      Миллионы советских граждан, живущих по всей территории нашей необъятной Родины, вплоть до самых отдаленных ее уголков, слушают радиопередачи из Москвы и других культурных центров.
      Советское радиовещание сделалось важнейшим средством коммунистического воспитания народа, повышения его культуры и знаний. Оно служит также средством культурного отдыха и украшает быт советских людей, вносит огромный вклад в дело борьбы за мир во всем мире.
      Кроме того, трудящиеся Москвы, Ленинграда, Киева, Харькова и ближайших к этим городам районов получили возможность смотреть телевизионные передачи. Только в районах Московской обл. к середине 1954 г. имелось около 60 тыс. телевизоров. Передачи Московского телевизионного центра принимаются в колхозах не только Московской, но и ряда ближайших областей. Передачи Киевского телецентра успешно принимаются во многих колхозах Житомирской, Черниговской и некоторых других областей Украины.
      В исполнение директив XIX съезда КПСС по пятому пятилетнему плану развития СССР увеличена мощность радиовещательных станций, развертываются работы по внедрению радиовещания на ультракоротких волнах, получило дальнейшее развитие телевидение, увеличен выпуск радиоприемников и телевизоров.
      Состоявшийся в сентябре 1953 г. пленум ЦК КПСС в своем постановлении «О мерах дальнейшего развития сельского хозяйства СССР» указал на необходимость усиления радиофикации сел и улучшения качества радиовещания.
      Совет Министров СССР и Центральный комитет КПСС в своих постановлениях «О расширении производства промышленных товаров широкого потребления и улучшении их качества» и «О мерах дальнейшего развития советской торговли» указали на необходимость значительно увеличить продажу населению радиоприемников и телевизоров.
      Выполнение этих постановлений создает базу для дальнейшего быстрого развития радиофикации и радиовещания в Советском Союзе.
     
      Как осуществляются передача и прием радиовещания
      Вещательные передачи по радио обычно ведутся из специально оборудованных помещений — радиостудий. В них устанавливаются микрофоны, которые преобразуют в электрический переменный ток звуки речи, пения, музыки и т. п. Эти электрические токи передаются по проводам в аппаратную радиовещательного узла, где они усиливаются и по проводам же передаются на радиовещательную станцию. Антенна радиовещательной станции излучает в пространство электромагнитную энергию — радиоволны, которые и осуществляют перенос на большие расстояния звуков, воспроизведенных в радиостудии. Проходящие в месте установки приемника радиоволны улавливаются приемной антенной. От действия радиоволн в антенне возникают электрические переменные токи. Последние поступают в радиоприемник, а от него — на телефон или громкоговоритель, который преобразует их в звуки.
      При передачах из театров, концертных залов, о площадей, со стадионов микрофоны выносятся в места, откуда производится трансляция, и соединяются проводами с аппаратной радиовещательного узла. Дальше передача осуществляется так же, как и в первом случае.
      В некоторых случаях программа предварительно записывается при помощи магнитофона на ленту (или граммофонные пластинки), а затем с него передается по радио.
      Для передачи вещания по проводам место, откуда ведется передача, соединяется проводами — радиотрансляционными линиями — с местами, где слушают передачу.
      В Советском Союзе широкое применение получил комбинированный способ вещания — по радио и по проводам. Например, ламповый радиоприемник, соединенный проводами с несколькими громкоговорителями (радиоточками), расположенными в соседних домах, дает комбинированный способ вещания: передача от радиовещательной станции до приемника происходит по радио, а от приемника к удаленным от него громкоговорителям—по проводам. Такой приемник с подключенными к нему громкоговорителями является простейшим радиотрансляционным узлом.
      Так как приемник обладает относительно небольшой мощностью, то от него можно обеспечить нормальную работу лишь небольшого числа громкоговорителей. Поэтому для радиофикации даже небольшого поселка надо увеличить мощность, которую отдает приемник. Для этого к приемнику добавляют усилитель. От приемника с мощным усилителем можно радиофицировать территорию целого района с несколькими тысячами и даже десятками тысяч радиоточек.
      Радиотрансляционные узлы позволяют не только передавать абонентам, т. е. владельцам радиоточек, радиопередачи, принятые приемником, но и производить местные передачи по проводам. Для этого на узле вместо радиоприемника подключают к усилительной аппаратуре микрофон. Он преобразует речь, пение или музыку в электрические переменные токи, которые после усиления передаются по радиотрансляционным линиям к абонентским радиоточкам, где они преобразуются в звук.
      Местные передачи осуществляют не только через микрофон, но и путем воспроизведения звукозаписи, для чего на узле используют граммофонное устройство или магнитофон.
      Все оборудование радиотрансляционного узла, служащее как для приема радиовещания и передачи его в радиотрансляционные линии, так и для передачи местного вещания, составляет станционное оборудование. Помещение, в котором установлено это оборудование, называется станцией узла. Все расходящиеся от станции узла трансляционные линии образуют радиотрансляционную сеть.
      Когда затраты на оборудование и содержание радиоузла и радиоточек выше, чем стоимость такого же количества радиоприемников и их эксплуатации, радиоузлы обычно не строят, и для слушания радиопередач приходится приобретать приемники.
      В неэлектрифицированных местностях могут быть использованы" только радиоприемники с питанием от батарей или детекторные приемники. Последние не требуют электропитания и доступны для изготовления даже начинающему радиолюбителю. Однако детекторный радиоприемник не позволяет осуществлять громкоговорящий прием (слушатели должны пользоваться головными телефонами) и может удовлетворительно работать только на сравнительно небольшом расстоянии от радиовещательной станции.
      Ламповые радиоприемники получили большое распространение, так как они обладают большей дальностью действия и обеспечивают громкоговорящий прием. Однако в неэлектрифицированных сельских местностях для регулярной работы ламповых радиоприемников приходится иметь свои источники электропитания.
      Наиболее распространенными источниками питания радиоприемников в неэлектрифицированных сельских местностях пока являются гальванические батареи. Но они еще довольно дороги и требуют за собой постоянного наблюдения, а после того, как они отдадут всю содержащуюся в них энергию, их необходимо заменять новыми. В ближайшее время можно ожидать расширения выпуска термогенераторов для питания радиоприемников.
      Значительно удобнее радиоприемники с питанием от электросетей. Стоимость их эксплуатации значительно меньше, чем стоимость эксплуатации приемников со своими источниками электропитания. Но такими приемниками можно пользоваться только в электрифицированных местностях. Поэтому электрификация колхозов значительно облегчает проведение их радиофикации.
     
      Радио в сельскохозяйственном производстве
      Наряду с большим распространением радиовещательных приемников и радиотрансляционных узлов широкое развитие на колхозном селе получила радиосвязь между центральными усадьбами машинно-тракторных станций и работающими на полях бригадами МТС. Для радиосвязи этого назначения наша отечественная промышленность выпускает радиотелефонные приемо-передающие радиостанции типа «Урожай». Десятки тысяч таких радиостанций уже обслуживают сельское хозяйство. Количество их с каждым годом увеличивается.
      При помощи радиостанций «Урожай» машинно-тракторные станции организуют оперативную связь с полевыми бригадами и диспетчерскую службу. Руководители МТС получают по радио информацию о работе бригад, оперативно руководят их работой. В случае необходимости руководящие работники и специалисты МТС могут своевременно дать по радио указания, оказать техническую помощь, предупредить простои тракторов, комбайнов и других сельскохозяйственных машин.
      Бригадиры работающих на поле тракторных бригад, участковые агрономы, а также председатели и члены правлений колхозов могут в любой момент связаться по радиотелефону с МТС и разрешить возникшие у них вопросы.
      Все это помогает работе на полях, способствует лучшему использованию сельскохозяйственных машин, сокращает их простои, повышает производительность машинно-тракторного парка, обеспечивает своевременное и доброкачественное выполнение работ МТ-С по договорам с колхозами.
      В горных областях Советского Союза связь при помощи радиостанций «Урожай» оказывает большую помощь в периоды массового перегона скота.
      Радиотехническая аппаратура применяется не только для передачи и приема радиовещания и для связи. Электрические переменные токи высокой частоты, на применении которых основана работа радиостанций и радиоприемников, имеют широкие перспективы использования в сельском хозяйстве.
      При помощи специальных установок, в которых применяются токи высокой частоты, производят сушку зерна, хлопка, чая, овощей, плодов, шерсти и других сельскохозяйственных продуктов. Качество продуктов, высушенных в высокочастотных установках, получается лучшим, чем после сушки их обычными способами.
      Существуют высокочастотные установки для уничтожения паразитов в злаках, действующие на радиотехнических принципах, приборы для определения влажности зерна и ряд других радиоприборов, которые могут сыграть большую роль в сельском хозяйстве.
      Во многих сельских поликлиниках применяются радиотехнические приборы для определения и лечения различных болезней. К ним относятся: приборы для изучения работы сердца, для определения насыщенности артериальной крови кислородом, заболеваний мозга, лечения воспалительных процессов путем прогрева организма больного токами высокой частоты и др.
     
      ГЛАВА ПЕРВАЯ
      МИКРОФОНЫ, ТЕЛЕФОНЫ И ГРОМКОГОВОРИТЕЛИ
     
      КАК И ПОЧЕМУ МЫ СЛЫШИМ ЗВУКИ
      Прежде чем перейти к ознакомлению с устройством радиоприемников, усилителей и других приборов, применяемых при радиовещании и радиосвязи, необходимо уяснить, что такое звук, как он возникает и распространяется, как устроены и работают микрофоны, познакомиться с устройством и работой громкоговорителей.
      Звуковые колебания и волны. Если ударить по струне какого-либо музыкального инструмента (например, гитары, балалайки), то она начнет колебаться, т. е. совершать движения то в одну, то в другую сторону от своего начального положения (положения покоя). Такие механические колебания, вызывающие ощущение звука, называются звуковыми.
      Наибольшее расстояние, на которое струна отклоняется в процессе колебаний от своего положения покоя, носит название амплитуды колебаний.
      Передача звука от колеблющейся струны до нашего уха происходит следующим образом. В то время, когда средняя часть струны перемещается в сторону, где мы находимся, она «теснит» находящиеся около нее с этой стороны частицы воздуха и этим создает «сгущение» этих частиц, т. е. около струны возникает область повышенного воздушного давления. Это увеличенное в некотором объеме воздуха давление передается соседним его (слоям; в результате область «сгущенного» воздуха распространяется в окружающем пространстве. В следующий момент времени, когда средняя часть струны перемещается в обратную сторону, около нее возникает некоторое «разрежение» воздуха (область пониженного давления), которое распространяется вслед за областью «сгущенного» воздуха.
      За «разрежением» воздуха следует опять «сгущение» (так как средняя часть струны опять будет двигаться в нашу сторону) и т. д. Таким образом, при каждом колебании (движении вперед и назад) струны в воздухе возникнут область повышенного давления и область пониженного давления, которые удаляются от струны.
      Подобным же образом звуковые волны создаются при работе громкоговорителя.
      Звуковые волны несут в себе энергию, полученную от колеблющейся струны или диффузора (бумажного конуса) громкоговорителя, и распространяются в воздухе со скоростью около 340 м/сек. Когда звуковые волны достигают уха, они приводят в колебание его барабанную перепонку. В тот момент, когда уха достигает область «сгущения» звуковой волны, барабанная перепонка несколько прогибается внутрь. Когда же до нее доходит область «разрежения» звуковой волны, барабанная перепонка выгибается несколько наружу. Так как сгущения и разрежения в звуковых волнах следуют все время друг за другом, то и барабанная перепонка то прогибается внутрь, то выгибается наружу, т. е. совершает колебания. Эти колебания передаются через сложную систему среднего и внутреннего уха по слуховому нерву в мозг, и в результате мы ощущаем звук.
      Чем больше амплитуда колебаний струны и ближе к ней находится ухо, тем более громким воспринимается звук.
      Динамический диапазон. При очень больших давлениях на барабанную перепонку, т. е. при очень громких звуках (например, при пушечном выстреле), ощущается боль в ушах. На средних звуковых частотах (см. ниже) болевое ощущение возникает, когда звуковое давление достигает величины примерно 1 г/см2, или 1 000 бар*. Увеличение ощущения громкости при дальнейшем усилении звукового давления уже не чувствуется.
      Очень слабое звуковое давление на барабанную перепонку не вызывает ощущения звука. Наименьшее звуковое давление, при котором наше ухо начинает слышать, называется порогом чувствительности уха. На средних частотах (см. ниже) порог чувствительности уха составляет примерно 0,0002 бара.
      * Бар — единица, применяемая для измерения величины звукового давления.
      Таким образом, область нормального ощущения звука лежит между двумя границами: нижней — порогом чувствительности и верхней, при которой возникает болевое ощущение в ушах. Эта область носит название динамического диапазона слуха.
      Отметим, что увеличение звукового давления не дает пропорционального увеличения громкости звука. Ощущение громкости возрастает гораздо медленнее, чем звуковое давление.
      Децибелы. В пределах динамического диапазона ухо может почувствовать увеличение или уменьшение громкости простого однотонного звука (при слушании его в полной тишине), если звуковое давление на средних частотах соответственно увеличивается или уменьшается примерно на 12%, т. е. в 1,12 раза. Исходя из этого, весь динамический диапазон слуха разбит на 120 уровней громкости, подобно тому, как шкала термометра между точками таяния льда и кипения воды разделена на 100 градусов. Уровни громкости по этой шкале измеряются в особых единицах— децибелах (сокращенно пишут дб).
      В любой части этой шкалы изменение уровня громкости на 1 дб соответствует изменению звукового давления в 1,12 раза. Нуль децибел («нулевой» уровень громкости) соответствует порогу чувствительности уха, т. е. звуковому давлению 0,0002 бара. При уровне свыше 120 дб возникает болевое ощущение в ушах.
      Для примера укажем, что при тихом разговоре на расстоянии 1 м от говорящего получается уровень громкости около 40—50 дб, что соответствует эффективному звуковому давлению 0,02—0,06 бара; наибольший уровень громкости звучания симфонического оркестра составляет 90— 95 дб (звуковое давление 7—12 бар).
      При пользовании радиоприемниками радиослушатели, применяясь к размерам своих комнат, звучание громкоговорителя регулируют так, что при самых громких звуках на расстоянии 1 м от громкоговорителя получается уровень громкости 75—85 дб (соответственно звуковые давления примерно 1—3,5 бара). В условиях сельских местностей вполне достаточно иметь максимальный уровень громкости звучания радиопередачи не свыше 80 дб (звуковое давление 2 бара).
      Шкалой децибел в радиотехнике широко пользуются также для сравнения уровней громкости. Чтобы узнать, во сколько раз одно звуковое давление больше другого, когда известна разница между соответствующими им уровнями громкости в децибелах, нужно число 1,12 умножить само на себя столько раз, сколько мы имеем децибел. Так, изменение уровня громкости на 2 дб соответствует изменению звукового давления в 1,12« 1,12, т. е. примерно в 1,25 раза; изменение уровня на 3 дб имеет место при изменении звукового давления в 1,12 1,12 1,12, т. е. приблизительно в 1,4 раза. Подобным же образом можно определить, что 6 дб соответствуют изменению звукового давления примерно в 2 раза, 10 дб—приблизительно в 3 раза, 20 дб — в 10 раз, 40 дб — в 100 раз и т. д.
      Период и частота колебаний. Звуковые колебания характеризуются не только амплитудой, но также периодом и частотой. Периодом колебания называется время, в течение которого струна (или любое другое тело, создающее звук, например диффузор громкоговорителя) перемещается из одного крайнего положения в другое и обратно, т. е. совершает одно полное колебание.
      Частотой звуковых колебаний называется число колебаний звучащего тела, совершаемых в течение 1 сек. Она измеряется в герцах (сокращенно пишут гц).
      Если например, за 1 сек. происходит 440 периодов колебаний струны (эта частота соответствует музыкальной ноте ля), то говорят, что она колеблется с частотой 440 гц. Частота и период колебаний являются величинами, обратными друг другу, например при частоте колебаний 440 гц период колебаний равен 1/440 сек.; если период колебания равен 1/1 000 сек., то частота этих колебаний 1 000 гц.
      Полоса звуковых частот. От частоты колебаний зависит высота звука или тона. Чем больше частота колебаний, тем выше звук (тон), а чем меньше частота колебаний, тем он ниже. Самый низкий звук, который может услышать человек, имеет частоту около 20 гц, а самый высокий—около 16 000—20 000 гц. В этих пределах или, как говорят, в этой полосе частот находятся создаваемые человеческими голосами и музыкальными инструментами звуковые колебания.
      Заметим, что речь и музыка, а также разного рода шумы представляют собой звуковые колебания с очень сложней комбинацией различных частот (тонов различной выcоты), непрерывно изменяющейся в процессе разговора или музыкального исполнения.
      Гармоники. Звук, воспринимаемый ухом как тон одной определенной высоты (например, звук струны музыкального инструмента, свисток паровоза), на самом деле состоит из многих разных тонов, частоты которых относятся друг к другу как целые числа (один к двум, один к трем и т. д.)* Так, например, тон с частотой 440 гц (нота ля) одновременно сопровождается дополнительными тонами с частотами 440 2 = 880 гц, 440 «3 = 1 320 гц и т. д. Эти дополнительные частоты называются гармониками (или обертонами). Число показывающее, во сколько*раз частота данной гармоники больше основной частоты называется номером гармоники. Например, для основной частоты 440 гц частота 880 гц будет второй гармоникой, частота 1 320 гц — третьей и т. д. Гармоники всегда звучат слабее основного тона.
      Наличием гармоник и соотношением амплитуд различных гармоник обусловливается тембр звука, т. е. его «окраска», отличающая данный звук от другого звука с той же основной частотой. Так, если наиболее сильной будет третья гармоника, звук приобретает один тембр. Если же наиболее сильной будет какая-либо другая гармоника, звук будет иметь другой тембр. Изменение силы звучания различных гармоник приводит к изменению или искажению тембра звука.
     
      ОБ ИСКАЖЕНИЯХ ПРИ РАДИОПЕРЕДАЧЕ
      Если мы слушаем исполнение артистов в клубе, театре или концертном зале, мы не может пожаловаться на то, что речь или музыка звучат неестественно. Однако при слушании радиопередачи часто замечается некоторая неестественность звучания, т. е. воспроизводимый звук несколько искажается.
      С первого взгляда может показаться, что для осуществления естественного, неискаженного звучания радиопередачи громкоговоритель должен одинаково хорошо воспроизводить все частоты, которые способен слышать человек, т. е. от 20 до 16 000—20 000 гц. Если, например, бас и сопрано поют вместе одинаково громко, то и в громкоговорителе оба голоса также должны звучать одинаково громко. В любой момент времени и другие звуки различной высоты, но одинаковой громкости должны звучать одинаково громко и в громкоговорителе; если же один передаваемый по радио звук громче другого, то и в громкоговорителе их относительная громкость должна сохраняться.
      Частотные искажения. Однако радиослушатель не всегда замечает, что передаваемые по радио колебания некоторых частот громкоговоритель воспроизводит слабее, чем они должны звучать на самом деле, и даже если некоторые частоты вообще не воспроизводит. Проведенные исследования показали, что человек почти не замечает искажений передачи, если до его уха довести не всю указанную выше полосу частот, а только часть ее. Практически радиослушатель воспринимает передачу как неискаженную, если громкоговоритель воспроизводит частоты от 50—70 до 6 500—7 000 гц. В расчете на воспроизведение примерно такой полосы звуковых частот и строятся радиоприемники первого класса. Радиоприемники второго класса воспроизводят частоты от 80—100 до 4 000—5 000 гц, обеспечивая также достаточно хорошее, естественное звучание. Удовлетворительно воспроизводят радиопередачи и радиоприемники третьего класса, полоса которых составляет примерно 150—3 500 гц. Не очень взыскательного радиослушателя удовлетворяет и звучание радиоприемника четвертого класса, хотя он воспроизводит полосу частот 200—3 000 гц.
      Выше отмечалось, что при слушании в тишине простого (однотонного) звука средней частоты 1 изменение величины звукового давления может быть заметно на слух, когда она увеличивается или уменьшается примерно на 12%. Однако при слушании сложных звуков (музыки, речи) ухо не отмечает значительно больших изменений звукового давления, особенно если они имеют место на самых низких и самых высоких частотах, входящих в эти сложные звуки. Практически звучание воспринимается ухом как неискаженное, если звуковые давления на нижних и верхних частотах будут даже в 4—5 раз (на 12—14 дб) меньше, чем на средних частотах (когда в натуральном звуке на всех этих частотах звуковые давления одинаковы).
      Учитывая указанное свойство человеческого слуха, при конструировании и производстве радиоприемников, громко-
      1 Звуковые частоты принято разделять на три подгруппы: нижние, средние и верхние. К средним относят частоты примерно от 200—300 до 2 000—3 000, к нижним — более низкие, а к верхним — более высокие, чем указанные средние.
      говорителей и Другой радиоаппаратуры не добиваюгсй совершенно одинакового звучания всех передаваемых частот, допуская некоторую неравномерность воспроизведения различных частот. Практически в некоторых радиоприемниках и громкоговорителях для трансляционных сетей допускают значительное ослабление верхних и нижних частот по сравнению со средними (до 8 раз). Это несколько ухудшает качество звучания, но зато позволяет упростить и удешевить аппаратуру.
      Когда радиоаппаратура доводит до слушателей не все частоты, присущие естественным звукам, и если разные звуковые частоты воспроизводятся с различной громкостью (в то время как в радиостудии или другом месте, откуда ведется радиопередача, они звучат одинаково), то говорят, что эта аппаратура вносит частотные искажения. Если эти искажения практически незаметны или мало заметны, то их называют допустимыми частотными искажениями.
      Нелинейные искажения. Кроме частотных, радиоаппаратура вносит еще нелинейные искажения. Эти искажения заключаются в том, что громкоговоритель воспроизводит во время передачи дополнительные звуки с такими частотами, которых нет в естественном звуке (дополнительные гармоники и др,).
      Построить такую радиоаппаратуру, которая совсем не создавала бы дополнительных звуковых частот, невозможно. Но ее можно сконструировать так, чтобы амплитуды возникающих дополнительных частот были достаточно малы и практически не воспринимались ухом. В таком случае нелинейные искажения будут почти незаметны.
      Но при неправильной эксплуатации или неисправности даже очень хорошей аппаратуры амплитуды дополнительных частот могут настолько возрасти, что нелинейные искажения делаются заметными: звучание приобретает неприятный оттенок, т. е. голоса и музыкальные инструменты будут звучать не вполне естественно. При дальнейшем увеличении нелинейных искажений из громкоговорителя станут слышны хрипы, дребезжание, разборчивость передачи ухудшится. Если же амплитуды дополнительных частот становятся очень большими, радиопередача может сделаться совершенно неразборчивой и превратится в сплошной хрип и шум.
      Нелинейные и частотные искажения могут появляться по разным причинам во всех устройствах так называемого тракта радиопередачи и радиоприема, начиная с микрофон на и кончая громкоговорителем. В радиостудиях, радио-аппаратных, на радиовещательных станциях принимаются меры к возможному уменьшению искажений по всему тракту радиопередачи. Соответствующие меры принимаются и при изготовлении радиоприемников и. громкоговорителей.
      Величина нелинейных искажений оценивается количественно коэффициентом гармоник, который иногда называется также коэффициентом нелинейности. Он определяется при воспроизведении звука одной постоянной частоты как отношение эффективного звукового давления, создаваемого совместным действием возникших гармоник, к звуковому давлению колебания основной частоты и выражается в процентах. Так, например, если звуковое давление, создаваемое колебанием основной частоты, будет 1 бар, а звуковое давление, создаваемое грамониками
      Нелинейные искажения при коэффициенте гармоник, не превышающем 8—14%, практически мало заметны. Приведенные цифры относятся к случаю, когда воспроизводятся наиболее громкие звуки, участвующие в передаче (громкая музыка, выкрики и т. п.). В этом легко убедиться практически, слушая радиопередачу: хрипы и дребезжания получаются обычно лишь при самых громких звуках.
     
      КАК РАБОТАЕТ ПРОВОДНОЙ ТЕЛЕФОН
      На примере рассмотрения устройства и работы проводного- телефона познакомимся со способами превращения энергии звуковых волн в электрический переменный ток и обратного превращения энергии этого тока в энергию звуковых волн. Преобразование энергии звуковых волн, созданных голосом говорящего, в энергию переменного тока может осуществляться, например, при помощи микрофона и трансформатора. Этот ток передается по проводам в то место, где голос говорящего должен быть услышан. В этом месте преобразование электрической энергии в звук производится при помощи телефона.
      Микрофон. В проводном телефоне, а также в радиостанции типа «Урожай» применяется так называемый угольный микрофон. Его разрез показан схематически в левой части фиг. 1. Микрофон состоит из угольной колодки К и тонкой угольной пластинки — мембраны М, между которыми насыпан угольный порошок Я, через который от мембраны к колодке проходит электрический ток батареи Б. Сопротивление угольного порошка электрическому току зависит от плотности прилегания друг к другу частиц порошка.
      Предположим, что перед микрофоном колеблется струна с частотой 440 гц. При этом ¡в воздухе вокруг струны распространяются звуковые волны, т. е. последовательные сжатия и разрежения воздуха. Каждое сжатие воздуха, достигнув мембраны, создает давление на нее. Вследствие
      Фиг. 1. Схема телефонной передачи по проводам.
      этого мембрана несколько прогибается внутрь и уплотняет порошок. Следующее вслед разрежение, достигнув мембраны, вызывает обратное действие: центр мембраны удаляется от колодки, и степень уплотнения порошка уменьшается по сравнению с первоначальным. Так как при частоте колебаний 440 щ до мембраны достигнет в течение секунды 440 сжатий и разрежений воздуха, то мембрана 440 раз в секунду уплотнит порошок и столько же раз уменьшит степень его уплотнения. Будет изменяться и сопротивление микрофона. Так как микрофон соединен последовательно с батареей, то при каждом изменении его сопротивления изменится проходящий через него ток. Другими словами, 440 раз в секунду получится увеличение тока в цепи и столько же раз ослабление его. Графически это показано на фиг. 2,а. Такой ток, проходящий все время в одном направлении, но периодически меняющийся по величине, называется пульсирующим током. Его можно рассматривать как два тока, существующие одновременно в цепи: 1) постоянный1, величина которого равна среднему между самым большим и самым малым значениями пульсирующего тока, и 2) переменный 2, «наложенный на постоянный ток». При этом можно считать, что в те моменты, когда величина пульсирующего тока становится больше величины образующего его постоянного тока, переменный ток имеет то же направление, что и постоянный ток; в те же моменты, когда величина пульсирующего тока делается меньше постоянного тока, переменный ток течет навстречу
     
      1 Постоянным током называется электрический ток, текущий все время в одном направлении и не изменяющийся по величине. Соответственно постоянным напряжением, постоянной электродвижущей силой (э. д. с.) называются ¡неизменные во времени напряжение, э. д. с.
      2 Переменным током называется электрический ток, направление которого через равные промежутки времени изменяется. Величина его тоже непрерывно изменяется. Наибольшее ее значение называется амплитудой.
     
      постоянному току, ослабляя его. Эти переменный и (постоянный тош часто называют также переменной и постоянной составляющими (или слагающими) пульсирующего тока.
      Проходя по сопротивлению, пульсирующий ток создает на нем пульсирующее напряжение (постоянное по направлению, но периодически изменяющееся по величине). Пульсирующее напряжение можно «разложить» на одновременно действующие постоянное и переменное напряжения и назвать их соответственно постоянной и переменной составляющими напряжения.
      Трансформатор состоит из сердечника, собранного из стальных пластин, на который намотаны две обмотки из изолированного провода. Пульсирующий ток проходит по его первичной обмотке I (фиг. 1). Когда ток через микрофон и эту обмотку усиливается, во вторичной обмотке II получается э. д. с. одного направления, а когда он ослабляется, — э. д. с. другого направления. Частота э. д. с. на вторичной обмотке получается такой же, как и частота изменения тока через первичную обмотку. Электродвижущая сила на вторичной обмотке трансформатора изменяется так, как это графически показано на фиг. 2,6. Концы вторичной обмотки трансформатора соединяются проводами с телефоном (фиг. 1). Электродвижущая сила на вторичной обмотке трансформатора создает в проводах и цепи телефона электрический переменный ток звуковой частоты.
      При воздействии на микрофон сложных звуков, например при разговоре, на вторичной обмотке трансформатора получается ряд переменных э. д. с. с частотами, соответствующими передаваемому звуку.
      Переменные электрические токи, э. д. с. и напряжения, возникающие в результате действия звука, по аналогии со звуковыми колебаниями часто называют электрическими колебаниями низкой (или звуковой) частоты1.
      1 Дальше вместо слов "низкой частоты" мы будем везде писать н. ч.
      Телефон. Телефон электромагнитного типа содержит в себе постоянный мапнит с полюсными наконечниками из мягкой стали, на которые надеты две катушки с обмоткой, состоящей из большого числа витков тонкого изолированного провода. Обмотки катушек соединены последовательно и их свободные концы выведены наружу. Вся магнитная система помещена в круглую коробку, сделанную из металла или пластмассы, на края которой наложена круглая гонкая жестяная пластинка, носящая название мембраны. Она расположена близко к полюсным наконечникам, но не соприкасается с ними. Мембрана закрыта круглой раковиной (амбушюром), служащей для прикладывания к уху и имеющей в середине отверстие для прохода звука.
      Под действием притяжения магнита мембрана всегда несколько вогнута в середине. Если через обмотку телефона пропустить постоянный ток, то он будет создавать некоторое дополнительное намагничивание полюсных наконечников. При одном направлении тока это дополнительное намагничивание увеличит магнитный ток между полюсными наконечниками :и середина мембраны прогнется сильнее. При обратном направлении тока магнитный поток между наконечниками уменьшится, а мембрана несколько выпрямится; при этом ее середина удалится от наконечников.
      Если через обмотки телефона пропустить переменный ток от вторичной обмотки трансформатора (фиг. 1), то мембрана телефона будет колебаться с той же частотой, с какой колеблется мембрана микрофона, т. е. будет воспроизводить такие же звуки, какие действуют на микрофон. Звуки, создаваемые мембраной телефона, значительно слабее звуков, действующих на микрофон, и слышать их можно только, приложив телефон к уху.
      Величина звукового давления, создаваемого мембраной телефона, приблизительно пропорциональна величине переменного тока, идущего через телефон, или величине переменного напряжения, которое получается на обмотке электромагнитов телефона.
      Чтобы каждый из пользующихся телефонной связью мог говорить и слушать своего собеседника, на каждом конце линии связи включаются микрофон с батареей и трансформатором и телефон.
     
      ТЕЛЕФОННЫЕ ТРУБКИ
      Для слушания радиопередач используются две телефонные трубки, скрепленные между собой металлической дужкой— оголовьем (фиг. 3). Катушки трубок соединяются последовательно гибким изолированным проводом (шнуром), снабженным штепсельными штырьками для включения трубок в гнезда радиоприемника. Радиолюбители такие телефоны иногда называют наушниками.
      Пьезоэлектрические телефоны. Кромц, электромагнитных телефонов, для радиоприемников широко применяются еще и пьезоэлектрические. Основной частью является пьезоэлектрический элемент Устройство его показано на фиг. 4. Две квадратные пластинки Сх и С2, вырезанные из кристаллов сегнеговой соли, плотно склеены. Между ними проложен листочек фольги (тонкая металлическая пластинка). На наружные поверхности пластинок также наклеены листочки фольги Ф2 и Ф3. Последние соединены между собой. Если к выводам от внутреннего (£1) и внешних (В2 и £3) листочков приложить разноименные электрические потенциалы (т. е. присоединить их к полюсам какого-либо источника постоянного напряжения), то под действием электрических сил, создаваемых этими потенциалами, пьезоэлемент изгибается. При одной полярности подключения к источнику напряжения противоположные углы пластинок изгибаются в одну сторону, при другой полярности — в другую. Если менту подвести переменное напряжение н. каждого периода напряжения пьезоэлемент будет изгибаться раз в одну сторону и раз в другую, т. е. под действием переменного этектрического напряжения в пьезоэлементе возникают механические колебания.
      Три угла пьезоэлемента (Л, Б и В на фиг. 5) жестко скреплены с корпусом телефона, а его четвертый угол (Г) прикреплен к центру алюминиевой мембраны конической формы. Под действием переменного напряжения н. ч., подведенного к пьезоэлементу, его свободный угол колеблется, передает колебания мембране и она воспроизводит звук.
      Пьезоэлектрические телефоны по внешнему виду подобны электромагнитным. Пьезоэлементы телефонов соединяются параллельно.
      Пьезоэлектрические телефоны менее надежны в работе, чем электромагнитные. Это объясняется тем, что пьезоэлемент портится от действия влаги и повышенной температуры. Поэтому пьезоэлектрические телефоны нужно держать всегда в сухом месте и беречь от нагрева.
     
      ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКИЕ МИКРОФОНЫ
      В современной технике радиовещания применяются преимущественно электродинамические микрофоны. Они вносят в радиопередачу несравненно меньшие
      частотные и нелинейные искажения, чем угольные.
      Рассмотрим устройство и действие наиболее распространенного электродинамического микрофона катушечного типа. Устройство его в разрезе показано на фиг. 6. Он содержит магнит Я, имеющий форму кольца. Полюсы его обозначены буквами Ю и С. Магнит намагничивает жестко скрепленные с ним фланец (плоское кольцо) Ф1 и сердечник В, между которыми имеется узкий воздушный кольцевой промежуток — зазор 3. Сердечник приобретает одну магнитную полярность (северную — С), а фланец — другую (южную — Ю). Вследствие этого в кольцевом зазоре получается сильное магнитное поле.
      Мембрана М микрофона сделана из тонкого алюминия. Края ее гофрированы. К ее средней части, имеющей выпуклую форму, приклеена круглая катушка К из изолированного провода, входящая в зазор между фланцем и сердечником, но не соприкасающаяся с ними. Пока катушка неподвижна, э. д. с. в ее обмотке отсутствует. Когда на мембрану воздействует область повышенного давления звуковой волны, мембрана прогибается ввутрь, катушка перемещается в глубь зазора и в ее обмотке индуктируется э. д. с. одного направления. Когда мембрана оказывается в области пониженного давления звуковой волны, она вместе с катушкой движется в обратном направлении и в обмотке катушки возникнет э. д. с. противоположного направления. В результате при колебании мембраны и катушки под действием звуковых волн в обмотке последней возникает переменная э. д. с. низкой частоты. Концы обмотки катушки соединяются при помощи гибких проводников с первичной обмоткой специального трансформатора (на фигуре он не показан). Возникшая в обмотке катушки переменная э. д. с. создает переменный ток в первичной обмотке этого трансформатора, индуктирующий во вторичной его обмотке повышенное переменное напряжение. Это напряжение подается на усилитель, обеспечивающий дальнейшее увеличение напряжения и мощности электрических колебаний, полученных от микрофона.
      Микрофон вместе с трансформатором заключается в кожух с решеткой, через которую звуковые волны проникают к мембране, и укрепляется на подставке (фиг. 7).
     
      ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКИЕ ГРОМКОГОВОРИТЕЛИ
      Громкоговорители, так же как и телефоны, служат для превращения электрической энергии переменных токов звуковой (низкой) частоты в звуковую энергию и применяются в тех случаях, когда радиопередачу нужно воспроизводить с громкостью, достаточной для того, чтобы ее могли слушать многие слушатели в комнате, зале или на открытом воздухе. Громкоговоритель является составной частью всякого лампового радиоприемника. Для слушания радиопередач по радиотрансляционной сети выпускаются специальные громкоговорители.
      Ни микрофон, ни детекторный радиоприемник без усилителя не ¡могут обеспечить громкоговоритель электрической энергией звуковой частоты, достаточной даже дли очень негромкой его работы. Поэтому громкоговоритель всегда включается через усилитель, в задачу которого входит увеличить мощность переменного тока звуковой частоты до величины, необходимой для обеспечения необходимой громкости васпроизведения передачи.
      Чтобы комнатный громкоговоритель создал на расстоянии 1 м от него звуковое давление 1,5—2,5 бара (такое давление, как нам известно, обеспечивает достаточную громкость в условиях сельской местности), он должен получать от радиотрансляционной сети мощность около 0,05— 0,06 вт. Громкоговоритель радиоприемника «Родина-52» получает от .последнего мощность до 0,3 вт, громкоговорители приемников «Москвич», АРЗ-51 и «Днепр» — до 0,5 вг, громкоговорители радиоприемников «Урал», «Балтика», «Рига-6» и «Баку» — до 1,5 вт, а громкоговорители приемников «Мир»- и «Рига-10»—по 4 вт. Громкоговорители радиоприемников двух последних типов могут создавать очень большие звуковые давления (до 25 бар) и поэтому могут обеспечивать очень громкое воспроизведение радиопередач в больших помещениях.
      Специальные громкоговорители, предназначенные для обслуживания клубных залов, улиц и площадей требуют мощностей в десятки и сотни ватт. Отметим, что указанные выше мощности громкоговорители получают в моменты передачи наиболее громких звуков. Это так называемые номинальные мощности.
      Наиболее совершенными из современных громкоговорителей являются электродинамические. Они и применяются в настоящее время во всех радиоприемниках.
      Принцип действия электродинамического громкоговорителя. Устройство такого громкоговорителя во многом напоминает устройство катушечного электродинамического микрофона. Одна из конструкций электродинамических громкоговорителей схематически показана на фиг. 8. Он имеет постоянный магнит М в форме кольца, создающий сильное магнитное поле в зазоре 3 между сердечником и фланцем Ф. В зазоре находится катушка К с обмоткой из изолированного провода. ;Ее обычно называют звуковой катушкой. Каркас катушки (приклеен к вершине бумажного конуса Д, называемого диффузором.
      Когда через звуковую катушку пропускают переменный ток н. ч., то вокруг нее создается переменное магнитное поле, которое взаимодействует с постоянным магнитным шлем, существующим в зазоре. В тот момент, когда ток в катушке создает в зазоре магнитное поле такого же направления, как и поле постоянного магнита, последнее стремится вытолкнуть катушку из зазора. Когда же ток в катушке и соответственно создаваемое им магнитное поле изменят свое направление, постоянное поле магнита будет стремиться втянуть катушку глубже в зазор. Таким образом, при прохождении через катушку переменного тока н. ч. она быстро перемещается вдоль зазора то в одну, то в другую сторону и тем самым приводит в колебательное движение диффузор, который при этом создает звуковые волны. Чем больше амплитуда переменного тока, проходящего через катушку, тем больше размах (амплитуда) колебаний катушки и диффузора и громче создаваемый громкоговорителем звук. На фиг. 9 показан общий вид одного из электродинамических громкоговорителей.
     
      Маркировка электродинамических громкоговорителей. Выпускаемые нашей промышленностью электродинамические громкоговорители имеют по стандарту в своем обозначении буквы ГД (старые типы — буквы ГДМ). Впереди букв (в старых типах после букв) ставится число, указывающее номинальную мощность данного громкоговорителя в Ваттах, т. е. такую мощность электрических колебаний звуковой частоты, которую (можно подвести к громкоговорителю, не опасаясь, что он будет создавать недопустимо большие нелинейные искажения. Для большинства типов громкоговорителей установлен предельный коэффициент гармоник 7%. Цифра после букв обозначает номер модели громкоговорителя. Например, в приемнике «Родина-52» применяется электродинамический громкоговоритель типа 0,5 ГД-5, т. е. имеющий номинальную мощность 0,5 ет, модель 5.
     
      Трансформатор к электродинамическому громкоговорителю. Чтобы электродинамический громкоговоритель нормально работал, через его звуковую катушку необходимо пропускать довольно большой ток при небольшом напряжении (несколько вольт1). От усилителей же всегда получаются переменные напряжения н. ч., достигающие десятков и сотен вольт. В радиотрансляционной сети действует также переменное напряжение до 30 в. Поэтому неотъемлемой частью всякого электродинамического громкоговорителя является трансформатор, преобразующий эти напряжения в более низкие напряжения (при соответственно больших токах).
      Первичная обмотка такого трансформатора, присоединяемая к усилителю (или трансляционной сети), имеет большое число витков сравнительно тонкого изолированного провода, а его вторичная обмотка, соединяемая с катушкой громкоговорителя, имеет значительно меньшее число витков более толстого изолированного провода. Трансформатор имеет сердечник, набранный из тонких стальных пластин. Общий вид и детали трансформатора показаны на фиг. 10.