Ievads skaņas pārveidotājos

Šajā apmācībā mēs uzzināsim par skaņas devējiem. Divi izplatīti skaņas devēji ir mikrofoni un skaļruņi. Struktūras ievadsKas ir skaņa?Kas ir skaņas pārveidotāji?Mikrofons (ievades skaņas pārveidotājs)Oglekļa mikrofons Kustīgais dzelzs mikrofons Kustīgais spoles mikrofons vai dinamiskais mikrofons Lentes mikrofonsPiezoelektriskais mikrofons Dynamic Mikrofons Kondensators Mikrofons Skaļrunis (Izvades skaņas pārveidotājs) SkaļrunisPiezoelektriskie skaļruņiElektrostatiskie skaļruņiIevadsSkaņa ir vispārināts termins, ko apzīmē akustiskiem viļņiem, kas ir garenvirziena viļņu veids, kas izplatās saspiešanas un dekompresijas rezultātā adiabātiskā procesā. Akustisko viļņu frekvenču diapazons ir no 1 Hz līdz desmitiem tūkstošu Hz. Šajā milzīgajā diapazonā cilvēks var dzirdēt no 20 Hz līdz 20 K Hz. Audio vai skaņas pārveidotāji ir divu veidu: ievades sensori vai skaņas elektriskie pārveidotāji un izvades izpildmehānismi vai elektriskie-skaņas pārveidotāji. Ievades sensora piemērs ir mikrofons, bet izejas izpildmehānismam ir skaļrunis. Skaņas devēji var noteikt un pārraidīt skaņas viļņus. Ja skaņas viļņa frekvence ir ļoti zema, tad tos sauc par infraskaņu. Un, ja skaņas viļņu frekvence ir ļoti augsta, tad tos sauc par ultraskaņu. ATPAKAĻ UZ AUGŠU Kas ir skaņa? Skaņa un vibrācija ir savstarpēji saistītas, jo skaņa ir saistīta ar mehānisko vibrāciju. Daudzas skaņas izraisa cietu vielu vai gāzu vibrācija. Saskaņā ar ANSI skaņa ir definēta kā “svārstības spiedienā, spriedzē utt., kas izplatās vidē ar iekšējiem spēkiem vai šādu izplatītu svārstību superpozīcija”. Skaņas vilnis ir vibrācijas izraisīta viļņa forma. Šī viļņa forma izraisa identiskas vibrācijas izveidošanos jebkurā materiālā, ko ietekmē skaņas vilnis. Lai pārraidītu skaņas viļņus, ir nepieciešama vide, kuru var vibrēt. Vibrējošs objekts vai materiāls saspiež apkārtējās gaisa molekulas un retāk tās. Skaņas viļņi netiek pārraidīti caur vakuumu. Kad skaņa tiek pārraidīta, tai ir trīs svarīgi viļņu parametri: ātrums vai ātrums, viļņa garums un frekvence. Šīs īpašības ir līdzīgas elektriskās viļņu formas īpašībām. Skaņas frekvenci un viļņu formu nosaka skaņas izcelsme vai skaņu izraisošās vibrācijas frekvence un viļņu forma. Skaņas ātrums un viļņa garums ir atkarīgs no vides, kas pārraida skaņas viļņus. Saistība starp trim parametriem ātrums, viļņa garums un frekvence ir parādīta zemāk. Frekvence (f) = ātrums (m/s) / viļņa garums (λ) Frekvences mērvienības ir herci (Hz). Attēla resursa saite: electronics-tutorials.ws /io/io46.gifSkaņas ātrums dotajā materiālā ir atkarīgs no materiāla blīvuma un elastības. Līdz ar to skaņas ātrums ir lielāks cietās vielās un zems augstspiediena gāzēs. Objektīvai skaņas viļņu mērīšanai izmanto uztverošās virsmas intensitāti, ko mēra kā skaņas enerģijas vatu skaitu uz kvadrātmetru. Ausij ir nelineāra reakcija, un jutība mainās atkarībā no skaņas frekvences. Frekvenču diapazons, kurā cilvēka auss var noteikt skaņu, ir no 20 Hz līdz 20 kHz. Auss reakcija ir maksimālā 2 kHz apgabalā. UZ AUGŠU Kas ir skaņas devēji?Skaņas pārveidotājs ir ierīce, kas var pārveidot skaņas signālus elektriskos signālos vai elektriskos signālus skaņas signālos. Pirmajā gadījumā tos sauc par ievades skaņas devējiem, un mikrofons ir piemērs šim gadījumam. Otrajā gadījumā tos sauc par izejas skaņas devējiem, un piemērs ir skaļrunis. Mikrofons (ievades skaņas pārveidotājs) Audio vai skaņas elektriskais enerģijas pārveidotājs ir mikrofons vai vienkārši saukts par mikrofonu. Mikrofons rada elektriskos analogos signālus, kas ir proporcionāli skaņas viļņiem, kas iedarbojas uz tā diafragmu. Mikrofoni tiek klasificēti pēc to izmantotā elektriskā devēja veida. Papildus devējam mikrofonā tiek izmantoti akustiskie filtri un ejas, kuru forma un izmēri maina visas sistēmas reakciju. Mikrofonam ir gan elektriskās, gan akustiskās īpašības. Mikrofona jutību izsaka kā elektriskās izejas mV uz skaņas viļņa intensitātes vienību. Liela nozīme ir mikrofona pretestībai. Mikrofonam ar augstu pretestību ir liela elektriskā jauda, ​​savukārt mikrofonam ar zemu pretestību ir zema jauda. Augstā pretestība padara mikrofonu jutīgu pret dūkoņu uztveršanu. Svarīgs faktors ir arī mikrofona virziens. Ja mikrofonu izmanto skaņas viļņu spiediena uztveršanai, tad tas ir Omni – virziena ti. tas uztver skaņu, kas nāk no jebkura virziena. Mikrofons ir virzienam, ja tas reaģē uz skaņas viļņa ātrumu un virzienu.Skaņas pārveidotāja veids ne vienmēr nosaka darbības principu kā spiediens vai ātrums, bet mikrofona konstrukcija ir vissvarīgākais faktors.Daži no visvairāk izplatītākie mikrofonu veidi ir: Oglekļa mikrofons, Moving Iron mikrofons, Moving Coil mikrofons, Lentes mikrofons, pjezoelektriskais mikrofons un elektreta kondensatora mikrofons. ATPAKAĻ UZ AUGŠU Oglekļa mikrofons Oglekļa mikrofons bija pirmais mikrofona veids, kas tika izstrādāts lietošanai tālruņos. Tagad tos aizstāj elektreta kondensatora mikrofoni. Oglekļa mikrofons izmanto oglekļa granulas, kas atrodas starp diafragmu un aizmugures plāksni. Kad granulas tiek saspiestas, pretestība starp diafragmu un aizmugures plāksni ievērojami samazinās. Diafragmas vibrācijas, kas rodas uz tās krītošā skaņas viļņa, var pārvērsties granulu pretestības variācijās. Mikrofonam ir nepieciešams ārējs barošanas avots, jo tas nerada spriegumu. Galvenā un vienīgā oglekļa mikrofona priekšrocība ir tā, ka tas rada milzīgu izvadi pēc mikrofona standartiem. Trūkumi ir slikta linearitāte, slikta struktūra, kas izraisa vairākas rezonanses audio. diapazons un augsts trokšņu līmenis, jo granulu pretestība mainās pat tad, ja nav skaņas.ATPAKAĻ UZ AUGŠU Kustīgais dzelzs mikrofons Kustīgos dzelzs mikrofonus sauc arī par mainīgas pretestības mikrofoniem. Kustīgais dzelzs mikrofons izmanto spēcīgu magnētu. Magnētiskā ķēde satur armatūru, kas izgatavota no mīksta dzelzs, kas savukārt ir savienota ar diafragmu. Armatūrai kustoties, mainās ķēdes magnētiskā pretestība, un tas savukārt maina kopējo magnētisko plūsmu ķēdē. Magnētiskā ķēde šāda veida mikrofonā padara instrumentu smagāku.ATPAKAĻ UZ AUGŠU Kustīgās spoles mikrofons vai dinamiskais mikrofons Kustīgajiem spoles (dinamiskajiem) mikrofoniem tiek izmantota pastāvīgas plūsmas magnētiskā ķēde. Šajā shēmā elektriskā izeja tiek ģenerēta, ķēdē pārvietojot stieples spoli, kas pievienota diafragmai. Viss šis izkārtojums ir kapsulas formā, kas padara šo mikrofonu ar spiedienu, nevis ar ātrumu darbināmu. Spole kustas, reaģējot uz diafragmas kustību, kad skaņas viļņi skar diafragmu. Piemērojot Faradeja elektromagnētiskās indukcijas likumu, spoles kustības dēļ magnētiskajā laukā spolē tiek inducēts spriegums. Maksimālā jauda rodas, kad spole sasniedz maksimālo ātrumu starp skaņas viļņa virsotnēm, tāpēc izvade ir 900 fāzē ar skaņu. Tālāk ir parādīts dinamiskā mikrofona iekšējais skats. Spoles kustības diapazons ir ļoti mazs, jo spoles izmērs ir mazs. Tādējādi kustīgo spoles tipa mikrofonu linearitāte ir lieliska. Spoles zemās pretestības dēļ izvade ir ievērojami zema, tāpēc ir nepieciešama signāla pastiprināšana. Spoles induktivitāte kustīgos spoles mikrofonos ir mazāka, tāpēc tie ir mazāk jutīgi pret troksni, ko uztver no elektrotīkla. Kustīgā spoles mikrofona uzbūve atgādina reversā skaļruņa uzbūvi.ATPAKAĻ UZ AUGŠU Lentes mikrofons Lentes mikrofona darbības princips ir atvasināts no kustīgas spoles mikrofona, un izmaiņas ir tādas, ka spole ir samazināta līdz vadošas lentes sloksnei. Signāls tiek ņemts no lentes galiem. Tiek izmantots intensīvs magnētiskais lauks, lai būtu iespējama lentes kustība pa maksimāli iespējamo magnētisko plūsmu. Tas ģenerē izvadi ar maksimālo vērtību 900 fāzē, kas ir ārpus skaņas viļņa. Lentes mikrofona iekšējais skats ir parādīts zemāk. Lentes mikrofons ir ar ātrumu darbināms mikrofons. Lentes mikrofoni tiek izmantoti situācijās, kad ir svarīga virziena reakcija. Galvenais šāda veida mikrofona pielietojums ir balss komentāros trokšņainā vidē. Lentmikrofonu linearitāte ir ļoti laba, un to konstrukcija neizbēgami padara to par zemu izvades ierīci. Lai paaugstinātu sprieguma līmeni un pretestības līmeni, lentes mikrofoni parasti ir aprīkoti ar transformatoru. Labas kvalitātes lentes mikrofoni ir dārgi priekšmeti. Šī mikrofona virziena īpašības ir piemērotas stereo apraidei. ATPAKAĻ UZ AUGŠU Piezoelektriskais mikrofons Pjezoelektriskā mikrofona priekšrocība salīdzinājumā ar cita veida mikrofoniem ir tāda, ka to nevar izmantot tikai gaisā, bet to var savienot ar cietu vielu un arī iegremdēt nevadošā šķidrumā. . Pjezoelektriskos devējus var izmantot ultraskaņas frekvencēs, un daži tiek izmantoti augstos MHz apgabalos. Pjezoelektriskie devēji sastāv no kristāliska materiāla. Kad kristāls ir sasprindzināts skaņas viļņu ietekmē, kristāla joni tiek pārvietoti asimetriski. Sākotnēji Rochelle sāls kristāls tika izmantots kā kristālisks materiāls pjezoelektriskajos mikrofonos, un šis kristāls ir savienots ar diafragmu. Izejas spriegums un pretestība ir augsta, bet linearitāte ir slikta. Mūsdienās sintētiskos kristālus izmanto, nevis dabiskos kristālus. Bārija titanāts ir sintētisks kristāls, ko izmanto frekvencēm līdz simtiem KHz. Pjezoelektriskā mikrofona attēls ir parādīts zemāk. ATPAKAĻ UZ AUGŠU Kondensatora mikrofons Kondensatora mikrofons sastāv no divām virsmām: viena ir vadoša diafragma un otra ir aizmugures plāksne un elektriskais lādiņš starp mikrofonu. divas virsmas ir fiksētas. Kad skaņas vilnis skar diafragmu, vibrācijas izraisa kapacitātes izmaiņas. Tā kā lādiņš ir fiksēts, kapacitātes izmaiņas izraisa sprieguma vilni. Izvade ir atkarīga no attāluma starp plāksnēm. Izvade ir lielāka par doto skaņas amplitūdu, ja attālums starp virsmām ir mazāks. Kondensatora mikrofona struktūra ir parādīta zemāk. Kondensatora mikrofons ir spiediena darbināma ierīce. Lai nodrošinātu fiksētu lādiņu, ir nepieciešama sprieguma padeve. Šo spriegumu sauc par polarizējošo spriegumu. Kondensatora mikrofoni nodrošina linearitāti darbībā un nodrošina arī ļoti labus audio signālus. Lai izvairītos no polarizācijas sprieguma, tiek izmantots elektrets. Elektrets ir izolācijas materiāls ar pastāvīgu lādiņu. Tas ir magnēta elektrostatiskais ekvivalents. Elektreta kondensatora mikrofonos viena no kondensatora plāksnēm ir elektreta plāksne, bet otra ir diafragma. Tā kā elektrets nodrošina fiksētu lādiņu, nav nepieciešama sprieguma padeve.ATPAKAĻ UZ AUGŠU Skaļrunis (Izvades skaņas devējs) Mikrofona izmantošana ir maza, ja vien nav pretējā virziena pārveidotāja. Pārveidotāji, piemēram, skaļruņi, skaņas signāli un signāltaures, ir izejas skaņas izpildmehānismi, kas var radīt skaņu no ieejas elektriskā signāla. Skaņas izpildmehānisma funkcija ir pārveidot elektriskos signālus skaņas viļņos, kas ir ļoti līdzīgi sākotnējam mikrofona ievades signālam. Austiņas ir viens no vienkāršākajiem skaņas izvades pārveidotājiem, kas tika izmantoti jau sen nekā mikrofoni. Austiņas tika izmantotas ar Morzes atslēgas iekārtu elektriskajos telegrāfos. Pēc mikrofonu izstrādes ievades un izvades skaņas devēju kombinācija noved pie daudziem izgudrojumiem, ieskaitot telefonu. Austiņu uzdevums ir vienkāršs, un, tā kā tās ir novietotas pie auss, arī jaudas prasības ir ļoti mazākas, parasti dažu milivatu apmērā. Tā kā nepieciešamā jauda ir mazāka, austiņas izmanto mazu diafragmu. Skaļrunis, atšķirībā no austiņām, netiek piespiests pie auss, bet gan skaņas viļņi tiek palaisti kosmosā. Tādējādi skaļruņu uzbūve, princips un jaudas prasība ir nedaudz atšķirīga. Skaļruņi ir pieejami dažādos izmēros, formās un frekvenču diapazonos. Skaļruņu sistēmas devēju sauc par spiediena vienību, jo tas sarežģītus elektriskos signālus pārveido gaisa spiedienā. Lai to panāktu, skaļruņu bloks sastāv no motora bloka, kas pārveido ieejas elektriskos viļņus vibrācijās, un diafragmas, kas pārvieto pietiekami daudz gaisa, lai vibrācijas efekts būtu dzirdams. Katram mikrofona veidam ir atbilstošs skaļrunis. Daži no izplatītākajiem skaļruņu veidiem ir: kustīga dzelzs, kustīga spole, pjezoelektriskie, izodinamiskie un elektrostatiskie. ATPAKAĻ UZ AUGŠU Kustīgās spoles skaļrunis vai dinamiskais skaļrunis. Kustīgās spoles princips tiek izmantots lielākajā daļā skaļruņu un austiņu. Kustīgos spoles skaļruņus sauc arī par dinamiskajiem skaļruņiem. Kustīgas spoles skaļruņa darbības princips ir tieši pretējs kustīga spoles mikrofona darbības principam. Tas sastāv no smalkas stieples spoles, ko sauc par balss spoli, kas ir apturēta ļoti spēcīgā magnētiskajā laukā. Šī spole ir piestiprināta pie diafragmas, piemēram, papīra vai Mylar konusa. Diafragma uz malām ir piekārta pie metāla rāmja. Kustīgas spoles skaļruņa iekšējā struktūra ir parādīta zemāk. Kad ieejas elektriskais signāls iet caur spoli, tiek izveidots elektromagnētiskais lauks. Šī lauka stiprumu nosaka strāva, kas plūst caur spoli. Vadītāja pastiprinātāja skaļuma regulēšanas iestatījums nosaka strāvu, kas plūst caur balss spoli. Pastāvīgā magnēta radītajam magnētiskajam laukam pretojas elektromagnētiskais spēks, ko rada elektromagnētiskais lauks. Tas liek spolei kustēties vienā vai otrā virzienā, ko nosaka mijiedarbība starp ziemeļu un dienvidu polu. Diafragma, kas ir piestiprināta pie spoles, kustas tandēmā ar spoli, un tas izraisa gaisa traucējumus ap to. Šie traucējumi rada skaņu. Skaņas skaļumu nosaka ātrums, ar kādu pārvietojas konuss vai diafragma. ATPAKAĻ UZ AUGŠU Skaļruņa vadīšanaFrekvenču diapazons, ko cilvēka auss var dzirdēt, ir no 20 Hz līdz 20 KHz. Mūsdienu skaļruņi, austiņas, austiņas un citi audio pārveidotāji ir pielāgoti darbībai šajā frekvenču diapazonā. Tomēr augstas precizitātes (Hi-Fi) tipa audio sistēmām skaņas reakcija tiek sadalīta mazākās apakšfrekvencēs. Tas uzlabo skaļruņa kopējo efektivitāti un skaņas kvalitāti. Zemfrekvences vienības tiek sauktas par zemfrekvences skaļruņiem, bet augstfrekvences vienības tiek sauktas par augstfrekvences skaļruņiem. Vidēja diapazona frekvenču vienības tiek sauktas vienkārši par vidēja diapazona vienībām. Vispārinātie frekvenču diapazoni un to terminoloģija ir minēti turpmāk. 10 Hz līdz 100 Hz Bass — 20 Hz līdz 3 kHz Vidējais diapazons — 1 kHz līdz 10 kHz Augstfrekvences skaļrunis — 3 kHz līdz 30 kHz Vairāku skaļruņu Hi-Fi sistēmās ir atsevišķi zemfrekvences skaļruņi, vidēja diapazona un augstfrekvences skaļruņi ar aktīvo vai pasīvo tīklu. lai precīzi sadalītu un reproducētu audio signālu visos apakšskaļruņos. Tālāk ir parādīta vienkārša skaļruņa vadīšanas shēma.Tranzistors ir emitētāja sekotāja konfigurācijā. PWM signāls no mikrokontrollera nodrošina maiņstrāvas signālu uz tranzistora pamatni. Izstarotāja sekotāja konfigurācija sniedz maiņstrāvas signālu skaļrunim, pastiprinot strāvu. Diode darbojas kā filtrs. Vairāku skaļruņu dizains ir parādīts zemāk. Ir trīs veidu draiveri: zemfrekvences skaļruņa draiveris, vidēja diapazona draiveris un augstfrekvences draiveris. Vienkārša audio pastiprinātāja shēma ir parādīta zemāk. Pamatojoties uz izmantoto filtra shēmu, pastiprinātāju var izmantot, lai vadītu zemfrekvences vai vidēja diapazona vai augstfrekvences skaļruņus. Tālāk ir minēti daži citi izejas devēju veidi. ATPAKAĻ UZ AUGŠUPiezoelektriskie skaļruņiParasti, augstfrekvences skaļruņi tiek ražoti pēc pjezoelektriskā principa. Diafragmas ir izgatavotas no pjezoelektriskām plastmasas loksnēm. Ja starp diafragmas virsmām tiek pielikts spriegums, tā saraujas un izplešas atbilstoši signālam. Veidojot diafragmu kā sfēras virsmas daļu, saraušanos un izplešanos var pārvērst kustībā, kas pārvietos gaisu.ATPAKAĻ UZ AUGŠUElektrostatiskie skaļruņiElektrostatiskie skaļruņi sastāv no vadošas diafragmas, kas novietota starp divām elektriski vadošām plāksnēm. Vadošās plāksnes ir attiecīgi uzlādētas pozitīvi un negatīvi. Kad ir pievienots audio signāls, diafragma pārslēdzas starp pozitīvo un negatīvo lādiņu. Diafragma tiek vilkta pret pretēji lādētu plāksni atkarībā no tās lādiņa.

Atstāj ziņu 

Message saraksts