1.1.2. Электроакустика

Преобразователи механических (звуковых) колебаний в элект­рические подразделяются на электродинамические, электроста­тические (конденсаторные) и пьезоэлектрические. Важнейшим свойством электроакустических преобразователей является их об­ратимость, т. е. одно и то же устройство может работать как при­емник акустических колебаний (микрофон) и как излучатель (гром­коговоритель).

Электродинамические преобразователи звуковых колебаний. Ос­новным узлом электродинамического, или динамического, пре­образователя является очень легкая звуковая катушка, располо­женная в сильном поле на керне постоянного магнита. Если на звуковую катушку подать электрические колебания зву­ковой частоты, то ее электрическое поле будет взаимодействовать с полем постоянного магнита, и катушка начнет совершать меха­нические колебания, определяемые частотой и формой возбуж­дающего сигнала. Если к катушке прикрепить диафрагму, то она передаст эти колебания в воздух, и преобразователь будет работать как динамический телефон, а если к ка­тушке прикрепить большой диффу­зор — раструб, то такое устройство станет головкой громкоговорителя, или динамиком.

Рассматриваемое устройство мож­но использовать и для преобразова­ния звуковых колебаний в элект­рические, т.е. как динамический микрофон. Под действием звуковых колебаний мембрана, жестко свя­занная с катушкой, вибрирует, пересекая силовые линии магнита. В витках катушки при этом возбуждается переменный ток, амплитуда и частота колебаний которого будут строго соответствовать амплитуде и частоте звуковых коле­баний. Электрические сигналы, частота и форма которых анало­гичны возбуждающим их звуковым колебаниям, называются ана­логовыми сигналами.

Электростатические (конденсаторные) преобразователи звуко­вых колебаний. В электростатическом преобразователе основным узлом является конденсатор с воздушным диэлектриком, одна из обкладок которого подвижна, может колебаться. Обкладки конден­сатора присоединены к полюсам источника постоянного тока. Если пластины конденсатора расходятся, то уменьшается его емкость, а следовательно, и заряд конденсатора, так как увеличивается тол­щина воздушного зазора между пластинами. При сближении пластин воздушный зазор уменьшается, а заряд конденсатора уве­личивается.

Подвижную обкладку заряженного конденсатора можно исполь­зовать как мембрану. Подав на нее звуковые колебания, с обкладок конденсатора можно снять переменное напряжение, со­ответствующее частоте и амплитуде звуковых колебаний. Такое уст­ройство будет работать как конденсаторный микрофон.

Если на обкладки конденсатора подать переменное напряже­ние, то подвижная пластина начнет колебаться, так как будет ме­няться напряженность магнитного поля и соответственно сила притяжения между обкладками. Прикрепив к подвижной обкладке диффузор и подав на конденсатор аналоговый сигнал, получим устройство, которое будет работать как простейший конденсатор­ный громкоговоритель.

При идеальных электрических параметрах у конденсаторных микрофонов имеется ряд недостатков, важнейшими из которых являются их громоздкость и потребность в мощном источнике постоянного тока высокого на­пряжения.

Более совершенной модифи­кацией конденсаторного микро­фона является электретный микрофон. Источником электри­ческого поля между пластинами конденсатора служит не батарея, а специальный диэлектрик — электрет. Электреты — это спе­циально обработанные диэлект­рики, состоящее из вещества с длинными молекулярными це­пями, электрические заряды у которых находятся в противопо­ложных концах. Молекулы электрета ориентированы в одном направлении. Если пластины из элек­трета выдержать при высокой температуре в постоянном электри­ческом поле высокого напряжения (1 ...4 кВ), а затем быстро ох­ладить, то они приобретут способность сохранять поляризованное состояние длительное время при подзарядке небольшим источни­ком постоянного тока. Принцип работы электретного микрофона не отличается от принципа работы конденсаторного микрофона.

Пьезоэлектрические преобразователи звуковых колебаний. Ра­бота пьезоэлектрических преобразователей основана на свойстве отдельных кристаллов вибрировать при воздействии на их грани переменного электрического тока. Механические колебания при этом строго соответствуют форме и частоте колебаний электри­ческого сигнала. Если к кристаллу прикрепить диффузор, то в этом случае преобразователь будет работать как пьезоэлектрический громкоговоритель. Если же к граням такого кристалла приложить механическое усилие (например, колебания мембраны), то с его обкладок можно снять аналоговые электрические сигналы, полу­чив пьезоэлектрический микрофон.