残响实验

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参加过大会堂音乐会的人都会感觉,在大厅里听到的音乐是多么浩瀚动听。这是因为在大厅中声响来回反射,使我们感到声音不是一下子消失的,而是要延续一段时间。在声学上,大厅中声强衰减60分贝所需要的时间称为交混回响时间,也叫残响时间。我们在一般室内收听音乐广播,即便收音机或扩音机质量优良,也难以取得和在大厅相比的效果。因为,在大厅里交混回响时间比较长,一般达到两秒钟以上。而在普通房间里,交混回响时间只有零点几秒,甚至更少,就使我们听来有不那么丰满的感觉。

为了获得所谓“立体声”效果,近些年来,无线电工作者做了许多研究。可是研究出来的立体声设备,有的结构复杂,费用大,有的使用不方便,因此还不能广泛运用到日常生活里。这里介绍一种简单的、利用弹簧作用的机械残响装置,可以模拟较长的交混回响时间,使用起来,能够达到近似立体声的效果。

这一装置的基本原理如图1。将收音机或扩音机音频输出的一部分通过绕在铁心上的绕组L\(_{1}\),因而在铁心间隙之间会产生和音频信号相似的交变磁场,这样就引起了小磁铁柱M1的扭转振动。螺旋弹簧S把M\(_{1}\)振动传递给小磁铁柱M2,M\(_{2}\)也相应地振动起来,所以在L2中就重新感应出音频信号来。由于M\(_{2}\)的振动时间要滞后于M1的振动,同时机械振动的衰减也需要一段时间,因此L\(_{2}\)输出的信号是一个延迟了并且逐渐衰减的信号。现在就是利用这个信号来模拟大厅中的交混回响效应。把这个信号放大,与原来的信号一起送进扬声器,那么听起来就会有身临大厅的感觉。

图1
图1 🔍原图 (605×249)

实际制作,残响装置的输入绕组L\(_{1}\)是和放大器输出变压器的次级线圈相连,因此它的阻抗应为几欧到十几欧。它是绕在由10片0.4毫米厚的坡莫合金片(也可用优质硅钢片)迭成的铁心上。铁心的具体形状尺寸见图2。绕组用0.31毫米(30号)漆包线密绕在一个相应大小的线圈芯上,绕80圈左右(阻抗约8欧),绕好后套到铁心上去。L2的铁心尺寸同L\(_{1}\)铁心,L2用0.08毫米(44号)漆包线绕2000圈(阻抗约800欧)。

螺旋弹簧S是用约为0.31毫米粗细的软钢丝制成,每圈之间的间距为1.5~2毫米,弹簧长度为150毫米,直径6毫米。制成以后的弹簧刚度比较小,这样它扭转振动的固有频率才有可能落在声频以外,使得在声频范围内残响装置的频率响应比较平坦。

弹簧两端是与两只小磁铁柱M\(_{1}\)、M2相连的。小磁铁M\(_{1}\)、M2可用刻写钢板蜡纸的铁笔头改制(直径约为1.5毫米),先把它锯成4毫米长的两段铁柱,然后再对它充磁(图3)。把小铁柱横放在耳机磁铁的上面,上面盖上一条硅钢片,以保持磁路闭合。充磁时把耳机接上10~15伏的直流电源,充电时间约为12小时。如果接电源后耳机线圈太热,可以适当降低些电压。这时有两点要特别注意。一是耳机引出线的正端(一般为红色)应接电源的正极,不可接反,否则非但充磁充不上,而且对耳机不利。接对了既可对小铁柱充磁,又可对耳机充磁,这是一举两得的事。另一点是要把小铁柱极化的方向,即通过小铁柱磁力线的方向,在小铁柱上作出记号,以便于安装。

图2
图2 🔍原图 (438×264)
图3
图3 🔍原图 (416×304)

小磁铁柱一头连接弹簧,另一头则与固定在支架上的一段细钢丝相连。连接方法先在M\(_{1}\)和M2上套上一段粗细合适的塑料套管,两头留出三四毫米,用细钢丝扎紧。一头把细钢丝焊在弹簧上,另一头直接焊在支架螺钉上。注意扎紧后要用万能胶封住,这样可以保证传递扭转振动。

零件制作完毕,整个装置便装在一条长木条上(图4)。先用倒U形铁片将两只铁心和线圈固定到木条上。它们之间的距离应比已焊妥在弹簧两端的两铁柱的距离稍长些。在离L\(_{1}\)和L2外端40毫米处,分别钉上两颗木螺丝。最后把细钢丝、铁柱M\(_{1}\)、弹簧S、铁柱M2、细钢丝这样一串东西焊在木螺丝上。这时小磁铁柱M\(_{1}\)、M2一定要在铁心隙口的中央,并且极化方向应该是水平的,这样才能使得M\(_{1}\)受磁场的作用力矩最大,才能使M2在L\(_{2}\)中感应的电流也最大。安装完毕,把L1和L\(_{2}\)的两线端分别接在微安表头上,扭转弹簧,应当看出微安表的表针会有摆动。

图4
图4 🔍原图 (644×218)

使用残响装置最简单的方法是:把L\(_{1}\)并联在一架收音机的扬声器两端,而把L2串接一只0.01微法电容接入另一架收音机的拾声器输入处,这样两架收音机同时收听,就会有残响的感觉。

更满意的接法是如图5。在扩音机输出变压器的次级加绕一组8欧的音圈绕组与L\(_{1}\)相连,而把L2接到一台专为残响放大而设的放大器上。残响放大器电压放大的增益应在60~80分贝之间。如果L\(_{2}\)输出很小,增益还要加大些。放大器的负载可由多只扬声器组成,把它们安置在房间四角,声音将更逼真。

图5
图5 🔍原图 (1125×389)

如果扩音机输出变压器上不加绕线圈,也可按图6接线。这时高音没有通过残响装置的L\(_{1}\),因此没有残响效应。实验发现,高音通过L1是会产生很大衰减的,在高音扬声器中的输出会变得很小。实际上由于残响装置对高音的响应本来很低落,高音不接入是没有很大关系的。另外残响装置会因振动而在扬声器中引起叫声,这时可在底板上加装橡皮脚垫,防止振动。(相波)

图6
图6 🔍原图 (314×258)