Įvadas į garso keitiklius

Šioje pamokoje sužinosime apie garso keitiklius. Du dažniausiai naudojami garso keitikliai yra mikrofonai ir garsiakalbiai. Konspektas ĮvadasKas yra garsas?Kas yra garso keitikliai?Mikrofonas (įvesties garso keitiklis)Anglinis mikrofonas Judantis geležinis mikrofonas Judantis ritės mikrofonas arba dinaminis mikrofonas Juostelinis mikrofonasPiezoelektrinis mikrofonas Dinaminis mikrofonas Kondensatorius Mikrofonas Garsiakalbis (Išvesties garso keitiklis Lori) a GarsiakalbisPiezoelektriniai garsiakalbiaiElektrostatiniai garsiakalbiai Įvadas Garsas yra apibendrintas terminas, apibūdinamas akustinėms bangoms, kurios yra išilginių bangų tipas, sklindantis suspaudimo ir dekompresijos būdu adiabatinio proceso metu. Akustinių bangų dažnių diapazonas yra nuo 1 Hz iki dešimčių tūkstančių Hz. Šiame didžiuliame diapazone žmogus gali girdėti nuo 20 Hz iki 20 K Hz. Garso arba garso keitikliai yra dviejų tipų: įvesties jutikliai arba garso į elektrinius keitiklius ir išvesties pavaras arba elektros į garso keitiklius. Įvesties jutiklio pavyzdys yra mikrofonas, o išvesties pavara yra garsiakalbis. Garso keitikliai gali aptikti ir perduoti garso bangas. Jei garso bangos dažnis labai žemas, tada jos vadinamos infra – garsu. O jei garso bangos dažnis labai aukštas, tada jos vadinamos ultragarsu. ATGAL Į VIRŠUS Kas yra garsas? Garsas ir vibracija yra tarpusavyje susiję, nes garsas siejamas su mechanine vibracija. Daugelį garsų sukelia kietųjų medžiagų ar dujų vibracija. Remiantis ANSI, garsas apibrėžiamas kaip „slėgio, įtempių ir kt. svyravimai, sklindantys terpėje su vidinėmis jėgomis arba tokio sklindančio virpesio superpozicija“. Garso banga yra bangos forma, kurią sukelia vibracija. Ši bangos forma sukelia identišką vibraciją bet kurioje garso bangos paveiktoje medžiagoje. Norint perduoti garso bangas, reikalinga terpė, kurią būtų galima vibruoti. Vibruojantis objektas ar medžiaga suspaudžia aplinkines oro molekules ir jas retina. Garso bangos neperduoda per vakuumą. Kai garsas perduodamas, jis turi tris svarbius bangos parametrus: greitį arba greitį, bangos ilgį ir dažnį. Šios charakteristikos yra panašios į elektrinės bangos formos charakteristikas. Garso dažnį ir bangos formą lemia garso kilmė arba garsą sukeliančios vibracijos dažnis ir bangos forma. Garso greitis ir bangos ilgis priklauso nuo terpės, kuri perduoda garso bangas. Santykis tarp trijų parametrų greičio, bangos ilgio ir dažnio parodytas žemiau. Dažnis (f) = greitis (m/s) / bangos ilgis (λ) Dažnio vienetai yra hercai (Hz). Vaizdo šaltinio nuoroda: electronics-tutorials.ws /io/io46.gifGarso greitis tam tikroje medžiagoje priklauso nuo medžiagos tankio ir elastingumo. Taigi garso greitis yra didesnis kietose medžiagose ir mažas aukšto slėgio dujose. Objektyviam garso bangų matavimui naudojamas priėmimo paviršiaus intensyvumas, išmatuotas kaip garso energijos vatų skaičius kvadratiniame metre. Ausis reaguoja netiesiškai, o jautrumas kinta priklausomai nuo garso dažnio. Dažnių diapazonas, kuriame žmogaus ausis gali aptikti garsą, yra nuo 20 Hz iki 20 kHz. Didžiausias ausies atsakas yra apie 2 kHz. ATGAL Į VIRŠUS Kas yra garso keitikliai?Garso keitiklis yra įrenginys, galintis paversti garso signalus elektriniais signalais arba elektrinius signalus garso signalais. Pirmuoju atveju jie vadinami įvesties garso keitikliais, o mikrofonas yra šio atvejo pavyzdys. Antruoju atveju jie vadinami išvesties garso keitikliais, o pavyzdys yra garsiakalbis. Mikrofonas (įvesties garso keitiklis) Garsas arba garso į elektros energijos keitiklis yra mikrofonas arba tiesiog vadinamas mikrofonu. Mikrofonas skleidžia elektrinius analoginius signalus, kurie yra proporcingi garso bangoms, veikiančioms jo diafragmą. Mikrofonai klasifikuojami pagal naudojamo elektros keitiklio tipą. Be keitiklio, mikrofone naudojami akustiniai filtrai ir kanalai, kurių forma ir matmenys keičia visos sistemos atsaką. Mikrofono charakteristikos yra elektrinės ir akustinės. Mikrofono jautrumas išreiškiamas elektros išėjimo mV vienam garso bangos intensyvumo vienetui. Didelę reikšmę turi mikrofono varža. Didelės varžos mikrofonas turi didelę elektros išvestį, o mažos varžos mikrofonas yra susijęs su maža galia. Dėl didelės varžos mikrofonas tampa jautrus triukšmui. Mikrofono kryptis taip pat yra svarbus veiksnys. Jei mikrofonas naudojamas garso bangų slėgio jutimui, tai jis yra Omni – kryptinis, ty jis fiksuoja garsą, sklindantį iš bet kurios pusės. Mikrofonas yra kryptingas, jei reaguoja į garso bangos greitį ir kryptį.Garso keitiklio tipas nebūtinai lemia veikimo principą kaip slėgis ar greitis, tačiau mikrofono konstrukcija yra svarbiausias veiksnys. Kai kurie iš labiausiai paplitę mikrofonų tipai yra: anglinis mikrofonas, judantis geležinis mikrofonas, judantis ritės mikrofonas, juostelinis mikrofonas, pjezoelektrinis mikrofonas ir elektretinis kondensatorius. ATGAL Į VIRŠUS Anglies mikrofonas Anglies mikrofonas buvo pirmasis mikrofono tipas, sukurtas naudoti telefonuose. Dabar juos pakeičia elektretiniai kondensatoriniai mikrofonai. Anglies mikrofone naudojamos anglies granulės, laikomos tarp diafragmos ir galinės plokštės. Kai granulės suspaudžiamos, atsparumas tarp diafragmos ir galinės plokštės labai sumažėja. Diafragmos virpesiai, atsirandantys dėl į ją krentančios garso bangos, gali būti paverčiami granulių atsparumo pokyčiais. Mikrofonui reikalingas išorinis maitinimo šaltinis, nes jis negeneruoja įtampos. Pagrindinis ir vienintelis anglinio mikrofono privalumas yra tai, kad jis sukuria didžiulę išvestį pagal mikrofono standartus. Trūkumai yra prastas tiesiškumas, prasta struktūra, sukelianti daugybę garso rezonansų. diapazonas ir didelis triukšmo lygis, nes granulių atsparumas kinta net nesant garso.ATGAL Į VIRŠUS Judantis geležinis mikrofonas Judantys geležiniai mikrofonai taip pat vadinami kintamo pasipriešinimo mikrofonais. Judantis geležinis mikrofonas naudoja galingą magnetą. Magnetinėje grandinėje yra iš minkštos geležies pagaminta armatūra, kuri savo ruožtu sujungta su diafragma. Armatūrai judant, keičiasi grandinės magnetinis pasipriešinimas, o tai savo ruožtu keičia bendrą magnetinį srautą grandinėje. Dėl šio tipo mikrofono magnetinės grandinės instrumentas tampa sunkesnis.ATGAL Į VIRŠUS Judantis ritės mikrofonas arba dinaminis mikrofonas Judantys ritės (dinaminiai) mikrofonai naudoja pastovaus srauto magnetinę grandinę. Šioje grandinėje elektros išvestis generuojama perkeliant laido ritę grandinėje, kuri yra pritvirtinta prie diafragmos. Visas šis išdėstymas yra kapsulės formos, todėl tai yra slėginis mikrofonas, o ne greitis. Ritė juda reaguodama į diafragmos judėjimą, kai garso bangos patenka į diafragmą. Taikant Faradėjaus elektromagnetinės indukcijos dėsnį, dėl ritės judėjimo magnetiniame lauke ritėje indukuojama įtampa. Didžiausia galia pasiekiama tada, kai ritė pasiekia maksimalų greitį tarp garso bangos smailių, todėl išvestis yra 900 fazės nesuderinama su garsu. Vidinis dinaminio mikrofono vaizdas parodytas žemiau. Ritės judėjimo diapazonas yra labai mažas, nes ritės dydis mažas. Taigi judančių ritės tipo mikrofonų tiesiškumas yra puikus. Dėl mažos ritės impedanso išėjimas yra gerokai žemas, todėl reikalingas signalo stiprinimas. Ritės induktyvumas judančių ritinių mikrofonuose yra mažesnis, todėl jie yra mažiau jautrūs triukšmui iš tinklo. Judančio ritės mikrofono konstrukcija primena garsiakalbio atvirkščiai. ATGAL Į VIRŠUS Juostelinis mikrofonas Juostinio mikrofono veikimo principas yra kilęs iš judančios ritės mikrofono, o pokytis yra tas, kad ritė buvo sumažinta iki laidžios juostelės. Signalas imamas iš juostelės galų. Naudojamas intensyvus magnetinis laukas, kad juostelė galėtų judėti per didžiausią įmanomą magnetinį srautą. Tai generuoja išvestį, kurios didžiausia vertė yra 900 fazės, nesuderintos su garso banga. Vidinis juostinio mikrofono vaizdas parodytas žemiau. Juostinis mikrofonas yra greičiu valdomas mikrofonas. Juostiniai mikrofonai naudojami tais atvejais, kai svarbus kryptingas atsakas. Pagrindinis šio tipo mikrofono pritaikymas yra balso komentavimas triukšmingoje aplinkoje. Juostinių mikrofonų linijiškumas yra labai geras, o dėl savo konstrukcijos jis neišvengiamai yra žemos išvesties įrenginys. Norint pakelti įtampos ir varžos lygį, juostiniai mikrofonai dažniausiai būna su transformatoriumi. Geros kokybės juostiniai mikrofonai yra brangūs daiktai. Šio mikrofono kryptinės savybės yra tinkamos stereofoniniam transliavimui. ATGAL Į VIRŠUSPiezoelektrinis mikrofonasPjezoelektrinio mikrofono pranašumas, palyginti su kitų tipų mikrofonais, yra tas, kad jis nėra naudojamas tik ore, bet gali būti prijungtas prie kietos medžiagos ir panardinamas į nelaidų skystį . Pjezoelektriniai keitikliai gali būti naudojami esant ultragarso dažniams, o kai kurie yra naudojami aukšto MHz srityje. Pjezoelektriniai keitikliai susideda iš kristalinės medžiagos. Kristalą įtempus garso bangomis, kristalo jonai pasislenka asimetriškai. Iš pradžių Rochelle druskos kristalas buvo naudojamas kaip kristalinė medžiaga pjezoelektriniuose mikrofonuose ir šis kristalas yra sujungtas su diafragma. Išėjimo įtampa ir varža yra didelė, tačiau tiesiškumas yra prastas. Šiuo metu sintetiniai kristalai naudojami vietoj natūralių kristalų. Bario titanatas yra sintetinis kristalas, naudojamas dažniams iki šimtų KHz. Pjezoelektrinio mikrofono paveikslas parodytas žemiau. ATGAL Į VIRŠUS Kondensatorių mikrofonas Kondensatorius mikrofonas susideda iš dviejų paviršių: vienas yra laidžioji diafragma, o kitas yra galinė plokštė ir elektros krūvis tarp mikrofono. pritvirtinti du paviršiai. Kai garso banga pasiekia diafragmą, vibracijos sukelia talpos kitimą. Kadangi krūvis yra fiksuotas, talpos kitimas sukelia įtampos bangą. Išeiga priklauso nuo atstumo tarp plokščių. Esant tam tikrai garso amplitudei išvestis yra didesnė, kai atstumas tarp paviršių yra mažesnis. Kondensatorinio mikrofono struktūra parodyta žemiau. Kondensatorinis mikrofonas yra slėgio valdomas įrenginys. Norint užtikrinti fiksuotą įkrovą, reikalingas įtampos tiekimas. Ši įtampa vadinama poliarizacine įtampa. Kondensatoriniai mikrofonai užtikrina tiesiškumą ir labai gerus garso signalus. Siekiant išvengti poliarizacinės įtampos, naudojamas elektretas. Elektretas yra izoliacinė medžiaga su nuolatiniu krūviu. Tai elektrostatinis magneto ekvivalentas. Elektretiniuose kondensatorių mikrofonuose viena iš kondensatoriaus plokščių yra elektreto plokštė, o kita - diafragma. Kadangi elektretas suteikia fiksuotą įkrovą, įtampos tiekimo nereikia. ATGAL Į VIRŠUS Garsiakalbis (išvesties garso keitiklis) Mikrofono naudojimas yra mažas, nebent yra keitiklis priešinga kryptimi. Tokie keitikliai kaip garsiakalbiai, garsiniai signalai ir garso signalai yra išvesties garso pavaros, kurios gali skleisti garsą iš įvesties elektrinio signalo. Garso pavaros funkcija yra paversti elektrinius signalus į garso bangas, labai panašias į pradinį mikrofono įvesties signalą. Ausinės yra vienas iš paprastesnių išvesties garso keitiklių, kurie buvo naudojami daug anksčiau nei mikrofonai. Ausinės buvo naudojamos su Morzės rakto aparatu elektriniuose telegrafuose. Sukūrus mikrofonus, įvesties ir išvesties garso keitiklių derinys lemia daugybę išradimų, įskaitant telefoną. Ausinių užduotis yra paprasta, o kadangi jos yra šalia ausies, galios poreikis taip pat yra labai mažesnis, paprastai kelis milivatus. Kadangi reikiama galia yra mažesnė, ausinės naudoja mažą diafragmą. Garsiakalbis, skirtingai nei ausinės, nėra prispaudžiamas prie ausies, o garso bangos paleidžiamos į kosmosą. Taigi garsiakalbio konstrukcija, principas ir galios poreikis šiek tiek skiriasi. Galimi įvairių dydžių, formų ir dažnių diapazonų garsiakalbiai. Garsiakalbių sistemos keitiklis vadinamas slėgio vienetu, nes sudėtingus elektrinius signalus paverčia oro slėgiu. Tam, kad tai būtų pasiekta, garsiakalbio bloką sudaro variklio blokas, kuris įvesties elektrines bangas paverčia vibracijomis, ir diafragma, kuri judina pakankamai oro, kad vibracijos efektas būtų girdimas. Kiekvienam mikrofono tipui yra atitinkamas garsiakalbis. Kai kurie dažniausiai naudojami garsiakalbių tipai: judantis geležinis, judantis ritė, pjezoelektrinis, izodinaminis ir elektrostatinis. ATGAL Į VIRŠUS Judantis ritės garsiakalbis arba dinaminis garsiakalbisJudančios ritės principas naudojamas daugumoje garsiakalbių ir ausinių. Judantys ritės garsiakalbiai taip pat vadinami dinaminiais garsiakalbiais. Judančios ritės garsiakalbio veikimo principas yra visiškai priešingas judančio ritės mikrofono veikimo principui. Jį sudaro plonos vielos ritė, vadinama balso rite, pakabinama labai stipriame magnetiniame lauke. Ši ritė yra pritvirtinta prie diafragmos, pavyzdžiui, popieriaus arba Mylar kūgio. Diafragma ant kraštų pakabinama ant metalinio rėmo. Judančios ritės garsiakalbio vidinė struktūra parodyta žemiau. Kai įvesties elektrinis signalas praeina per ritę, susidaro elektromagnetinis laukas. Šio lauko stiprumą lemia srovė, tekanti per ritę. Vairuotojo stiprintuvo garsumo reguliavimo nustatymas nustato srovę, tekančią per balso ritę. Nuolatinio magneto sukurtam magnetiniam laukui priešinasi elektromagnetinė jėga, kurią sukuria elektromagnetinis laukas. Dėl to ritė juda viena ar kita kryptimi, kurią lemia sąveika tarp šiaurės ir pietų polių. Diafragma, kuri yra pritvirtinta prie ritės, juda kartu su spirale ir dėl to sutrinka aplink jį esantis oras. Šie sutrikimai sukelia garsą. Garso garsumą lemia kūgio arba diafragmos judėjimo greitis. ATGAL Į VIRŠUS Garsiakalbio valdymasDažnių diapazonas, kurį girdi žmogaus ausis, yra nuo 20 Hz iki 20 KHz. Šiuolaikiniai garsiakalbiai, ausinės, ausinės ir kiti garso keitikliai yra pritaikyti veikti šiame dažnių diapazone. Tačiau High Fidelity (Hi – Fi) tipo garso sistemose garso atsakas yra padalintas į mažesnius antrinius dažnius. Tai pagerina bendrą garsiakalbio efektyvumą ir garso kokybę. Žemo dažnio įrenginiai vadinami žemųjų dažnių garsiakalbiais, o aukšto dažnio įrenginiai – aukštų dažnių garsiakalbiais. Vidutinio diapazono dažnių vienetai tiesiog vadinami vidutinio diapazono vienetais. Apibendrinti dažnių diapazonai ir jų terminija yra paminėti toliau. Žemųjų dažnių garsiakalbis – Nuo 10 Hz iki 100 Hz Žemasis dažnis – nuo ​​20 Hz iki 3 kHz Vidutinis – diapazonas – nuo ​​1 kHz iki 10 kHz Aukšto dažnio garsiakalbis – nuo ​​3 kHz iki 30 kHz Kelių garsiakalbių Hi-Fi sistemose yra atskiri žemų dažnių, vidutinio diapazono ir aukštų dažnių garsiakalbiai su aktyviu arba pasyviu kryžminiu tinklu kad garso signalas būtų tiksliai padalintas ir atkurtas visuose antriniuose garsiakalbiuose.Paprasta garsiakalbio valdymo grandinė parodyta žemiau.Tranzistorius yra emiterio sekėjo konfigūracijos. PWM signalas iš mikrovaldiklio perduoda kintamosios srovės signalą į tranzistoriaus pagrindą. Emiterio sekiklio konfigūracija kintamosios srovės signalą perduoda garsiakalbiui stiprinant srovę. Diodas veikia kaip filtras. Žemiau parodytas kelių garsiakalbių dizainas. Yra trijų tipų tvarkyklės: žemų dažnių garsiakalbio tvarkyklė, vidutinio diapazono tvarkyklė ir aukštų dažnių garsiakalbio tvarkyklė. Paprasta garso stiprintuvo grandinė parodyta žemiau. Atsižvelgiant į naudojamą filtro grandinę, stiprintuvas gali būti naudojamas žemų dažnių garsiakalbiui arba vidutinio dažnio arba aukštų dažnių garsiakalbiui valdyti. Kai kurie kiti išvesties keitiklių tipai paminėti toliau. ATGAL Į VIRŠUSPiezoelektriniai garsiakalbiai Paprastai Aukštų dažnių garsiakalbiai gaminami naudojant pjezoelektrinį principą. Diafragmos pagamintos iš pjezoelektrinių plastikinių lakštų. Kai įtampa yra tarp diafragmos paviršių, ji susitraukia ir plečiasi pagal signalą. Formuojant diafragmą kaip rutulio paviršiaus dalį, susitraukimas ir plėtimasis gali būti paverstas judėjimu, kuris judins orą.ATGAL Į VIRŠUSElektrostatiniai garsiakalbiaiElektrostatiniai garsiakalbiai susideda iš laidžios diafragmos, esančios tarp dviejų elektrai laidžių plokščių. Laidžios plokštės įkraunamos atitinkamai teigiamai ir neigiamai. Kai prijungiamas garso signalas, diafragma perjungia teigiamą ir neigiamą krūvį. Diafragma traukiama link priešingai įkrautos plokštės, priklausomai nuo jos krūvio.

Palik žinutę 

Žinučių sąrašas