Знакомство с преобразователями звука

В этом уроке мы узнаем о преобразователях звука. Два распространенных преобразователя звука - это микрофоны и громкоговорители. Краткое описание Что такое звук? Что такое преобразователи звука? Микрофон (входной преобразователь звука) Угольный микрофонПодвижный железный микрофонПодвижный катушечный микрофон или динамический микрофонЛенточный микрофонПьезоэлектрический микрофонКонденсаторный микрофонГромкоговоритель (выходной преобразователь звука) Громкоговоритель с подвижной катушкой или динамический динамик a ДинамикПьезоэлектрические динамикиЭлектростатические динамикиВведениеЗвук - это обобщенный термин, обозначающий акустические волны, которые представляют собой тип продольных волн, которые распространяются посредством сжатия и декомпрессии в адиабатическом процессе. Частотный диапазон акустических волн составляет от 1 Гц до десятков тысяч Гц. В этом огромном диапазоне человек может слышать от 20 Гц до 20 К. Преобразователи звука или звука бывают двух типов: входные датчики или датчики звука для электрических преобразователей и выходные исполнительные механизмы или электрические преобразователи звука. Примером датчика на входе является микрофон, а на выходе - громкоговоритель. Преобразователи звука могут обнаруживать и передавать звуковые волны. Если частота звуковой волны очень низкая, то они называются инфразвуковыми. А если частота звуковых волн очень высока, то их называют ультразвуковыми. ВЕРНУТЬСЯ В началоЧто такое звук? Звук и вибрация взаимосвязаны, так как звук связан с механической вибрацией. Многие звуки вызваны вибрацией твердых тел или газов. Согласно ANSI, звук определяется как «колебание давления, напряжения и т. Д., Распространяющееся в среде за счет внутренних сил или суперпозиция таких распространяющихся колебаний». Звуковая волна - это форма волны, вызванная вибрацией, которая вызывает идентичную вибрацию в любом материале, на который воздействует звуковая волна. Чтобы передавать звуковые волны, необходима среда, которая может вибрировать. Вибрирующий объект или материал сжимает молекулы окружающего воздуха и разряжает их. Звуковые волны не проходят через вакуум. Когда звук передается, он имеет три важных волновых параметра: скорость или скорость, длину волны и частоту. Эти характеристики аналогичны характеристикам электрического сигнала. Частота и форма волны звука определяются источником звука или частотой и формой волны вибрации, вызывающей звук. Скорость и длина волны звука зависят от среды, которая передает звуковые волны. Соотношение между тремя параметрами - скоростью, длиной волны и частотой - показано ниже. Частота (f) = Скорость (м / с) / Длина волны (λ) Единицы измерения частоты - герцы (Гц). Ссылка на ресурс изображения: electronics-tutorials.ws /io/io46.gifСкорость звука в данном материале зависит от плотности и эластичности материала. Следовательно, скорость звука выше в твердых телах и ниже в газах под высоким давлением. Объективное измерение звуковых волн использует интенсивность принимающей поверхности, измеряемую как количество ватт звуковой энергии на квадратный метр. Ухо имеет нелинейный отклик, а его чувствительность зависит от частоты звука. Диапазон частот, в котором звук может быть обнаружен человеческим ухом, составляет от 20 Гц до 20 кГц. Чувствительность уха максимальна в диапазоне 2 кГц. ВЕРНУТЬСЯ В началоЧто такое преобразователи звука? Преобразователь звука - это устройство, которое может преобразовывать звуковые сигналы в электрические или электрические сигналы в звуковые. В первом случае они называются преобразователями входного звука, и микрофон является примером для этого случая. Во втором случае они называются преобразователями выходного звука, а динамик является примером. Микрофон (преобразователь входного звука) Преобразователь звука или звука в электрическую энергию - это микрофон или просто микрофон. Микрофон генерирует электрические аналоговые сигналы, которые пропорциональны звуковым волнам, воздействующим на его диафрагму. Микрофоны классифицируются по типу используемых в них электрических преобразователей. В дополнение к преобразователю в микрофоне используются акустические фильтры и проходы, форма и размер которых изменяют отклик всей системы. Характеристики микрофона являются как электрическими, так и акустическими. Чувствительность микрофона выражается в мВ электрического выхода на единицу интенсивности звуковой волны. Импеданс микрофона имеет большое значение. Микрофон с высоким импедансом имеет высокий электрический выход, а микрофон с низким импедансом - низкий. Из-за высокого импеданса микрофон чувствителен к гудению. Важным фактором также является направленность микрофона. Если микрофон используется для измерения давления звуковых волн, то он является всенаправленным, т.е. он улавливает звук, исходящий с любого направления. Микрофон является направленным, если он реагирует на скорость и направление звуковой волны. Тип звукового преобразователя не обязательно определяет принцип работы как давление или скорость, но конструкция микрофона является наиболее важным фактором. Некоторые из самых важных факторов. распространенными типами микрофонов являются: угольный микрофон, микрофон с подвижным железом, микрофон с подвижной катушкой, ленточный микрофон, пьезоэлектрический микрофон и электретный конденсаторный микрофон. НАЗАД В начало Углеродный микрофон Угольный микрофон был первым типом микрофона, который был разработан для использования в телефонах. Сейчас их заменяют электретные конденсаторные микрофоны. Угольный микрофон использует гранулы углерода, которые удерживаются между диафрагмой и задней пластиной. Когда гранулы сжимаются, сопротивление между диафрагмой и задней пластиной значительно падает. Колебания диафрагмы, возникающие в результате падающей на нее звуковой волны, могут быть преобразованы в вариации сопротивления гранул. Микрофон требует внешнего источника питания, так как он не генерирует напряжение. Основное и единственное преимущество угольного микрофона заключается в том, что он дает громадный по стандартам микрофона выходной сигнал. К недостаткам относится плохая линейность, плохая структура, которая вызывает множественные резонансы в звуке. диапазон и высокий уровень шума, так как сопротивление гранул меняется даже при отсутствии звука. ВЕРНУТЬСЯ В началоПодвижный железный микрофонПодвижные железные микрофоны также называют микрофонами с регулируемым сопротивлением. В подвижном железном микрофоне используется мощный магнит. Магнитопровод содержит якорь из мягкого железа, который, в свою очередь, соединен с диафрагмой. По мере движения якоря магнитное сопротивление цепи изменяется, что, в свою очередь, изменяет общий магнитный поток в цепи. Магнитная цепь в этом типе микрофона делает инструмент тяжелее. ВЕРНУТЬСЯ В начало Микрофон с подвижной катушкой или динамический микрофон В микрофонах с подвижной катушкой (динамических) используется магнитная цепь с постоянным магнитным потоком. В этой схеме электрический выходной сигнал создается путем перемещения катушки с проволокой в ​​цепи, которая прикреплена к диафрагме. Вся эта конструкция имеет форму капсулы, что делает микрофон управляемым давлением, а не управляемым скоростью. Катушка движется в ответ на движение диафрагмы, когда звуковые волны попадают на диафрагму. Применяя закон электромагнитной индукции Фарадея, в катушке индуцируется напряжение из-за движения катушки в магнитном поле. Максимальный выход достигается, когда катушка достигает максимальной скорости между пиками звуковой волны, поэтому выходной сигнал сдвинут по фазе со звуком на 900. Внутренний вид динамического микрофона показан ниже. Диапазон движения катушки очень мал, так как размер катушки небольшой. Следовательно, линейность микрофонов с подвижной катушкой превосходна. Из-за низкого импеданса катушки выходная мощность значительно мала, и, следовательно, требуется усиление сигнала. Индуктивность катушки в микрофонах с подвижной катушкой меньше, и поэтому они менее восприимчивы к шуму от сети. Конструкция микрофона с подвижной катушкой напоминает конструкцию громкоговорителя наоборот. ВЕРНУТЬСЯ В начало Сигнал снимается с концов ленты. Используется сильное магнитное поле, так что движение ленты поперек максимально возможного магнитного потока возможно. Это генерирует выходной сигнал с пиковым значением на 900, не совпадающим по фазе со звуковой волной. Внутренний вид ленточного микрофона показан ниже. Ленточный микрофон - это микрофон с регулируемой скоростью. Ленточные микрофоны используются в ситуациях, когда важна направленность. Основное применение этого типа микрофона - голосовые комментарии в шумной обстановке. Ленточные микрофоны имеют очень хорошую линейность, а их конструкция неизбежно делает их устройством с низкой выходной мощностью. Для повышения уровня напряжения и импеданса ленточные микрофоны обычно снабжены трансформатором. Ленточные микрофоны хорошего качества - дорогая вещь. Направленность этого микрофона подходит для стереовещания. ВЕРНУТЬСЯ В начало Пьезоэлектрический микрофон Преимущество пьезоэлектрического микрофона по сравнению с другими типами микрофонов заключается в том, что он не ограничен в использовании в воздухе, а может быть прикреплен к твердому телу, а также погружен в непроводящую жидкость. . Пьезоэлектрические преобразователи могут использоваться на ультразвуковых частотах, а некоторые используются в диапазоне высоких частот. Пьезоэлектрические преобразователи состоят из кристаллического материала. Когда кристалл деформируется звуковыми волнами, ионы кристалла смещаются несимметрично. Первоначально кристалл соли Rochelle использовался в качестве кристаллического материала в пьезоэлектрических микрофонах, и этот кристалл соединен с диафрагмой. Выходное напряжение и импеданс высокие, но линейность плохая. Сегодня синтетические кристаллы используются вместо натуральных кристаллов. Титанат бария представляет собой синтетический кристалл, используемый для частот до сотен кГц. Рисунок пьезоэлектрического микрофона показан ниже. НАЗАД В начало Конденсаторный микрофон Конденсаторный микрофон состоит из двух поверхностей: одна представляет собой проводящую диафрагму, а другая - заднюю пластину и электрический заряд между ними. две поверхности закреплены. Когда звуковая волна ударяется о диафрагму, колебания вызывают изменение емкости. При фиксированном заряде изменение емкости вызывает волну напряжения. Выход зависит от расстояния между пластинами. Выходной сигнал больше для данной амплитуды звука, когда расстояние между поверхностями меньше. Конструкция конденсаторного микрофона показана ниже. Конденсаторный микрофон - это устройство, работающее от давления. Для обеспечения фиксированного заряда требуется источник напряжения. Это напряжение называется напряжением поляризации. Конденсаторные микрофоны обеспечивают линейность в работе, а также обеспечивают очень хорошие аудиосигналы. Чтобы избежать поляризующего напряжения, используется электрет. Электрет - это изоляционный материал с постоянным зарядом. Это электростатический эквивалент магнита. В электретных конденсаторных микрофонах одна из пластин конденсатора представляет собой электретную пластину, а другая - диафрагму. Поскольку электрет обеспечивает постоянный заряд, нет необходимости в подаче напряжения. ВЕРНУТЬСЯ В начало Динамик (выходной звуковой преобразователь) Использование микрофона невелико, если нет преобразователя для противоположного направления. Преобразователи, такие как динамики, зуммеры и рожки, являются исполнительными механизмами вывода звука, которые могут воспроизводить звук из входного электрического сигнала. Функция звукового привода состоит в том, чтобы преобразовывать электрические сигналы в звуковые волны, очень похожие на исходный входной сигнал в микрофон. Наушники являются одними из более простых преобразователей выходного звука, которые использовались задолго до того, как микрофоны. Наушники использовались с машиной с ключом Морзе в электрических телеграфах. После разработки микрофонов комбинация входных и выходных звуковых преобразователей привела к появлению множества изобретений, включая телефон. Задача наушников проста, и поскольку они расположены рядом с ухом, требования к мощности также очень низкие, обычно порядка нескольких милливатт. Поскольку требуемая мощность меньше, в наушниках используется небольшая диафрагма. Громкоговоритель, в отличие от наушников, не прижимается к уху, а звуковые волны запускаются в космос. Следовательно, конструкция, принцип и требования к мощности громкоговорителей немного отличаются. Доступны громкоговорители различных размеров, форм и частотных диапазонов. Преобразователь акустической системы называется блоком давления, поскольку он преобразует сложные электрические сигналы в давление воздуха. Для этого громкоговоритель состоит из моторного блока, который преобразует входные электрические волны в вибрации, и диафрагмы, которая перемещает достаточно воздуха, чтобы сделать вибрационный эффект слышимым. Для каждого типа микрофона имеется соответствующий громкоговоритель. Некоторые из распространенных типов динамиков: подвижное железо, подвижная катушка, пьезоэлектрические, изодинамические и электростатические. ВЕРНУТЬСЯ В начало Громкоговоритель с подвижной катушкой или динамический громкоговоритель Принцип подвижной катушки используется в большинстве динамиков и наушников. Громкоговорители с подвижной катушкой также называются динамическими громкоговорителями. Принцип работы громкоговорителя с подвижной катушкой полностью противоположен принципу работы микрофона с подвижной катушкой: он состоит из тонкой проволочной катушки, называемой звуковой катушкой, которая подвешена в очень сильном магнитном поле. Эта катушка прикреплена к диафрагме, например, к бумажному или майларовому конусу. Диафрагма подвешена по краям к металлической раме. Внутренняя структура громкоговорителя с подвижной катушкой показана ниже. Когда входной электрический сигнал проходит через катушку, создается электромагнитное поле. Сила этого поля определяется током, протекающим через катушку. Регулировка громкости усилителя драйвера определяет ток, протекающий через звуковую катушку. Магнитному полю, создаваемому постоянным магнитом, противодействует электромагнитная сила, создаваемая электромагнитным полем, что заставляет катушку двигаться в одном или другом направлении, определяемом взаимодействием между северным и южным полюсами. Диафрагма, прикрепленная к катушке, движется вместе с катушкой, что вызывает возмущение в воздухе вокруг нее. Эти помехи производят звук. Громкость звука определяется скоростью, с которой движется диффузор или диафрагма. ВЕРНУТЬСЯ В начало Управление динамиком Диапазон частот, который может слышать человеческое ухо, составляет от 20 Гц до 20 кГц. Современные громкоговорители, наушники, наушники и другие преобразователи звука предназначены для работы в этом диапазоне частот. Однако для аудиосистем типа High Fidelity (Hi-Fi) отклик звука разбивается на более мелкие подчастоты. Это улучшает общую эффективность и качество звука динамика. Низкочастотные блоки называются низкочастотными динамиками, а высокочастотные - высокочастотными динамиками. Блоки для средних частот просто называются средними частотами. Обобщенные частотные диапазоны и их терминология упоминаются ниже. От 10 Гц до 100 Гц Низкие частоты - от 20 Гц до 3 кГц Средний диапазон - от 1 кГц до 10 кГц Высокочастотный динамик - от 3 до 30 кГц В системах Hi-Fi с несколькими динамиками имеются отдельные динамики низких, средних и высоких частот с активным или пассивным кроссовером для точного разделения и воспроизведения аудиосигнала всеми вспомогательными динамиками. Простая схема управления динамиком показана ниже. Транзистор имеет конфигурацию эмиттерного повторителя. Сигнал ШИМ от микроконтроллера подает сигнал переменного тока на базу транзистора. Конфигурация эмиттерного повторителя передает сигнал переменного тока на динамик путем усиления тока. Диод действует как фильтр. Ниже показана конструкция с несколькими динамиками. Существует три типа драйверов: низкочастотный динамик, среднечастотный динамик и высокочастотный динамик. Ниже показана простая схема аудиоусилителя. В зависимости от используемой схемы фильтра, усилитель может использоваться для управления низкочастотным, среднечастотным или высокочастотным динамиком. Некоторые другие типы выходных преобразователей упомянуты ниже. твитеры изготовлены по пьезоэлектрическому принципу. Диафрагмы изготовлены из листов пьезоэлектрического пластика. Когда между гранями диафрагмы подается напряжение, она сжимается и расширяется в соответствии с сигналом. Формируя диафрагму как часть поверхности сферы, сжатие и расширение можно преобразовать в движение, которое будет перемещать воздух. ВЕРНУТЬСЯ В начало Электростатические динамики Электростатические динамики состоят из проводящей диафрагмы, помещенной между двумя электропроводящими пластинами. Проводящие пластины заряжены положительно и отрицательно соответственно. При подаче аудиосигнала диафрагма переключается между положительным и отрицательным зарядом. Диафрагма притягивается к противоположно заряженной пластине в зависимости от ее заряда.

Оставить сообщение 

Список сообщений