Устройство и принцип работы электроакустических преобразователей

Энергию колебания электрического тока, охватывающую диапазон звуковых частот, можно преобразовать в энергию колебаний упругой среды (воздуха, воды и др.) и, наоборот, колебания упругой среды - в энергию колебаний электрического тока. Приборы, с помощью которых обеспечивается такое преобразование, называют электроакустическими преобразователями. В телефонии в качестве электроакустических преобразователей звуковой частоты используются микрофоны и телефоны, а для преобразования ультразвуковых частот применяют пьезоэлектрические и магнитострикционные материалы.

Микрофон предназначен для преобразования звуковых колебаний (в результате произнесения речи) в электрические (пульсирующий ток или электромагнитные колебания). Микрофон используется как передатчик звуковой энергии.

В зависимости от конструктивных особенностей и принципа работы микрофоны бывают угольные, электродинамические, электромагнитные конденсаторные, пьезоэлектрические.

Угольный микрофон (рис. 1.6.1) состоит из корпуса 1, крышки 2, защитной прокладки 3, мембраны 4, утильного порошка 5, подвижного 6 и неподвижного электрода 7, контактного винта 8. Принцип работы угольного микрофона основан на изменении сопротивления угольного порошка при воздействии звуковыми колебаниями на мембрану. Мембрана жестко связана с подвижным электродом. Под действием звуковых колебаний с помощью подвижного электрода угольный порошок уплотняется или разрыхляется между электродами и его сопротивление изменяется, а следовательно, и ток, проходящий через порошок микрофонного капсюля, будет изменять свою величину в такт механических колебаний мембраны. В цепи возникает переменный ток звуковой частоты. Угольные микрофоны и капсюльного типа МК-59-СО и другие устанавливают в телефонных аппаратах судовых АТС.

В электродинамическом микрофоне в качестве мембраны применяется алюминиевая фольга, жестко связанная с катушкой из тонкой проволоки, находящейся в кольцевом зазоре магнитной системы. При колебаниях мембраны (диафрагмы) под действием звуковых волн витки катушки пересекают магнитные силовые линии постоянного магнита и в катушке, наводится электродвижущая сила звуковой частоты.

Электромагнитный микрофон типа ДЭМ (рис. 1.6.2) состоит из постоянного магнита 1 с полюсными надставками 2, якоря 3, помещенного между полюсными надставками, катушки 4, намотанной на якорь, мембраны 5, соединенной с одним концом якоря штоком 6. Принцип действия основан на следующем. При воздействии звукового давления, мембрана б будет перемещаться и через шток 6 изменять положение якоря. Концы якоря будут приближаться к полюсным надставкам или удаляться, следовательно, воздушные зазоры между якорем к полюсным наконечником изменятся. Магнитный поток постоянного магнита замыкается по пути наименьшего сопротивления, т. е. будет проходить по якорю и пересекать обмотки катушки, в которой наводится переменная ЭДС со звуковой частотой.

В судовых телефонных аппаратах безбатарейной связи широко используются дифференциальные электромагнитные капсюли типа ДЭМ.

В конденсаторных микрофонах используется принцип изменения емкости между мембраной и металлическим неподвижным корпусом под воздействием звуковых волн. Изменение емкости вызывает изменение постоянного тока в такт звуковых колебаний.

Телефон предназначен для преобразования электрических колебаний звуковой частоты в электромагнитные, а электромагнитных колебаний - в звуковые. В телефонах используется принцип взаимодействия двух магнитных полей: постоянного магнита и переменного магнитного поля, создаваемого в катушке током звуковой частоты. Суммарный магнитный лоток притягивает металлическую мембрану, которая приводит в колебание окружающий воздух. Колебание воздуха воспринимается человеком как звук.

Устройство электромагнитного телефонного капсюля показано на рис. 1.6.3. Телефонный капсюль состоит из корпуса 1, постоянного магнита 2, полюсных надставок 3, катушки электромагнита 4,мембраны 5, защитной крышки 6.

Капсюль типа ДЭМ (см. рис. 1.6.2) обратимый, т. е. может быть использован в качестве телефона. Под действием переменного магнитного поля, наводимого катушкой; и постоянного магнитного поля якорь перемещается, совершая колебательные движения. Через шток колебания передадутся на мембрану, которая изменяет окружающее давление у воздуха со звуковой частотой. Величина перемещения якоря будет зависеть от величины переменного тока, проходящего по обмоткам катушки.

Вопросы для самоконтроля.

1. На чем основан принцип работы угольного микрофона и почему он ограничен по величине тока?

2. Принцип работы телефона?

3. Принцип работы капсюля БЭМ-2 в режиме микрофона и телефона?

4. Какие величины характеризуют качество передачи по телефонным цепям. Что такое артикуляция, и какая считается нормальной?

5. Какие частоты рекомендуют для телефонной связи, и какой диапазон частот воспринимает человеческое ухо?

6. От чего зависит громкость звука?

7. Что такое единицы непер и децибел?

8. Какие мощности сигнала на входе и выходе обеспечивают нормальную работу телефонной связи?

9. Что такое коэффициент затухания?

10. Какие группы телефонов устанавливают на судне?