1.2 Электроакустикалық түрлендіргіштер

Электромагнитті, электродинамикалық, пьезоэлектрлі, электроста–тикалық түрлендіргіштер және электротүйіспелі – көмірлі микрофондар кең қолданыс тапты.

Электромагнитті түрлендіргіштер (2.1,а-сурет) тұрақты магниттен, электромагниттен және ферромагниттен материалдан жасалған М мембранадан тұрады. Түрлендіргіш қайтылуы және телефон мен микрофон ретінде қолданылу мүмкін. Оны телефон ретінде қолданған кезде орташа сезімталдығы ал микрофон ретінде . Электромагнитті типті түрлендіргіштердің үлкен кемшілігі мәнге жететін жиіліктің сипаттаманың біртексіздігі және сызықты емес бұрмаланудың үлкен коэффициенті болып табылады. Берілген типті түрлендіргішті артықты телефон ретінде пайдаланады. Олардың артықшылығы – салыстырмалы жоғары сезімталдығы арзан бағасы және жұмыстағы жоғары сенімділігі. Микрофон ретінде күрделі магнитті тізбегі бар электромагнитті түрлендіргішті қолданады.

Электродинамикалық түрлендіргіштің (2.1,б-сурет) тұрақты магниті және М мембранасымен қосылған оңай жылжитын К орамы бар. Мембрана тербелген кезде К катушканың орамында ЭҚК пайда болады. Қайтымды түрлендіргіш микрофон, дауыскүшейткіш немесе телефон ретінде пайдаланылады. Электродинамикалық түрлендіргіштің орташа сезімталдығы ал жиіліктік сипаттамасының біртексіздігі Кішігірім сезімталдығына байланысты түрлендіргіш күшейткішпен бірге жұмыс жасайды.

Егер электродинамикалық түрлендіргіш телефон немесе қаттышығарғыш ретінде пайдаланылса, онда оның орташа сезімталдығы ал жиіліктік сипаттамасының біртексіздігі болады. Электродинамикалық түрлендіргіштер жақсы жиіліктік сипаттамамен сызықты емес бұрмаланулардың кішігірім коэффициентімен ( ), құрылыстың қарапайымдылығымен және эксплуатациядағы сенімділігімен сипатталады.

Электростатикалық немесе конденсаторлық түрлендіргіш (2.2,в-сурет) жылжымалы пластинадан жасалған әуе конденсатордан және жұқа жеңіл жылжымалы пластинадан – М мембранадан тұрады. Дыбыс толқындарының әсерінен мембарана тербеліп, конденсатор орамаларының арасындағы қашықтықты өзгертеді, ал бұл сыйымдылық пен зарядты өзгертеді. Нәтижесінде жүктемесі арқылы айнымалы тоқ өтеді, ал микрафонның мембранасына әсер ететін дыбыс қысымына сәйкес келетін айнымалы кернеуді тудырады. Түрлендіргіш қайтымды бірақта оның телефон ретіндегі сезімталдығы өте аз болғандықтан, микрофон ретінде кең қолданыс тапты.

2.1-сурет. Электроакустикалық түрлендіргіштер

Конденсаторлық түрлендіргіштердің орташа сезімталдығы және жиіліктердің кең ауқымындағы ( ) біртекті жиілікті сипаттамасы бар. Олар акустикалық өлшеу үшін және де жоғары сапалы радиохабарландыру және дыбысты жазу үшін кеңінен қолданылады. Түрлендіргіштің қалыпты жұмысы үшін қоректену көзі кернеуінің тұрақтылығы және қоршаған ортаның тұрақты күйі қажет. Конденсаторлық микрофон кең жолақты күшейткішпен бірігіп жұмыс жасайды.

Конденсаторлық микрофонның түрлілігі болып электродты микрофон (МКЭ) табылдады, ондағы полимерден жасалған электрод (электрет) алдын-ала полярланып, оның тербелуіне өзгеретін потенциялы болады. Бірақ уақыт өтісімен электродтың потенциялы өзгеріп, оның қайта полярлануы қажет болады.

Пьезоэлектрлі түрлендіргіш (2.1,г-сурет) кварц, тумалин, сегнетті тұз кристалдардың және т.б. пьезоэлектрлі әсерін қолдануға негізделген. Мембрана тербелген кезде, бейморфты кристалл элементі деформацияланып, оның граньдарындағы электр зарядтары пайда болады. Түрлендіргіш қайтымды, яғни пьезоэлементіндегі электр зарядтың өзгеруі кристалдағы және онымен байланысқан М мембрананың механикалық тербелуіне алып келеді.

Түрлендіргішті микрофон ретінде қолданғанда жиіліктік сипаттамасының біртексіздігі болған кезде, орташа сезімталдығын алуға болады. Егер де түрлендіргіш телефон немесе қатты дабыл ретінде қолданылса, оның орташа сезімталдығы ал жиіліктік сипаттамасының біртексіздігі болады.

Пьезоэлектрлі түрлендіргіштердің артықшылықтарына: құрылғының қарапайымдылығы, салыстырмалы арзан бағасы, кішігірім өлшемдері жатады, ал кемшіліктеріне-қоршаған орта температурасы мен ылғалдығының оның параметрлеріне үлкен әсер етуі және салыстырмалы аз сезімталдығы жатады. Кристалды және керамикалық пьезоэлементтер микрофон, телефонды және арнайы аппаратураның қатты дабылын жасау үшін кең қолданыс тапты.

2.1 – кесте.

Түрлендіргіштердің сипаттамалары

Түрлендіргіш түрі	Орташа сезімталдық Sм, Sт	Біртексіздік коэффициенті S, дБ	Қолдану аймағы
Электромагнитті	Sм=0,1 В/Па Sт=15 Па/В	15	Телефон аппаратындағы телефондар және микрофондар
Электродинамикалық	Sм=410-3 В/Па Sт=0,6 Па/В	8	Студиялық микрофондар, дауыскүшеткіштер, телефон аппаратындагы телефондар және микрофондар
Электростатикалық	Sм=210-3 В/Па	6	Студиялық микрофондар, өлшегіш құрылғыларындағы және телефон аппараттарындағы микрофондар
Пьезоэлектрлік	Sм=0,025 В/Па Sт=20 Па/В	10	Арнайы аппараттар үшін микрофондар және телефондар
Көмірлі	Sм=0,7 В/Па	35	Телефон аппаратындағы микрофондар

Электр түйіспелі түрлендіргіштердің әрекеті дыбыстық энергияның түрлендірілу процесіндегі К электрлі түйіспенің кедергісінің өзгеруіне негізделген (2.1, д -сурет). Түрлендіргіштер активті, микрофон ретінде жұмыс жасайды және қайтымсыз болып табылады. Бұл типті ең көп таралаған түрлендіргіш болып көмірлі микрофон табылады, мұнда М мембранасы тербелгенде көмір ұнтағының тығыздығы және оның электрлі кедергісі өзгереді. Нәтижесінде жүктеме тізбегінде тоқ өтеді, ол мембранаға әсер ететін дыбыс қысымының өзгеруіне байланысты өзгереді.

Микрофондардың басқа түрлерімен көмірлі микрофонның артықшылығы -0,7В/Па дейін жететін үлкен орташа сезімталдығы болып табылады. Сондықтанда ол телефон аппараттарында кең қолданыс тапты. Бірақ та көмірлі микрофондардың жиіліктік сипаттамасының біртексіздігі ( ) үлкен және сызықты бұрмалану коэффиценті айтарлықтай ( ) болады, сондықтан олар электродинамикалық микрофондар қолданылатын жиналыс байланысы мен хабарландырушы байланыс студияларында, пайыздық диспетчерлерде микрофон ретінде қолданылмайды.

Электр түйіспелі жұмыс принципінің негізінде микрофондардың басқа түрлері де құрылу мүмкін, мысалы транзисторлық, мұндағы мембрана транзистордың эмиттерімен механикалық байланысқан. Мембрананың тербелістері эмиттерге айнымалы қысым беріп, эмиттерлі өтудің кедергісін өзгертеді, нәтижесінде оның тізбегіндегі ток тербелістері пайда болады.

Түрлендіргіш әрекетінің бағытталуы. Бұл параметр – акустикалық ось (диафрагмаға перпендикуляр) және дыбыстық өрістің қарастырылатын нүктесі арасындағы  бұрышына тәуелді болатын микрофон, телефон және қатты дабылдың сезімталдығының пайыздық өзгеруін көрсетеді. Бағытталудың сипаттамасы, әдетте полярлы координатамен графикалық түрде бейнеленіп, үш негізгі түрде болады: Шеңбер-әрекет бағытталуы жоқ; кардиоида – бағытталуы бір жақты және “сегіздік” – бағытталуы екі жақты. Кәдімгі телефон аппараттарындағы микрофон бір жақты бағытталады.

2.2-сурет. Конденсаторлы микрофон сұлбасы

Дыбыс толқындарының әсерінен мембрана өзгеріп, конденсатор қоршаулары арасындағы қашықтықтарды өзгертеді.Оның сыйымдылығы мен зарядын өзгертеді. Осының салдарынан кернеу арқылы айнымалы тоқ өтеді. Ол микрофон мембранасына әсер ететін дыбыс қысымына сәкес айнымалы кернеу тудырады. Түрлендіргіш қайтымды, бірақ ол көбінесе микрофон түріндегі қолданысқа ие болды. Оның телефон сапасындағы сезімталдығы төмен.

Конденсаторлы микрофондар орташа сезімталдыққа S_Мор=210^-3 В/Па және жиіліктің кең диапазонында бір қалыпты жиілік сипатқа ие (ΔS_M=6дБ). Олар акустикалық өлшеу және радиохабар мен дыбыс жазуда кеңінен қолданылады. Түрлендіргіштің қалыпты жұмыс істеу үшін қоршаған ортаның тұрақты күйі мен қуаттандыру көзінің тұрақты кернеу қажет. Конденсаторлы микрофон кеңжолақты күшейткішпен бірге жұмыс істейді.

Электродты микрофон (МККЭ) конденсаторлы микрофонның әр түрлілігі болып табылады. Мұнда электрод қайтадан поляризацияланады да, потенциалға ие болады. Бірақ та уақыт ағынымен электрод потенциалы төмендейді, сондықтан да оның қайта поляризациялау қажет болады.

Микрофондардың электр сипаты:

Сезімталдықпен берілу коэффициенті К_М (S_M) КМ түрлендіргіш ретіндегі электроакустикалық қасиетін сипаттайтын негізгі көрсеткіші болып табылады.

Микрофон сезімталдығы микрофон арқылы дамитын ЭҚК-ң орналасқан нүктедегі дыбыс қысымына қатынасы негізінде анықталады.

,

мұндағы Е-микрофонның ЭҚК-ң әсер ету мәні, В; Р-дыбыстық қысымы, Па.

Сезімталдық әр жиілікте әртүрлі. Микрофон сезімталдығының жиіліктен тәуелділігі микрофон сезімталдығының сипаттамасы деп аталады. Сө»лесу спектрінің белгілі жиілігінде сезімталдықтың кенеттен өзгеруі резонансты құбылыстармен түсіндіріледі. Бұл құбылыстар дыбыс тербелістерінің жиілігі мембрана тербелістерінің жиілігімен қатар келгенде пайда болады.

Жиілік сипаттамасының бірқалыпты емес сипаты амплитуда жиілікті өзгеріспен, яғни телефонмен сөйлесу кезінде дауыстың өзгеруімен түсіндіріледі.

Мембрананың мөлшерін (диаметр, қалыңдық) конструктивті өзгерте отырып, оның жиілігін сөйлесу спектрінің шегінен шығаруға болады. Бұл кезде сипаты біршама бірқалыпты бола бастайды, бірақ сезімталдық мөлшері азаяды (МК-16). Көлденең жиілікті форма сипаты микрофон корпусы аралығына және басқа да бөліктеріне бекітілген ауа көлемінің мөлшері мен формасына да тәуелді болады. Конструкцияны өзгерте отырып микрофонның жиілік тәуелді сипатын да өзгертуге мүмкіндік бар.

Микрофонның жиілік сипатының бір қалыпсыздығы дБ-мен көрсетіледі және келесі формуламен анықталады:

,

мұндағы К_М max K_M min-жиіліктің зерттелетін жолағындағы микрофонның максималды және минималды сезімталдығы.

Көмірлі микрофонның телефон байланысында кең қолданылуы оның құрылысының қарапайымдылығы мен құнының төмендігі болып отыр. Ал оның кемшіліктеріне уақыт кезіндегі сипаттардың тұрақсызығы, шу, берілу кезіндегі микрофон арқылы пайда болатын сызықсыз және жиілікті өзгерістер, көмір қнтағы түйіршіктерінің бірігуі мен гигроскопиялығын және т.б. жатады. КМ жұмысының сапасы көмір ұнтағының герметизациясын жоғарлату, оның сапасын жақсарту және сәйкес келетін электрод формаларын таңдау т.б. арқылы жоғарлауы мүмкін.

Конденсаторлы микрофондардың кемшіліктеріне сезімталдық мөлшерінің өзгерісіне алып келетін диафрагманың мүмкін болатын тартылыстары жатады.

Тапсырма:

- нөмірді терген кезіндегі уақытты есептеңіз, егер импульстің беру жылдамдығы 11 имп/с болса, межсериялық интервалы 500 мс болса. Нөмірді терген кезіндегі тоқтың диаграммасын көрсетіңіз. Берілген мәндері 2.2- кестеде.

2.2- кесте.

Берілген мәндер

варианттың№	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9
Терілген нөмір	275776	423458	547243	499957	643829	888566	995564	357126	341658	265974

Мысалы:

545444 нөмірі терілген

Алтысанды нөмір терілген кезде межсериялық интервал =5.

1. Бір импульстің уақытың есептеңіз (импульстін периоды):

Т = 1/f = 1/11 имп/с = 0,09с,

мұндағы Т =t_p + t_з – импульстің периоды, t_p – импульсты контактыны ажырау уақыты, t_з – импульсты контактыны тұйықталу уақыты.

Әр межсериялық уақытының ішіне тұйықталу уақыты t_з кіреді.

t_p = t_з, t_з = Т/2 = 0,09/2 = 0,045с.

t_мс = 500 мс.

2. Берілген нөмірде импульстің саның есептеңіз:

n = 5 + 4 + 5 + 4 + 4 + 4 = 26 импульстер,

N = 6 – берілген нөмірде цифрлар саны.

3. Барлық импульстердің берілу уақытың есептеңіз:

t = Т  n - t_з  N + t_мс   = 0,09  26 – 0,045  6 + 0,5  5 = 2,34 – 0,27 + 2,5 = 0,11с.

Бақылау сұрақтар:

1. Электроакустикалық түрлендіргіштер дегеңіміз не?

2. Электрлік түрлендіргіштер энергия түрлендіру принципі бойынша бөлінуін келтіріңіз.

3. Электроакустикалық түрлендіргіштер энергияны түрлендіру принципі бойынша бөлінуін келтіріңіз.

4. Әрекет қайталауы бойынша электроакустикалық түрлендіргіштер қандай түрлерге бөлінеді?

5. Электроакустикалық түрлендіргіштердің негізгі параметрлерің келтіріңіз.

6. Телефон сезімталдығы дегеңіміз не?

7. Түрлендіргіштің жиіліктік сипаттамасын келтіріңіз.

8. Түрлендіргіштің орташа сезімталдығы неге тең?

9. Түрлендіргіш әрекетінің бағытталуы дегеңіміз не?