-
Электроакустические преобразователи, их классификация, анализ работы, характеристики, область применения.
Электроакустич. преобразователи – приборы, преобраз. звуковые колебания в электрические и обратно. В телефонии это – микрофон, телефон или громкоговоритель.
Классификация. По обратимости: обратимые и необратимые. По принципу действия: электромагнитные, электродинамические, электростатические (конденсаторные, электретные), пьезоэлектрические, электроконтактные (угольные, транзисторные), оптические. Все, кроме электроконтактных, являются обратимыми.
Характеристики. Чувствительность. Чувствительность микрофона (м) - это отношение э.д.с. Eм, развиваемой микрофоном, к звуковому давлению Рм, действующему ему на мембрану, В/Па. Чувствительность телефона (т) - это отношение звукового давления Рт, развиваемого телефоном, к напряжению Uт на зажимах телефона, Па/В:
Частотная характеристика(ЧХ). Это график, показывающий зависимость чувствительности преобразователя от частоты. Идеальная ЧХ имеет вид горизонтальной прямой, т.е. чувствительность в идеале не зависит от частоты. В реальности ЧХ имеют неравномерный характер. Для оценки этой неравномерности служит коэффициент неравномерности, дБ:
,
где max
и min
– соответственно максимальная и
минимальная чувствительность
преобразователя в заданном диапазоне
частот.
Амплитудная характеристика. Зависимость амплитуды сигнала на выходе от амплитуды сигнала на входе. Например, для телефона – это зависимость Eм от Pм.
Коэффициент нелинейных искажений. Определяет в процентах нелинейные искажения, вносимые в систему передачи речи вследствие нелинейности амплитудной характеристики преобразователя.
Направленность действия. Показывает изменение чувствительности преобразователя в процентах в зависимости от угла между акустической осью (перпендикуляром к диафрагме) и рассматриваемой точкой звукового поля.
Наибольшее распространение нашли электромагнитные, электродинамические, пьезоэлектрические, электростатические и электроконтактные (угольные микрофоны) преобразователи.
Рассмотрим типы преобразователей (рисунок).
Электромагнитный преобразователь (а). Содержит пост. магнит с полюсными надставками, электромагнит и мембрану из ферромагнитного материала. м=0,1 В/Па; т=0,025 Па/В.
Недостаток – большая неравномерность ЧХ =15-20 дБ и большой коэфф. нелинейных искажений (Кн=5%). Применяют преимущественно в качестве телефона. Их достоинство – сравнительно высокая чувствительность, дешевизна и высокая надежность в работе.
Электродинамический преобразователь(б). Имеет пост. магнит и катушку с якорем. При колебании мембраны якорь колеблется и в катушке возникает э.д.с. Используется как микрофон, телефон и громкоговоритель. м=0,006 В/Па; т=0,0006 Па/В; =10-15 дБ; Кн=3%.
Электростатический преобразователь (в). Содержит воздушный конденсатор из неподвижной пластины и подвижной мембраны. Мембрана колеблется и изменяется емкость. Преимущественно применяется как микрофон из-за низкой чувствительности в качестве телефона. м=т =0,00001 В/Па; =2-3 дБ. Обеспечивает высокое качество звука, требует стабильное состояние окружающей среды и постоянное напряжение питания.
Пьезоэлектрический преобразователь (г). Основан на использовании пьезоэлектрического эффекта некоторых кристаллов (кварца, турмалина, сегнетовой соли и др.). При колебании мембраны происходит деформация кристалла и на его гранях возникает электрический заряд. м=0,025 В/Па; т=0,020 Па/В; =20-40 дБ. Достоинства: простота, дешевизна, малый размер. Недостатки: сравнительно малая чувствительность и влияние температуры и влажности среды. Применяют для микрофонов, телефонов и громкоговорителей спец. аппаратуры.
Электроконтактные преобразователи (д). Принцип – изменение сопротивления эл. контакта в процессе преобразования звуковой энергии. Наиболее распространен угольный микрофон. м=0,7 В/Па; =15-20 дБ; Кн=40%. Достоинство: высокая чувствительность, что обусловило его распространение в телефонных аппаратах. Однако он имеет большую неравномерность ЧХ и большой Кн, поэтому не применяется в студиях совещания, оповестительной связи, у диспетчеров и др., где используют электродинамические микрофоны.