3. Устройства связи на железнодорожном транспорте

2. Принципы телефонной передачи. Устройство угольного микрофона и электромагнитного телефона

2.1. Принципы телефонной передачи

Схема односторонней телефонной передачи представлена на рис. 2.1.

Звуковые колебания от источника звука воздействуют на микрофон М, где акустическая энергия преобразуется в электрическую. На выходе микрофона возникают колебания электрического тока, которые передаются по линии и воспринимаются в пункте приема телефоном Т. В телефоне происходит обратное преобразование электрической энергии в звуковую. Звуковые колебания, излучаемые телефоном, воздействуют на орган слуха человека и вызывают у него ощущение принятого звука.

Телефонный тракт представляет собой комплекс электроакустических и электрических устройств, участвующих в преобразовании речи и передачи ее от рта говорящего к уху слушающего. Он состоит из акустических участков АУ, электрического участка  линии и электроакустических преобразователей (микрофон и телефон ).

Акустические участки телефонного тракта от источника звука до микрофона и от телефона до уха слушающего являются проводниками звуковой энергии. Они оказывают большое влияние на телефонную передачу, так как вносят затухание в тракт. Через эти участки помимо полезного сигнала в тракт поступают акустические шумы. Электрический участок тракта состоит из абонентских и соединительных линий, каналов связи и коммутационных устройств, которые необходимы для соединения одного абонента с другим. Электроакустические преобразователи монтируются или в микрофонах, или раздельно в виде микрофона и телефона (громкоговорителя).

2.2. Устройство угольного микрофона и электромагнитного телефона

Для высокого качества телефонной передачи необходимо, чтобы электроакустические преобразователи не вносили нелинейных искажений в разговорный тракт, обладали максимально возможными для данного типа преобразователей чувствительностью и коэффициентом полезного действия и были бы надежными в работе. Кроме этого, преобразователи должны иметь невысокую стоимость и быть экономичными в эксплуатации.

Для оценки качества работы микрофона и телефона в отношении преобразования одного вида энергии в другой вводится понятие чувствительности преобразователя.

Чувствительностью микрофона S_м называется отношение электродвижущей силы Е_м, В, развиваемой микрофоном, к звуковому давлению р_м,Па, действующему на его мембрану (рис. 2.2),

S_м = Е_м / р_м.

Чувствительностью телефона называется отношение звукового давления р_т, Па, развиваемого телефоном, к напряжению U_т, В, на зажимах телефона

S_т = р_т / U_т .

Чувствительность преобразователей в значительной степени зависит от частоты колебаний.

Электроакустические преобразователи можно разделить на две основные группы – обратимые и необратимые. Обратимые преобразователи обладают свойством преобразования как акустической энергии в электрическую, так и наоборот – электрической энергии в звуковую. Необратимые преобразователи этим свойством не обладают.

Угольный микрофон (рис. 2.3) является преобразователем необратимого типа. Действие угольного микрофона основано на свойстве угольного порошка изменять свое сопротивление в зависимости от изменения его плотности.

Звуковые волны воздействуют на мембрану М и заставляют ее колебаться. Под влиянием колебаний мембраны угольный порошок сжимается, а сопротивление его изменяется. Вследствие этого в цепи нагрузки R_н будет проходить ток, изменяющийся в соответствии с изменением звукового давления, действующего на мембрану.

Большим достоинством угольного микрофона по сравнению с другими типами микрофонов является высокое значение средней чувствительности, достигающее 0,7 В/Па.

это сделало его наиболее распространенным в телефонных аппаратах местной связи. Однако угольные микрофоны имеют большую неравномерность частотной характеристики (до 30 дБ) и значительный коэффициент нелинейных искажений (до 20 %), поэтому они не применяются в качестве студийных микрофонов при организации таких видов связи, как связь совещаний, диспетчерская поездная, дорожная распорядительная, оповестительная и др., где используются главным образом электродинамические микрофоны. Микрофоны изготовляют с разным сопротивлением угольного порошка: НО – низкоомные (3080 Ом); СО – среднеомные (не более 120 Ом); ВО – высокоомные (не более 200 Ом). При малых токах питания (до 25 мА) применяют ВО микрофоны; при токах питания от 25 до 60 мА – СО, а при токе питания свыше 60 мА – НО. Ток питания микрофона ограничен значением тока спекания угольного порошка, при котором гранулы угольного порошка спекаются (80100 мА), и микрофон приходит в негодность. Капсюльные угольные микрофоны обозначаются МК-10, МК-16, МК-16Н. Конструктивно они выполнены в виде неразборных капсюлей.

Кроме угольных микрофонов, в телефонных аппаратах используют электромагнитные микрофоны (обозначаются ДЭМК-7Т, ДЭМШ и ДЭМШ-1, причем два последних применяются в аппаратуре громкоговорящей связи). Распространенными являются электродинамические микрофоны типов МД-44, МД-53, МД-59, которые предназначены для передач из студии.

Электромагнитный телефон (рис. 2.4) состоит из постоянного магнита, полюсных надставок, на которых размещены обмотки и мембрана из ферромагнитного материала. Под действием постоянного магнита, создающего магнитный поток Ф₀, мембрана всегда находится в изогнутом состоянии.

При прохождении переменного тока через обмотку создается переменный магнитный поток Ф_~, взаимодействующий с потоком постоянного магнита Ф₀ и вызывающий колебания мембраны. При этом мембрана колеблется с частотой тока, проходящего по обмоткам телефона, создавая звуковые волны. Для неискаженной передачи необходимо, чтобы телефон имел достаточно сильный постоянный магнит. Чтобы мембрана колебалась пропорционально изменению намагничивающей силы магнитной системы, рабочую точку перемагничивания мембраны выбирают в средней части прямолинейного участка кривой намагничивания. Поэтому обмотки телефона наматывают не прямо на полюсы постоянных магнитов, обладающих высокой степенью намагничивания, а на полюсные надставки, изготовленные из мягкой стали. Телефоны подобно микрофонам конструктивно выполняют в виде телефонных капсюлей ТА-4, ТК-67 и др.

На железнодорожном транспорте для озвучивания открытых площадей, перронов, вокзалов, сортировочных горок используют громкоговорители (рупорные, радиальные), в которых реализован изложенный выше принцип работы.