3.2.2. Ларингофоны

Ларингофоны относятся к приборам, которые преобразуют механические колебания в электрический сигнал. В процессе разговора человека происходит колебание мышц его шеи, вызванное акустическими колебаниями в гортани. Ларингофоны, закрепленные на шее в области гортани, воспринимают колебания мышц и преобразуют их в электрические сигналы. Устройство угольного ларингофона схематически изображено на рис. 3.6. Принцип его работы основан на инерционности электродов 2 и 4, которые крепятся к корпусу 1 с помощью гибких диафрагм 5 к 6. Массы электродов выбираются разными, поэтому инерционность их неодинакова. При разговоре колебания мышц шеи передаются корпусу ларингофона и электродам. Причем, из-за различной массы электродов их перемещение не будет синфазным. В результате этого плотность угольного порошка 3 и его сопротивление электрическому току изменяются по закону входного воздействия. Последующий процесс аналогичен процессу, происходящему в угольном микрофоне. Применение электродов с различными массами и диафрагм с различной упругостью позволяет получить сложную колебательную систему с несколькими резонансами. Это необходимо для получения равномерной частотной характеристики в требуемой полосе частот. Для увеличения выходного напряжения обычно используются два ларингофона, соединенных последовательно. Чувствительность ларингофонов определяется как отношение выходного напряжения и_вых на согласованном сопротивлении нагрузки к эффективному значению колебательной скорости х, т. е.

^(3.9)

Рис. 3.6. Ларингофон угольный: 1- корпус; 2, 4 - электроды;

3 - угольный порошок; 5, 6 - диафрагмы

Определение параметров ларингофонов производится обычно при колебательной скорости 0,04 см/с на частоте 1000 Гц.

Угольные ларингофоны (ЛА-5, ЛА-7 и др.), применяемые в авиационной аппаратуре, имеют номинальный диапазон частот 300... 3000 Гц, чувствительность около 2500 мВ/см/с, коэффициент гармоник не более 20% и обеспечивают вполне достаточную разборчивость речевых сигналов.

Основное достоинство ларингофонов - их высокая помехозащищенность, слабая чувствительность к внешним акустическим шумам. Они могут работать при уровне окружающих шумов до 120 дБ и более. Это определило широкое их использование в авиационных системах связи, особенно на подвижных наземных объектах и летательных аппаратах в составе авиационных гарнитур. Кроме угольных ларингофонов применяются электромагнитные, пьезоэлектрические и другие типы ларингофонов.

3.2.3. Телефоны и громкоговорители

Телефоны и громкоговорители предназначены для преобразования электрических сигналов в акустические колебания воздушной среды и приема информации на слух. Телефоны относятся к приборам индивидуального пользования и обеспечивают прослушивание принимаемых сигналов оператором без создания помех окружающим. Они имеют также специальные приспособления (амбушюры) для ослабления мешающего действия внешних акустических шумов. Телефоны могут входить в комплект телефонных аппаратов, шлемофонов, авиационных гарнитур и т. п. Громкоговорители являются приборами коллективного пользования. Они служат в качестве оконечных устройств в наземных системах громкоговорящей связи в штабах, на аэродромах, узлах связи, системах оповещения и т. д.

Основными характеристиками телефонов являются: чувствительность, отдача, модуль полного сопротивления, частотная характеристика чувствительности, амплитудная характеристика.

Чувствительность телефона определяется на частоте 1000 Гц как отношение эффективного звукового давления р, развиваемого телефоном в камере искусственного уха, к эффективному напряжению н_вх, приложенному к телефону

(3.10)

Камера искусственного уха представляет собой устройство, имеющее объем, соответствующий среднему объему слухового канала и ушной раковины человека. Это устройство в совокупности со специальной измерительной аппаратурой позволяет производить исследование телефонов.

Отдача телефона р₀ - величина звукового давления, развиваемого телефоном в камере искусственного уха, при подведении к нему сигнала мощностью в 1 мВт через сопротивление, равное модулю полного сопротивления телефона на частоте 1000 Гц.

Модуль полного сопротивления телефона определяется по формуле

(3.11)

где R_T - сопротивление телефона постоянному току, ΩL_Т - индуктивное сопротивление телефона.

Измерение величины ׀Z ׀ производится при нагруженном на камеру искусственного уха телефоне на частоте 1000 Гц.

Частотная характеристика чувствительности определяет зависимость чувствительности телефона от частоты испытательного напряжения, т. е. E_T =f(F) при u_вх =сonst.

Амплитудная характеристика определяет зависимость отдачи телефона от величины испытательного напряжения, т. е. p₀ =f(и_вх) при F =1000 Гц.

Громкоговорители принято характеризовать следующими параметрами: номинальной мощностью, стандартным звуковым давлением, чувствительностью, номинальным электрическим сопротивлением.

Номинальная мощность громкоговорителя — максимальная величина подводимой электрической мощности с учетом ограничений по тепловому режиму, механической прочности и уровню нелинейных искажений.

Стандартное звуковое давление — это среднее звуковое давление, развиваемое громкоговорителем на расстоянии одного метра по его оси при подведении к нему напряжения, соответствующего мощности 0,1 Вт при F=1000 Гц.

Чувствительность громкоговорителя Е_Г определяется отношением среднего звукового давления р, развиваемого громкоговорителем на рабочей оси на расстоянии одного метра от рабочего центра, к корню квадратному от подводимой электрической мощности Р_э, т. е.

при F = 1000 Гц.

Номинальное электрическое сопротивление громкоговорителя равно модулю полного электрического сопротивления громкоговорителя на частоте F = 1000 Гц.

В авиационных системах связи наибольшее применение получили телефоны и громкоговорители электромагнитного или электродинамического типа. По принципу действия они взаимны соответствующим типам микрофонов. Обратимость электроакустических преобразователей следует рассматривать лишь как принципиальное их свойство. Практически при проектировании того или иного прибора принимаются специальные меры, обеспечивающие требуемые характеристики в зависимости от назначения прибора. Поэтому микрофоны, телефоны и громкоговорители одноименных систем конструктивно отличаются друг от друга. Взаимностью принципов работы не обладают преобразовательные приборы, построенные по релейной схеме например угольные микрофоны и ларингофоны.

Электромагнитный телефон по принципу действия взаимен микрофону электромагнитной системы. Действительно, если к катушке электромагнитного микрофона (рис. 3.2) подключить электрический сигнал звуковой частоты, то за счет прохождения переменного тока через катушку образуется переменный магнитный поток. В результате сложения его с магнитным потоком постоянных магнитов в зазоре между мембраной и сердечником образуется пульсирующий магнитный поток, под действием которого диафрагма приходит в колебательное движение, вызывая акустические колебания воздушной среды. Последние воспринимаются слуховым аппаратом человека.

Следует указать на принципиальную необходимость постоянных магнитов в этих телефонах. В противном случае колебание диафрагмы происходило бы с удвоенной частотой, так как она испытывала бы притяжение к сердечнику как в положительный, так и в отрицательный полупериоды переменного магнитного потока. Все это приводило бы к недопустимо большим нелинейным искажениям.

Электромагнитные телефоны (типа ТА, ТГ, ТМ и др.) имеют следующие усредненные характеристики: номинальный диапазон частот 300...3000 Гц, отдача 6...10 Па, неравномерность частотной характеристики чувствительности не более 15 дБ, коэффициент гармоник около 5%.

Принцип работы динамических телефонов взаимен принципу действия динамических микрофонов (рис. 3.4). Подавая на катушку 2 напряжение звуковой частоты, можно привести, ее в колебательное движение за счет взаимодействия магнитных полей, создаваемых постоянным магнитом и катушкой при протекании через нее переменного тока. Вместе с катушкой приводится в колебание диафрагма, ее механические колебания преобразуются в акустические колебания воздушной среды.

Динамические телефоны типа ТД и другие имеют следующие обобщенные характеристики: номинальный диапазон частот 100...5000 Гц, отдача не менее 10 Па, неравномерность частотной характеристики не более 4 дБ. Телефоны этого типа имеют сравнительно высокие качественные данные, однако им присущи недостатки: сложность конструкции, низкая механическая прочность, невысокая эксплуатационная надежность. Они обычно применяются в измерительной технике и другой специальной аппаратуре.

Громкоговорители электромагнитной и электродинамической системы по принципу действия аналогичны соответствующим телефонам. Имеются различия в конструктивном исполнении. В принципе телефоны, снабженные диффузором или рупором, могут выполнять функцию громкоговорителя. По типу излучателей громкоговорители подразделяются на диффузорные и рупорные.

В диффузорных громкоговорителях диафрагма, входящая в подвижную систему, выполняет одновременно функцию преобразователя механических колебаний в акустические и функцию излучения звука в окружающую среду. Поэтому диафрагму называют диффузором, или рассеивателем. Диффузорные громкоговорители относятся к громкоговорителям с непосредственным излучением. Недостатком этого типа громкоговорителей является низкий коэффициент полезного действия из-за отсутствия согласования сопротивления механической системы и воздушной среды. Диффузорные громкоговорители типа ГД выпускаются на мощность от 0,1 до 25 Вт, имеют номинальный диапазон частот от 50 до 10000 Гц, стандартное звуковое давление в пределах 0,2...0,3 Па, коэффициент гармоник около 10%.

В рупорных громкоговорителях функцию такого согласования выполняет рупор. Выходное отверстие рупора является излучателем, а входное отверстие - нагрузкой для механической системы. В этом случае можно добиться малой инерционности подвижной механической системы и обеспечить высокое качество воспроизведения. Размеры и конфигурация рупора выбираются в зависимости от назначения громкоговорителя. Рупор концентрирует звуковую энергию в определенном направлении, усилительными свойствами он, естественно, не обладает. Коэффициент концентрации звуковой энергии в рупорах доходит до 30...50. Рупорные громкоговорители широко применяются в командной и диспетчерской связи. Выпускаемые промышленностью рупорные громкоговорители типа ГРД имеют следующие параметры: номинальный диапазон частот от 200 до 4000 Гц, номинальную мощность от 3 до 100 Вт, неравномерность частотной характеристики не более 15 дБ, стандартное звуковое давление от 0,5 до 1,5 Па, коэффициент гармоник не более 10%, коэффициент полезного действия до 3°/о и более.

Электроакустические преобразователи в авиационных системах связи входят в комплект гарнитур. Последняя включает в себя ларингофон или микрофон и телефоны. До недавнего времени авиационная гарнитура состояла из ларингофона и шлемофона, представляющего собой головной убор (шлем) оператора с вмонтированными в него телефонами. Применение ларингофонов обеспечивает не только возможность работы в условиях сильных акустических шумов, но также практически исключает обратную акустическую связь.

В настоящее время в бортовых системах связи широкое применение нашли авиационные гарнитуры, в состав которых входит микрофон типа ДЭМШ и телефоны ТА-56М (гарнитура ТМГ). Известны также другие самолетные гарнитуры, например ГCШ-C-14, ГСШ-С-15 и т. п. В авиационных кислородных масках применяются микрофоны типа МM-l MM-2 и др.