Нобелевские лауреаты — А. Гейм (слева) и К. Новоселов.

Такова структура графеновой пленки в компьютерном изображении.

После этого исследователи стали смотреть, как присоединить к графену электроды, чтобы можно было использовать графеновые пленки в микроэлектронике. Так, например, графеновый сенсорный дисплей, в отличие от существующих, будет намного устойчивее к износу, станет практически вечным. Графен также может найти применение при изготовлении телевизионных экранов, световых панелей и солнечных батарей. В будущем из пластика с добавлением графена собираются производить спутники, самолеты и автомобили. Ученые прогнозируют также, что графен придет на смену кремнию при производстве транзисторов. Выполненные из них компьютерные микросхемы должны работать намного быстрее, чем кремниевые.

Константин Новоселов считает, что графен можно создать в любой стране мира. «Мы начали эту работу в 2003 году, когда уже были в Манчестере, вся работа, от первых попыток до первой публикации, заняла, наверное, год-полтора, — вспоминает он. — Изначально это было просто развлечением, мы хотели посмотреть, что получится»…

Первое практическое устройство, созданное с применением графена, появится в 2011 или 2012 году, полагает Новоселов. Это будет мобильный телефон с принципиально новым сенсорным экраном.

А вот компьютерные чипы на основе графена получат распространение не ранее чем через 10 лет, считает ученый. Но в других электронных изделиях этот материал может вполне найти применение, например, в высокочастотных транзисторах для мобильных телефонов, сверхбыстрых оптических датчиках для оптоволоконной связи.

Константин Новоселов не планирует открывать собственную компанию для коммерческого использования этого открытия. В то же время лаборатория, в которой работают Новоселов и Гейм, консультирует многие ведущие мировые компании.

Публикацию подготовил В. ЧЕРНОВ

Наша справка

Андрей Гейм и Константин Новоселов — выпускники Московского физико-технического института — в свое время были тесно связаны с Институтом проблем технологии микроэлектроники и особо чистых материалов РАН (ИПТМ РАН); именно там оба стали учеными высочайшей квалификации.

Андрей Гейм родился в 1958 г. в Сочи, среднюю школу закончил в г. Нальчике. По национальности он — этнический немец. Константин Новоселов — уроженец Нижнего Тагила. Он на 16 лет моложе своего коллеги.

Ныне имеет двойное — российское и британское — гражданство. Константин Новоселов — самый молодой нобелевский лауреат за последние 70 лет.

Кстати…

ПРОЛЕТАЯ ПО ГРАФЕНУ…

Многообещающие результаты получила недавно международная команда ученых из Университета Манчестера и Института проблем технологии микроэлектроники и особо чистых материалов Российской академии наук при поддержке коллег из Нидерландов и США. По их оценкам подвижность электронов в графене бьет все рекорды, что делает этот материал главным претендентом на роль основы будущих высокочастотных электронных устройств. Ведь подвижность определяет скорость движения электронов в материале под действием электрического поля. И чем она больше, тем выше быстродействие полупроводникового устройства, тем компактнее его можно сделать.

Опираясь на свои измерения, ученые вычислили, что, если удастся удалить из графена все примеси, то подвижность электронов будет в 100 раз больше, чем в кремнии, в 20 раз больше, чем в арсениде галлия (GaAs), и даже больше, чем в абсолютном рекордсмене среди всех полупроводников — антимониде индия (InSb). А это значит, что из графена можно будет делать сверхбыстрые процессоры и другую высокочастотную электронику, работающую даже в терагерцовом диапазоне частот.

Известно, что для передвижения змея обязательно должна извиваться. Считалось, что при этом по телу рептилии пробегают своеобразные волны, которые и продвигают ее вперед, а по пути следования змеи отталкиваются от предметов, которые им встречаются — камни, ветки, небольшие бугорки на поверхности почвы.

Ученые также давно знают, что змеи быстрее всего передвигаются вперед, гораздо хуже умеют пятиться, но никто никогда не пытался определить, способны ли они скользить в сторону. И как рептилиям удается передвигаться по достаточно гладким поверхностям (песок, асфальт), тоже было известно немного. А потому профессор Дэвид Ху и его коллеги затеяли серию довольно опасных исследований, чтобы выяснить, есть ли у змеиной чешуи боковое трение. Для этого они спустили по наклонной поверхности десяток королевских змей Кэмпбелла. Сначала вперед головой, потом хвостом и, наконец, боком. В первой части эксперимента змеи скользили по грубой ткани, во второй — по менее шероховатому картону.

При этом выяснилось: на гладкой поверхности змеи двигались одинаково практически во всех направлениях. А вот ткань больше всего «тормозила» боковое движение. Физики использовали эти данные в своей математической модели. И «теоретическая» змея поползла по практически такой же траектории, что и настоящие змеи.

Однако при этом скорость ее передвижения оказалась ниже, чем у настоящих змей. Ученые пришли к выводу, что настоящие змеи ко всему прочему перераспределяют вес тела в зависимости от того, какие части тел трутся сильнее. Они снимают с этих частей нагрузку, а потому и продвигаются быстрее. После внесения соответствующих изменений в математическую модель «теоретическая» змея стала двигаться на треть быстрее.

Теоретические исследования имеет вполне реальное применение. Многие научные группы создают роботов-змей.

Так, например, доктор Гэвин Миллер начал свои разработки еще в 1987 году. Он изучал живых змей и создавал их компьютерные модели. В период с 1992 по 1999 год он разработал четыре варианта конструкций змееподобных роботов, на которых обратило внимание NASA, намереваясь использовать роботов-змей в инопланетных исследованиях.

При изучении движения змей исследователи использовали зеркальную поверхность. С помощью поляризованного света, просвечивающего сквозь желатин, ученые выяснили, где змея прикладывает наибольшие силы.

А недавно коллеги Миллера создали робота, который способен даже карабкаться на деревья, обвиваясь вокруг ствола.

Еще один робот-змея, который может двигаться практически по любой горизонтальной поверхности, был создан аспирантами Национального университета науки и оборонных технологий Китая. Длина робота-змеи 1,2 м, диаметр — 6 см, а вес — около 2 кг. Разработчики утверждают, что их механическая змея может ползать по земле или траве точно так же, как живая, развивая скорость до 20 метров в минуту.

Робот также умеет плавать. «Глазами» роботу служат видеокамеры, которые передают информацию об увиденном в кибернетический «мозг», который, как у настоящей змеи, расположен в голове.

Робот может быть использован как в мирных, так и в военных целях. Среди возможных применений специалисты называют разведку зон радиоактивного заражения местности, ее запыления, задымления и заражения ядовитыми веществами. Кроме того, роботу можно доверить поиск раненых после землетрясения, оползня и пожара, исследования узких и опасных участков (например, труб и других подземных коммуникаций)…

По материалам иностранной печати

Кстати..

ТЕПЕРЬ ЕЩЕ И АМЕБА…

Похожее по форме на колбасу устройство, которое передвигается подобно амебе, построили специалисты политехнического института Виргинии во главе с Деннисом Хонгом.

Принцип, используемый роботом, ученые назвали «цельнокожим передвижением» (Whole Skin Locomotion — WSL); робот-амеба, чтобы переместиться, фактически выворачивает себя наизнанку. «Тело» устройства покрыто гибкой мембраной. Эта «кожа» сзади устройства постепенно стягивается к центру, «втекает» в полую сердцевину, двигается там в обратном направлении и «вытекает» спереди, чтобы вновь стать внешней поверхностью робота.

Любопытно, что, помимо движения по поверхности, упругий робот может «пролезть» в дырку вдвое меньшего размера, чем диаметр его тела. Однако у гибкой поверхности есть свои недостатки: пока она не слишком износоустойчива, не защищена от проколов и порезов.

На самом деле часть полученных денег шла просто на приобретение тех самых «кладов», которые затем и обнаруживали, а часть — на уборку мусора, облагораживание рощи, где велись поиски.

Вскоре весть о кладоискателях распространилась далеко за пределы Нижней Салды. Однако никто, конечно, не думал, не гадал — что она дойдет до Италии. Но получилось именно так. И ребячья выдумка понравилась членам международного жюри больше многих других.

«Когда нас пригласили на награждение в Италию, мы сначала подумали, что это шутка. Ведь дети не то что за границей никогда не были, а многие даже на самолете ни разу не летали!» — вспоминает И. А. Зайцева.

Теперь у нее и у ребят зреют новые бизнес-планы. Конечно, заработать еще денег совсем неплохо. Но главное все-таки в другом. Возможно, благодаря именно таким проектам молодежь не будет уезжать из маленьких городков, найдет себе дело по душе там, где родился.

Однако хакеры всегда идут на шаг впереди защитников, создавая все новые вирусы. Но даже на таком фоне эта атака вируса Stuxnet была особенной. Хотя бы уже потому, что вирус использовал не одну, а сразу четыре лазейки, обнаруженные его создателями в операционной системе. Причем он может атаковать любую операционную систему, начиная с довольно древней по современным меркам Windows 2000 и кончая самой последней модификацией — Windows 7.

При этом достаточно подключиться к Интернету или вставить зараженную флэшку в USB-разъем, как вирус моментально внедряется в операционную систему, и никакая защита ему не помеха.

Если бы такой вирус «сочинил» какой-нибудь хакер, то он мог бы потом заработать большие деньги, предложив эффективный способ лечения зараженных компьютеров. Уж он-то знал бы, как это делается.

Однако таких предложений ни от кого не поступило. Кроме того, сам вирус какой-то странный. Выяснилось, что он не крадет данные банковского счета, зато может нарушить работу технологической системы контроля и управления производством SIMATIC WinCC, поставляемой корпорацией Siemens.

Да и сам вирус, как оказалось, имеет весьма сложную многослойную структуру. Расшифровав один компьютерный код, специалисты обнаруживали под ним другой. И так повторялось четыре раза.

В общем, вирус последовательно использовал по меньшей мере четыре глобальные, ранее не замеченные специалистами бреши в программе Windows. Чтобы найти такие бреши и разработать столь сложную вирусную программу, команде высококвалифицированных специалистов пришлось потратить, по крайней мере, несколько месяцев. К такому выводу пришли эксперты.

Вредоносный код был обнаружен специалистами еще в июне 2010 года, в середине июля информация о нем была опубликована в открытых источниках. Поскольку компьютеры, на которых работает программное обеспечение, управляющее оборудованием фирмы Siewens, обычно не подключены к Интернету, чтобы уменьшить риск заражения, вероятно, именно поэтому вирус спроектирован так, чтобы проникать в систему на инфицированном USB-носителе.

Когда устройство подключается к компьютеру, вирус тут же копирует себя на другие обнаруженные USB-носители и сканирует компьютер в поисках SIMATIC WinCC.

Если софт обнаружен, вирус пытается получить контроль над ним. Если вирус не обнаруживает SIMATIC WinCC, то он все равно заражает ПК, который в дальнейшем может выступать как разносчик инфекции.

Эксперты предполагают, что вирус создавался под конкретную цель, поскольку, если бы задачей ставилось поразить как можно больше компьютеров, для атаки было бы разумнее выбрать не SIMATIC WinCC, а какую-нибудь более популярную систему аналогичного класса.

Специалисты называют несколько сценариев, которыми хакеры могут воспользоваться для получения выгоды от атаки на программное обеспечение предприятий. В частности, это может быть блокировка системы до момента, пока руководство объекта не заплатит злоумышленникам. На фабриках интерес также может представлять детальная информация о производственном процессе, которая облегчит изготовление высококачественных подделок. Кроме того, SIMATIC WinCC нередко используется для управления работой электростанций, что дало повод для обсуждений в Интернете возможности использования вируса для совершения диверсий.

«Собранная нами статистика распространения вируса показывает, что наибольшее число зараженных систем сосредоточено в Индии, Иране и Индонезии. В каждой из этих стран за четыре дня было зафиксировано более 5000 зараженных систем. А, например, в соседствующем с Индией Китае отмечено лишь 5 случаев, что довольно странно», — сказал один из аналитиков. В России было зафиксировано за тот же период лишь около 150 зараженных систем, то есть в нашей стране об эпидемии речи явно не идет.

Скорее всего, этот уникальный проект создавался, чтобы нарушить работу какой-то конкретной технологической системы, использующей именно SIMATIC WinCC. Причем вирус делает это так хитро, что оператор ничего не будет замечать до тех пор, пока вся технологическая цепочка не пойдет вразнос.

Именно это, по всей вероятности, произошло в системе управления агрегатами обогащения урана, которые готовили топливо для Бушерской АЭС в Иране. В итоге пуск атомной электростанции был отложен, по крайней мере, на полгода, до начала 2011 года. Иранцы полагают, что атака хакеров была подготовлена специалистами Израиля или США — стран, которые выражают наибольшее недовольство иранской ядерной программой.

Так это или нет, доподлинно не известно. Но данная история реально показала, что человечество вступило в новую эпоху — эпоху виртуальных войн, когда в ходе невидимых сражений будут поражаться в первую очередь не люди, но компьютеры, которым мы с каждым днем даем все больше самых разных ответственных поручений.

ТРЕХЭТАЖНЫЙ АВТОБУС со спальными местами создан в ФРГ. Базой для него послужил мощный грузовик, а назначение автобуса — возить туристов на дальние расстояния по местам, где пока нет благоустроенных отелей. Так что автобус с его двухместными капсулами для сна вполне может послужить временным домом на колесах.

За путешествие продолжительностью в 2–3 недели по диким местам Африки или Азии каждый турист должен выложить до 5000 евро. Дороговато, конечно, зато есть возможность побывать там, где до вас нога туриста еще не ступала.

СЛОВНО ЧЕЛОВЕК-ПАУК из известного фильма чувствует себя человек, пользующийся услугами шестиногого робота, созданного в Британии. Остов экзоскелетона закрепляется на туловище оператора, и он получает возможность по своему усмотрению распоряжаться перемещением любой из 2,5-метровых ног-щупалец. С их помощью можно не только быстро передвигаться по завалам и пересеченной местности, взбираться на отвесные скалы и стены зданий, но и переносить грузы массой до 100 кг. Создатели этого «чудища» надеются, что их робот намного облегчит жизнь военным и спасателям, а также послужит своеобразным аттракционом.

ВЕЛОСИПЕДЫ ЛЕТАТЬ ПОКА НЕ УМЕЮТ. По крайней мере, сами по себе. Просто мастер по слоуп-стайлу — прыжкам на велосипедах — демонстрирует возможности нового горного велобайка, рама которого создана с учетом новейших технологий из углепластика. Такой велосипед имеет массу порядка б кг, что позволяет его вертеть как угодно даже одной рукой. Прочность же рамы в 2–3 раза выше, чем у других спецвелосипедов (США).

ВИРТУАЛЬНЫЕ СКУЛЬПТУРЫ. Оригинальный метод создания моделей для отливки скульптур предложен в Японии. Теперь самому мастеру не нужно пачкать руки в глине, пластилине или гипсе. Он надевает интерфейс-перчатки и лепит воображаемую скульптуру. Результаты своего труда он видит на дисплее компьютера или надев специальные очки.

После того, как работа, по мнению мастера, закончена, он отдает команду объемному принтеру и тот под управлением компьютера воссоздает оригинал из светоотвердевающейся пластмассы или специальной керамики.

ЗВУЧАЩИЙ СВЕТИЛЬНИК. У светодиодов, которые ныне повсеместно вытесняют обычные лампы накаливания и прочие светильники, открылся новый талант. Компания Osram Sylvania предлагает светильник MusicLite с необычными свойствами: 10-ваттный блок его светодиодов светит, как 65-ваттная лампа, а кроме того, принимает беспроводным способом аудиосигнал и звучит, как 25-ваттный динамик.

— Как ваше новое дело? — спросил я Холмса на следующий день. — Продвигается?

— Мне удалось узнать не так уж много, — ответил Холмс. — Везде, куда бы я ни обращался, о профессоре Иглтоне говорят только самое хорошее. Подозрительных знакомств у него не было. Чаще всего он общался с одним своим старым приятелем, Эвансом. Разумеется, я не преминул связаться с ним. По словам Эванса, последние два месяца профессор работал над своей новой книгой об инопланетных кристаллах и почти никуда не выходил.

Совсем недавно он наконец ее закончил. Эванс пришел поздравить своего друга и предложил ему посетить музей минералов — там в это время была развернута новая экспозиция. Иглтон попытался угнать звездолет как раз на следующий день после того, как побывал в музее. Пожалуй, пока это единственная зацепка.

— Следовательно, нам тоже необходимо сходить в этот музей, — заключил я.

— Именно это я и хочу вам предложить, Ватсон!

УДАРНАЯ ВОЛНА

Положите рублевую монету на стол. Прижмите ее указательным пальцем левой руки к поверхности стола. С левой стороны вплотную к рублю поместите монетку в 10 копеек. С правой стороны на некотором расстоянии от рубля положите пятирублевую монету. Теперь указательным пальцем правой руки подтолкните 5 рублей к рублю так, чтобы монетки стукнулись друг о друга.

Когда пятирублевая и рублевая монетки сталкиваются, рубль получает импульс силы. Импульс как ударная волна передается монете в 10 копеек Так как монетка не закреплена на столе, она отскакивает в сторону. Расстояние, на которое отлетит монетка в 10 копеек, зависит от массы и скорости движения монетки-биты.

Подобные опыты можно провести, используя другие комбинации монет: 1 копейка, 50 копеек и 1 рубль или 1 рубль, 2 рубля и 5 рублей. А что будет, если положить не одну десятикопеечную монетку, а несколько в ряд одну за другой?.. Попробуйте ответить на этот вопрос сами.

Чтобы опыты прошли удачно, поверхность стола должна быть гладкой, а рублевую монетку нужно сильно прижимать к столу.

ТРЯПКА-НАСОС

Вам понадобятся: стол, лоскутки разной ткани, лист бумаги, миска, вода.

Наполните миску водой и поставьте ее на стол. Положите в миску лоскут ткани так, чтобы половина его свисала на стол, а половина находилась внутри под водой. Подождите минуту-другую и замерьте уровень воды. Ткань и бумага очень быстро впитывают воду, которая начнет подниматься по лоскутку, а затем спускаться вниз по его свисающему краю. Останется ли в миске вода, зависит от высоты посуды и от количества воды, которую вы в нее нальете.

Повторите опыт с лоскутками другой ткани. Положите вместо ткани в миску лист бумаги. Посмотрите, что при этом произойдет.

Для опыта можно использовать как сухую, так и мокрую ткань.

ВОЗДУШНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ

Вам понадобятся: стол, 2 картонные втулки от рулонов туалетной бумаги, 3 трубочки для коктейля.

Положите на стол 2 трубочки параллельно друг другу. На них поместите картонные втулки на расстоянии 5 сантиметров друг от друга. Возьмите третью трубочку и подуйте в нее, направив струю воздуха между картонными основами.

Когда вы дуете в трубочку, то между втулками увеличивается скорость потока воздуха и, соответственно, согласно закону Бернулли, уменьшается его давление. В результате выравнивания давления в это место устремляется воздух из соседних областей. Он-то и захватывает с собой картонные цилиндры, которые начинает притягивать друг к другу. Чем толще трубочка, в которую дует экспериментатор, тем сильнее поток воздуха и меньше его давление, а значит, цилиндры будут двигаться быстрее.

Попробуйте теперь подуть в трубочки разной толщины. Положите картонные цилиндры на большем расстоянии — 10–15 сантиметров друг от друга и посмотрите, как меняется результат в зависимости от изменения условий эксперимента.

КАК ПОГАСИТЬ СВЕЧУ

Вам понадобятся: втулка от рулона туалетной бумаги, лист писчей бумаги, воздушный шарик, скотч, свеча, спички.

Сложите из бумаги колпак так, чтобы на его конце осталось отверстие диаметром 0,5 сантиметра. Наденьте колпак на один конец картонной втулки и приклейте скотчем так, чтобы он плотно прилегал к картону. Слегка, но не до конца, надуйте воздушный шарик. Натяните надутый шарик на другой конец втулки и закрепите скотчем. Поставьте свечу на стол и зажгите ее. Поднесите бумажный колпак к зажженной свече на расстояние 1 сантиметр. Быстро и сильно нажмите на воздушный шарик.

Если резко нажать на надутый шарик, из него выйдет воздух, который через отверстие в колпаке выйдет наружу. У воздуха будет всего один путь — маленькая дырочка в колпаке. Поэтому поток воздуха окажется плотным и точно направленным, а его скорость — высокой. Свеча погаснет. Если же нажать на шарик медленно или свеча будет расположена далеко от конструкции, потоку воздуха не хватит скорости, чтобы ее погасить.

Продолжите эксперименты, нажимая на шарик не резко или удалив колпак от свечи на большее расстояние — 5 — 10 сантиметров. Оцените, как при этом меняется результат эксперимента.

Медная пластинка на конфорке электрической плиты.

Готовый фотоэлемент в тени дает около 6 мкА тока.

Когда же фотоэлемент выставили па яркий свет, величина тока подскочила до 33 мкА.

Опыт показывает, что примерно через 20–30 минут, когда медь охладится до комнатной температуры, большая часть черноты отслоится. Остальное зачернение попробуйте смыть под струей проточной воды. Только не старайтесь убрать все черные пятна жесткой щеткой или каким иным способом. При этом очень легко повредить тонкий красный слой оксида меди, который, собственно, вам и нужен для работы солнечного элемента.

Далее вырежьте вторую медную пластинку примерно такого же размера, как и первая. Аккуратно согните обе пластины так, чтобы их можно было вставить, как половинки цилиндра, в пластиковую бутыль со срезанной верхней частью или в стеклянную банку с широким горлом. При этом обе пластинки не должны касаться друг друга. Проследите также, чтобы та сторона прокаленной пластины, что была верхней на плите, в банке была обращена наружу, к свету, поскольку именно с этой стороны можно получить больший электроток.

Возьмите два «крокодильчика» с припаянными к ним проводами и прикрепите их сверху — один на прокаленную пластину меди, а второй — на непрокаленную, чистую. Подключите провод от чистой медной пластины к положительной клемме микроамперметра. А второй провод — от оксидированной пластины — к отрицательной клемме микроамперметра.

Нагрейте в любой емкости или просто наберите из-под крана пару литров горячей воды, добавьте в нее две столовые ложки поваренной соли и мешайте раствор до тех пор, пока вся соль не растворится. Затем аккуратно залейте соленую воду в банку с пластинами с таким расчетом, чтобы 2–3 сантиметра верхнего края пластин остались сухими над водой.

Теперь можно выставить вашу батарею на солнце или просто посветить на нее яркой лампочкой. Микроамперметр должен показать наличие тока в электрической цепи.

Весь фокус в том, что оксид меди — та самая красная пленка — является полупроводником, то есть представляет собой некое среднее состояние между проводником, где электрический ток может течь свободно, и изолятором, где электроны связаны и ток течь не может.

По мере нагревания по поверхности пластинки побегут красивые — апельсиновые, сиреневые, красные — узоры побежалости.

В полупроводнике существует разрыв, который называется запрещенной зоной, между электронами, которые связаны тесно с атомным ядром, и электронами, которые отстоят дальше от атомного ядра и могут, срываясь со своих орбит, свободно перемещаться, а значит, проводить электричество.

По законам физики, электрон не может оставаться внутри запрещенной зоны. Если его энергия мала, то он будет находиться на стационарной орбите и проводить ток не сможет. Если же мы добавим ему энергии с помощью солнечного света, то он способен перескочить с одной орбиты на другую и даже пуститься в свободное путешествие, проводя электрический ток по нашей цепи — от одной пластины к другой через соленую, проводящую ток воду и далее по проводам к микроамперметру.

Перевод А. СЫРОЕГИНА

В простейших конструкциях так и делают. Переменные резисторы бывают разные: типа А имеют линейную зависимость сопротивления от угла поворота оси. Такие плохо подходят для регулятора громкости, поскольку вначале, при малых углах поворота, громкость субъективно меняется резко, а при больших углах поворота, вблизи максимальной громкости, она почти не меняется.

Объяснение простое: наши органы чувств, в том числе и слух, имеют логарифмическую зависимость отклика от интенсивности внешнего воздействия. Например, увеличив уровень сигнала ЗЧ вдвое, мы почувствуем увеличение громкости на сколько-то.

Чтобы увеличить громкость еще на столько же, надо увеличить уровень еще вдвое, и так далее.

Чтобы субъективно получить увеличение громкости, пропорциональное углу поворота оси, применяют переменные резисторы с обратнологарифмической (экспоненциальной) зависимостью, типа В.

Определить тип резистора легко обычным омметром. Повернув ось против часовой стрелки до упора, то есть в положение минимальной громкости, надо найти вывод, сопротивление между которым и средним выводом нулевое. Поворачивая ось, замечают, что сначала сопротивление возрастает медленно, затем все быстрее и быстрее. Это и есть резистор типа В.

Однако с простыми регуляторами громкости (рис. 2а) было замечено, что при малых уровнях громкости звук становится каким-то «плоским», невыразительным, в нем субъективно пропадают басы и высокие частоты. Причем, потеря низких частот (басов) заметно сильнее, чем потеря верхних.

Для компенсации этого явления предложены частотно-зависимые, или тонкомпенсированные, регуляторы громкости (рис. 2б). Для них нужен потенциометр с отводом от проводящего слоя, сделанный примерно от 1/10 части, считая по сопротивлению. Для переменного резистора R1 номиналом 47 или 50 кОм сопротивление между отводом и нижним по схеме выводом должно быть около 5 кОм.

В устройстве предусмотрено отключение тонкоррекции. В нижнем положении переключателя к отводу потенциометра присоединен только резистор R3, увеличивающий плавность регулировки и не влияющий на частотную характеристику. В верхнем же положении переключателя работают элементы тонкоррекции C1, С2, R2. Они подобраны так, чтобы цепочка R2, С2 ослабляла средние и верхние частоты, когда движок потенциометра находится ниже отвода. Субъективный завал самых верхних частот компенсирует конденсатор С1.

Полностью ли отвечает столь несложный тонкомпенсатор свойствам человеческого слуха? Естественно, нет — он только первое, хотя и неплохое, приближение. Есть и более сложные, например, использующие потенциометры с несколькими отводами. Но к чему же надо стремиться?

В многочисленных электроакустических исследованиях получены кривые равной громкости (изофоны). Прежде чем в них разобраться, определимся с единицами измерений.

Уровень громкости звука — относительная величина. Она выражается в фонах и численно равна уровню звукового давления (в децибелах — дБ), создаваемого синусоидальным тоном частотой 1 кГц такой же громкости, как и измеряемый звук (равным по громкости данному звуку).

На рисунке 3 изображено семейство кривых равной громкости, называемых также изофонами. Они представляют собой графики стандартизированных (международный стандарт ISO 226) зависимостей уровня звукового давления от частоты при заданном уровне громкости. С помощью этого графика можно определить уровень громкости чистого тона какой-либо частоты, зная уровень создаваемого им звукового давления.

Рис. 3. Кривые равной громкости — зависимость уровня звукового давления (в децибелах) от частоты при заданной громкости (в фонах).

Например, если синусоидальная волна частотой 50 Гц создает звуковое давление около 80 дБ, то, проведя прямые, соответствующие этим значениям на диаграмме, находим на их пересечении изофону, соответствующую уровню громкости 60 фон. Это значит, что данный звук имеет уровень громкости 60 фон.

Изофона «0 фон», обозначенная пунктиром, характеризует порог слышимости звуков разной частоты для нормального усредненного слуха. За нулевой уровень звукового давления принято значение 2-10^-5 Па, примерно соответствующее порогу слышимости на частоте 1000 Гц. В таблице 1 приведены ориентировочные значения громкости различных звуков.

Из рисунка 3 видно, что полной компенсации изофонических кривых при регулировании громкости добиться довольно трудно, поэтому, кроме тонкоррекции, используют дополнительные регуляторы, позволяющие получить желаемый тембр звучания при любой громкости.

Регулировка тембра

В простейшем случае достаточно обеспечить некоторый подъем нижних и верхних звуковых частот, чтобы сделать звучание приятнее и выразительнее. Для этого необязательно конструировать устройства с плавной регулировкой. Одно время было модным делать УЗЧ с фиксированными частотными характеристиками даже в серьезной промышленной аппаратуре. Схема очень простого ступенчатого регулятора тембра приведена на рисунке 4.

Регулятор имеет три положения. В положении переключателя 1 конденсатор C1 отключен, а конденсатор С2 замкнут накоротко. Поэтому коррекция отсутствует и частотная характеристика регулятора равномерна во всем диапазоне звуковых частот. Происходит лишь некоторое ослабление амплитуды проходящего сигнала, обусловленное делителем напряжения R1, R2.

В положении 2 «Бас» включается в работу конденсатор С2. На средних и высоких частотах его емкостное сопротивление мало, и эти частоты по-прежнему ослабляются делителем R1, R2. На нижних частотах, ниже частоты

F_н = 1/(2πR2C2),

сопротивление конденсатора С2 возрастает, и эти частоты ослабляются меньше, что и соответствует подъему басов.

В положении 3 «Джаз» параллельно R1 подключается емкость С1 и поднимаются верхние частоты, начиная с частоты

F_в = 1/(2πR1C1),

Примерно по тому же принципу работает и более сложный регулятор тембра с плавной и независимой регулировкой подъема или некоторого завала нижних и верхних звуковых частот. Его схема показана на рисунке 5.

В верхнем положении движка резистора R2 поднимаются нижние частоты, поскольку средние и высокие ослаблены цепочкой C1, R3. В нижнем же его положении басы ослаблены, поскольку средние и высокие частоты проходят к УМЗЧ через конденсатор С1. Регулятор верхних частот R4 подобен уже рассмотренному простейшему регулятору громкости. Но на средних и низких частотах он не действует из-за возрастающего емкостного сопротивления конденсатора С2. Высокие же частоты проходят через этот конденсатор беспрепятственно.

В регуляторах тембра с успехом можно использовать переменные резисторы с линейной зависимостью сопротивления от угла поворота оси (типа А).

В высококачественной аппаратуре применяют и более сложные регуляторы тембра или даже многополосные эквалайзеры, позволяющие независимо подобрать уровень любой полосы звуковых частот. О них можно прочитать в специальной литературе по звукотехнике.

В. ПОЛЯКОВ, професор

Об этом, наверное, надо бы спросить Оливера Валенчака — смотрителя океанариума. Ведь это ему еще в 2008 году, в дни чемпионата Европы по футболу, пришла в голову идея — исключительно забавы ради — сделать из своего питомца оракула.

«А почему бы и нет, подумал я, — вспоминает Оливер. — Осьминоги считаются самыми смышлеными среди беспозвоночных. У них три сердца и не один мозг, а девять!»

Технически все было просто. В аквариум Пауля одновременно опускали два одинаковых стеклянных ящика с флагами команд-участниц предстоящего поединка. На дне каждого из них лежала еда, тоже, как говорят, одинаковая. В какой ящик осьминог запускал щупальца, та сборная и должна была стать победителем. Таким образом, в ходе чемпионата мира в Южной Африке Пауль правильно предсказал исход всех семи игр сборной Германии, плюс он верно определил чемпиона — команду Испании!

Тут надо отметить, что пример Оливера оказался заразителен. Теперь уже во всем мире в качестве прогнозистов-оракулов пытаются приспособить то медведя, то собаку. Результаты получаются разными, поскольку на самом деле все зависит не от животного, а от того, каково чутье прогнозиста у самого хозяина. А уж как заставить животное выбрать ту или иную емкость с кормом — дело техники. Это нам только говорят, что еда в кормушках совершенно одинаковая. У зверей же чутье тонкое…

ПРАВИЛЬНЫЕ ОТВЕТЫ НА ВОПРОСЫ

«ЮТ» № 8 — 2010 г.

1. Сила притяжения между судами образуется из-за разности давлений на борта кораблей: на внутренние вода давит слабее. Разность же давлений создается по закону Бернулли (скорость потока воды между кораблями больше, а значит, давление — меньше).

2. Теплый воздух легче холодного из-за меньшей плотности. При нагреве скорость движения молекул увеличивается и расстояние между ними растет.

3. В красках на водной основе по мере их высыхания происходит испарение влаги. Раствор становится все более концентрированным, и…

_{… на остатке текста отсканирована наклейка …}

* * *

Поздравляем с победой ..???.. из г. Владивостока.

Близки были к победе Михаил Бахтин из с. Елховка Самарской обл. и Никита Смоляков из г. Томска.

* * *

_{А почему? Сколько весит…воздух. Отчего на Руси в древности годы считали «от сотворения мира»? Сколько всего Олимпиад провели в античные времена древние греки? Какое из животных считается самым умным? На эти и многие другие вопросы ответит очередной выпуск «А почему?».}

_{Школьник Тим и всезнайка из компьютера Бит продолжают свое путешествие в мир памятных дат. А читателей журнала приглашаем заглянуть на остров Сицилия, в город Сиракузы, где родился великий Архимед.}

_{Разумеется, будут в номере вести «Со всего света», «100 тысяч «почему?», встреча с Настенькой и Данилой, «Игротека» и другие наши рубрики.}

_{ЛЕВША С одним из самых маленьких, но грозных подводных миноносцев Российского флота начала XX века — субмариной «Форель» — вы познакомитесь в очередном номере «Левши» и сможете выклеить ее бумажную модель.}

_{Для любителей электроники мы опубликуем схему приемопередатчика, который позволит говорить с друзьями на расстоянии до двух километров там, где нет мобильной связи.}

_{Моделисты в ожидании весны смогут собрать модель катера с оригинальным двигателем.}

_{Владимир Красноухов, как всегда, познакомит вас с новыми головоломками, а «Левша», конечно же, даст полезные советы.}

* * *