9.4. Електромагнітні телефони

Телефон – перетворювач електричних коливань в звукові, призначений для роботи в умовах навантаження на вухо людини.

Принцип дії електромагнітного телефону оснований на взаємодії магнітних потоків, що створюються постійним магнітним та електричним полем. Результатом такої взаємодії являється зміна сили, що діє на феромагнітну мембрану.

Розрізняють електромагнітні телефони з простою і диференційною магнітними системами.

9.4.1 Обладнання і принцип дії телефону з простою магнітною системою.

Рис.9.6. Обладнання електромагнітного телефону з простою електромагнітною системою:

1 – мембрана;

2 – полюсні надставки;

3 – два напів-кільцеві постійні магніти;

4 – електрообмотка

Усі деталі розміщені у пластмасовий корпус, зачинений кришкою з отворамии, мембрана утримується силою постійного магніту і додатково притискається кришкою з краю.

В залежності від напрямку струму в обмотці змінний магнітний потік або збільшує початкову силу, що притягує мембрану, або її зменшує. Сила, що змінюється, викликає коливання мембрани з амплітудою Ам, що супроводжується випроміненням звукових хвиль.

Сила притяжіння прямо пропорційна квадрату магнітного потоку. Для синусоїдального струму, що протікає по обмотці телефону, сила, що діє на мембрану визначається з виразу:

F = k (Ф₌+ Ф_~)² = k (Ф₌+ Фsinωt) = kФ²₌+2ФФ₌ksinωt+1/2Ф²k(1 – cos2ωt).

Сила F складається з 3-х частин:

F₁ = kФ²₌+1/2Ф²k – постійна сила, що не залежить від часу і створює постійний прогин мембрани.

F2 = 2kФ₌Ф²sinωt – сила, що діє на діафрагму з частотою змінного струму, який проходить по мембрані.

F3 = -1/2kФ²cos2ωt – сила, що викликає коливання мембрани з подвійною частотою, що приводить до нелінійних спотворень.

k – коефіцієнт пропорційності.

З цього виразу випливає, що коливання мембрани телефону визначаються взаємодією двох сил. Перша сила F1 = 2ФФ₌ksinωt викликає корисні коливання з частотою ω. Друга сила F2 = 1/2Ф²k(1 – cos2ωt) також змінюється у часі, але викликає коливання з подвійною частотою 2ω, тобто створює частотні спотворення.

З порівняння амплітуд цих сил 2ФФ₌k і 1/2Ф²k випливає, що якщо виконане співвідношення Ф₌»Ф (в Ф₌/Ф›1000) другою силою можна знехтувати і вважати, що мембрана буде коливатися з частотою струму, що проходить по обмотці.

Це досягається використанням постійного магніту з твердого магнітного матеріалу (альні) з високою ступінню насичення, а полюсних надставок з магніто –м’якого матеріалу (пермеллою) певного перетину.

Використання полюсних надставок дозволяє отримати оптимальний магнітний потік у мембрані, підвищити акустичну ефективність телефону, знизити нелінійні спотворення і втрати на гістерезис.

В телефонах з диференціальною магнітною системою потік постійного магніту, що направлений знизу вверх, сумується з магнітним потоком, що створюється струмом, який проходить по обмотці.

Рис.9.7. Принцип обладнання електромагнітного телефону з диференціальною електромагнітною системою:

1 – циліндричний постійний магніт;

2 – полюсна надставка;

3 – якорь;

4 – мембрана з тонкої латунної фольги;

5 – обмотка

Якір знаходиться під впливом дії двох сил:

F₁ = k(Ф₌+ Ф_~sinωt)²

F₂ = k(Ф₌−Ф_~sinωt)²

Виходячи з цього, сила, що діє на якір, і приводить в коливання мембрану, буде я різницею цих сил:

F = F₁− F₂ = 4kФ₌Ф_~sinωt

З цього виразу (умови) випливає, що в телефоні з диференційною електромагнітною системою відсутні нелінійні спотворення, що обумовлено подвійною частотою коливань діафрагми.

Якість телефону, як перетворювача електричних коливань у звукові, оцінюють рядом параметрів і характеристик: чуттєвість телефону, частотна характеристика чуттєвості телефону, середня чуттєвість і приведена чуттєвість.

Чуттєвістю телефону називають відношення звукового тиску, що розвивається телефоном в порожнині штучного вуха, до напруги на його зажимах. Штучним вухом називають вимірювальний пристрій, параметри якого відповідають вуху людини:

; .

Залежність чуттєвості від частоти називають частотною характеристикою чуттєвості телефону.

S_Т = φ (t);

.

Для порівняння телефонів між собою користуються середньою чуттєвістю S_Тср в заданому спектрі частот f₁÷f_2. :

,

n – число частот , на яких виконується вимірювання.

Амплітудно-частотні характеристики оцінюють коефіцієнтом нерівномірності частотних характеристик чуттєвості телефону:

, дБ

де S_Тmax і S_Тmin – максимальна і мінімальна чуттєвість в визначеному діапазоні частот.

Рис. 9.8. Залежність чуттєвості від частоти

Ці величини не можуть служити критерієм для порівняння телефонів, що мають різні опори, так як ці величини не враховують потужність, яку споживає телефон. З урахуванням потужності телефону, яку споживають, якість телефону оцінюється приведеною чуттєвістю.

Під приведеною чуттєвістю розуміють таку чуттєвість, яку має телефон при заданому звуковому тиску і модулю вхідного опору, який дорівнює 600 Ом, при тій же потужності, яку споживають:

,

де - повний опір телефону на цій же частоті.