3.5. Електроакустичні прилади

До електроакустичних приладів відносяться мікрофони, дина­мічні головки (гучномовці), акустичні системи, головні телефони, звукознімачі та магнітні головки, приймачі трипрограмні. Умовне позначення електроакустичних приладів в електричних схемах наведено на рис. 7.8.

Рис. 8. Умовне позначення електроакустичних приладів у схемах:

а) головки динамічні; б) головний телефон; в) мікрофон;

г) звукознімач

Інформацію про звукознімачі та магнітні головки наведено у підрозділі 7.6. підручника.

Мікрофони - це електроакустичні прилади, які призначені для перетворення звукових коливань в електричні

Мікрофони широко використовують в радіозв'язку, радіомов­ленні, телебаченні та апаратурі звукозапису.

Класифікують мікрофони за способом перетворення звукового сигналу в електричний на електродинамічні, електростатистичні, у тому числі електретні, п'єзоелектричні, електромагнітні та вугільні.

Електродинамічний мікрофон складається з постійного магніту круглої форми та розташованої в кільцевому проміжку цього магніту котушки з тонкого дроту, з якою жорстко зв'язана мембрана. Звуко­вий тиск впливає на мембрану, викликає рух котушки у магнітному полі. Це створює у котушці індуктивний струм, коливання якого мають таку ж частоту, що і впливаючі на мембрану звукові коливання. Ці мікрофони називаються котушковими. У деяких моде­лях для поліпшення характеристик звукова котушка замінюється тонкою стрічкою з фольги. Такі динамічні мікрофони називаються стрічковими.

Електростатичні мікрофони являють собою плоский конден­сатор, увімкнений у електричний ланцюг. Його рухома мембрана (одна з пластин конденсатора) коливається під впливом звукових

хвиль, змінюючи ємність конденсатора, і відповідно величину заряду. Зміна заряду утворює змінний струм, який подається на вхід підсилювача радіопристрою.

Якщо нерухому пластину конденсатора виготовити з електрету, то отримаємо різновид конденсаторного мікрофона - електретний мікрофон. Електрети - це особливо оброблені діелектрики, що здатні тривалий час зберігати поляризований стан після зовнішнього впливу, викликаного поляризацією. У мікрофоні електрет є джерелом постійного струму. За електроакустичними показниками електретні мікрофони набагато перевищують електродинамічні.

Конденсаторні та електретні мікрофони мають велику чутли­вість та невеликі розміри, що дозволяє вмонтовувати їх у передні панелі малогабаритних магнітофонів та магнітол.

П'єзоелектричні і п'єзокерамічні мікрофони використовують властивість особливих кристалів - п'єзоелектриків виробляти електрорушійну силу (Е-Р-С.) при механічній деформації. Як п'єзо­електрики часто використовують кристали кварцу, сегнетової солі тощо.

Основні параметри мікрофонів.

Основними параметрами мікрофонів є чутливість, номінальний діапазон частот, характеристики спрямованості.

Чутливість - це відношення величини напруги, що розвиває мікрофон на опір навантаження, до величини звукового тиску, що впливає на діафрагму мікрофона. її виміряють у мВ/Па на частоті 1000 Гц. Чутливість електродинамічних мікрофонів становить від 0,5 до 4 мВ/Па, електретних - 1-Ю мВ/Па. Чим вища чутливість мікрофона, тим слабкіші звукові коливання він може перетворювати у електричні.

Номінальний діапазон частот - це залежність чутливості мікрофона від частоти звукових коливань. Він показує, яку смугу звукових частот мікрофон може перетворювати у електричні коливання. У електродинамічних мікрофонів номінальний діапазон частот може досягати 40-16000 Гц, а конденсаторних - 20-20000 Гц.

Характеристика спрямованості — це залежність чутливості мікрофона від кута падіння на нього звукових коливань. Мікрофони можуть бути односпрямованими і з круговою характеристикою. Перші застосовуються тоді, коли необхідно позбавитися від звукового фону, оточуючого джерело, звучання якого необхідно зафіксувати.

Скорочене позначення мікрофонів складається з літер М}{ (мікрофон динамічний) чи МКЕ (мікрофон конденсаторним електретний) і числа, яке визначає номер розробки.

Головки динамічні (гучномовці) - електроакустичні пристрої, які призначені для перетворення електричних коливань низької частоти у звукові коливання і випро­мінювати їх у простір

Головки динамічні складаються із звукової котушки, магнітної системи і випромінювального дифузора. Звукова котушка жорстко закріплена на вузький частині дифузора, розміщеного в зазорі магнітної системи.

Принцип роботи електродинамічних головок заснований на взаємодії магнітного поля магнітної системи головок зі змінним електричним струмом, який проходить через звукову котушку. Внаслідок такої взаємодії котушка разом з дифузором коливається. Дифузор коливає повітряне середовище, створюючи звукові хвилі.

Основними параметрами гучномовців є номінальна потужність, частотна характеристика, номінальний діапазон частот, коефіцієнт нелінійних спотворень.

Головні телефони (навушники) - це електро­акустичні пристрої для перетворення електричних сигналів звукової частоти в акустичні для роботи у безпосередньому контакті з вухом (ДСТУ 2371-9'4)

Головні телефони - це найбільш компактні електроакустичні пристрої. Вони складаються з двох мініатюрних слухавок з роздільними електричними колами. Це акустичний прилад електро­магнітної дії. Мембрана в приладі коливається під дією електро­магніта, по котушці якого проходить змінний струм звукової частоти.

До продажу надходять великоомні (понад 2000 Ом), низькоомні (600 Ом), а також стереофонічні головні телефони. Стереофонічні телефони за принципом дії і одержуваному ефекту можуть розгля­датися як дві широкосмужні динамічні головки прямого випроміню­вання невеликої потужності (0,1 Вт) з діапазоном відтворюваних частот від 20 до 20000 Гц.

Нині розповсюдження набули електростатичні головні телефони, в яких дуже тонка і легка діафрагма рухається під дією створюваних спеціальним пристроєм змінних електростатичних сил при подачі на телефони коливань звукової частоти. Перевага таких телефонів полягає у значно меншому спотворенні звучання, а недолік - у складності пристрою.

Абонентські гучномовці - це електро­ акустичні прилади, які призначені для приймання сигналів низькочастотного каналу мережею провідного мовлення з номінальною напругою 30 В

Абонентські гучномовці мають динамічну головку, узгоджу-вальний трансформатор (для узгодження опору звукової котушки з опором джерела живлення - трансляційної мережі) і регулятора гучності (змінний резистор), які розташовано у футлярі. З транс­ляційною мережею гучномовець з'єднується за допомогою шнура з вилкою. Випускають одно- і трипрограмні гучномовці.

Акустичні системи (АС) - це акустичні прилади, які призначені для роботи з високоякісною побутовою радіоелектронною апаратурою для перетворення електричних сигналів звукової частоти в акустичні і випромінювання звука в навколишнє повітряне середовище

У переважній більшості в АС перетворення електричних сигналів в акустичні здійснюються за допомогою електродинамічних головок. Звукова котушка механічно з'єднана з випромінювачем -дифузором, який, власне, і створює у просторі стиснення і розрідження повітря, тобто акустичні хвилі. Оскільки звукова хвиля, що випромінюється попередньою (фронтальною) поверхнею дифу­зора, знаходиться у протифазі з акустичною хвилею, що випро­мінюється тильним боком дифузора, обидві ці хвилі при роботі динамічної головки у відкритому просторі можуть гасити одна одну, що носить назву "акустичне коротке замикання". Щоб уникнути цього, головки розміщують у корпусі, основним призначенням якого і

є виключити взаємодію звукових хвиль від фронтальної і тильної поверхонь дифузора. Динаміки, що встановлені у корпусі разом і роздільними фільтрами, утворюють акустичну систему, що називається іноді звуковою колонкою.

Класифікація акустичних систем (АС)

Залежно від типу оформлення та умов експлуатації акустичні системи бувають - малогабаритні (так звані "акустичні системи для книжкової полиці") і стаціонарні, що призначені для безпосередньою встановлення на підлогу (підлогові).

Малогабаритні АС завдяки своїм невеликим розмірам мають наявні переваги перед стаціонарними при їх розміщенні у малогабаритній квартирі. Крім того, малі розміри АС дозволяють відносно просто забезпечити необхідну жорсткість корпуса, що надзвичайно важливо для досягнення високої якості звучання. До того ж, менші розміри корпуса АС потребують і менших затрат матеріалів на їх виготовлення. Разом з тим, у малогабаритних АС низька пружність повітря внутрішнього об'єму корпуса, що суттєвим чином відображається на якості та кількості низьких частот, що випромінюються системою. Недостатня пружність повітря призво­дить до зменшення гнучкості підвісу дифузора низькочастотного гучномовця, встановленого в корпусі АС, що в свою чергу, суттєво підвищує резонансну частоту гучномовця. Наслідки цього - малогаба­ритні АС просто фізично не здатні при прийнятних значеннях їх чутливості задовільно відтворювати найнижчі частоти (нижче за 50 Гц). Крім того, у порівнянні з більш потужними і часто більш чутливими підлоговими акустичними системами малогабаритні, як правило, відтворюють менший динамічний діапазон звукових сигналів.

Для отримання високоякісних низьких частот при відносно невеликих розмірах розроблено трикомпонентні АС - сабвуферно-сотелітні.

Сабвуферно-сотелітна АС складається з одного великого низькочастотного блока (сабвуфера) і двох окремих відносно малогабаритних АС (сотелітів). Великі розміри сабвуфера необхідні для створення достатнього об'єму акустичної камери для роботи над-низькочастотного гучномовця, тоді як середні і високі частоти досить задовільно відтворюють акустичні системи - сотеліти невеликих розмірів. Сучасні сабвуфери призначені для ефективного відтворення низькочастотних звукових сигналів у смузі частот 20-120 Гц.

Відмітною особливістю сабвуферно-сотелітних АС, порівняно з малогабаритними, є максимальна узгодженість низько- та високо­частотних блоків.

Залежно від виконання корпуса АС поділяють на системи з закритим, відкритим корпусом та з фазоінвертором. Форма корпуса АС, поряд з його геометричним розміром, має дуже важливе значення для отримання високоякісного звука. У відкритих АС задня стінка має отвори. У корпусі цих АС міститься одна широкосмугова динамічна головка. Перевагою цих АС є простота виготовлення та низька собівартість. Закриті АС мають більш високоякісне відтворення звука, але вони досить громіздкі.

Найбільш перспективні АС з фазоінвертором. Зовнішньо АС цього типу відрізняються від закритих АС наявністю в них на передній (чи задній) стінці вихідного отвору з трубкою визначеного діаметра та розміру - фазоінвертора, який з'єднує внутрішній об'єм АС із зовнішнім. Це конструктивне рішення дозволяє суттєво знизити нижню граничну частоту АС і помітно збільшити рівень її звукового тиску на низьких частотах. АС з фазоінвертором містять три чи дві динамічні головки, тобто весь діапазон відтворюваних частот складається із трьох (НЧ, СЧ, ВЧ) чи двох смуг, які відтворюються відповідною динамічною головкою.

Корпус АС оздоблюють шпоном цінних порід деревини, полірують і вкривають лаком. Багатосмужкові АС мають регулятор тембру, який дозволяє змінювати забарвлення звука.

Залежно від рівня параметрів АС поділяються на 4 групи складності - вищу, першу, другу, третю.

Основні параметри електроакустичних приладів

Точність відтворювання інформації будь-якою звуковідтворю­вальною апаратурою залежить від якісних показників електро­акустичних перетворювачів (головок динамічних, абонентських гучномовців, головних телефонів, АС).

Діапазон відтворюваних частот (в Гц) показує, які електричні коливання можуть бути перетворені у звукові. Наш слуховий орган здатен сприймати звукові коливання частотою від 20 до 20000 Гц, тому чим ближче діапазон відтворюваних частот акустичних перетворювачів до цієї межі, тим вища природність і достовірність звучання.

Середній звуковий тиск (у Па) - це тиск, створений динамічною головкою чи гучномовцем на відстані одного метра. Від нього

залежить гучність звучання. Тиск 0,8-1 Па достатній для озвучення приміщення площею 75-100 м², 0,5-0,6 Па - площею 25-30 м². Тиск 0,3-0,4 Па являє собою звучання середньої гучності у приміщенні найбільшою площею, 0,1-0,2 Па - тихе звучання, яке чутно лише на відстані 2-Зм від гучномовця.

Номінальна потужність (у Вт) - це найбільша електрична потужність, яка підведена до головки гучномовця, за якої спотво­рення відтворюваних частот не перевищує встановлених норм (звичайно в нижній частоті не більше 10%). Великий запас номі­нальної потужності дозволяє відтворювати сигнал при зниженні гучності з меншими спотворенням.

Коефіцієнт гармонік (у %) - визначає спотворення звучання, яке характеризується виникненням у відтворюваному спектрі звукових частот нових складових (гармонік), відсутніх у підведеному сигналі. Утворення гармонік "забруднює" звуковий матеріал, викликає різні перешкоди (шум, гам, хрипи і т.п.). Спотворення звука до 2% слухачем не відчувається, до 6% - практично не помітні, до 8% - стають помітними.