En introduktion till ljudgivare

I den här handledningen kommer vi att lära oss om ljudgivare. Två vanliga ljudomvandlare är mikrofoner och högtalare. Översikt Introduktion Vad är ljud?Vad är ljudomvandlare?Mikrofon (ingångsljudgivare) KolmikrofonRörligt järnmikrofonRörlig spolemikrofon eller dynamisk mikrofonRibbonmikrofonPiezoelektrisk mikrofonKapacitor Mikrofon Högtalare (Utgångsljudomvandlare)Dynamisk högtalare eller utgångsljudgivare a HögtalarePiezoelektriska högtalareElektrostatiska högtalareIntroduktionLjud är en generaliserad term som ges till akustiska vågor som är en typ av longitudinella vågor som fortplantar sig genom kompression och dekompression i adiabatiska processer. Frekvensområdet för akustiska vågor är mellan 1 Hz och tiotusentals Hz. Inom detta enorma område kan människan höra mellan 20 Hz till 20 K Hz. Ljud- eller ljudgivare är av två typer: ingångssensorer eller ljud till elektriska givare och utgångsställdon eller elektriska till ljudgivare. Exempel på ingångssensor är en mikrofon och för utgångsställdon är en högtalare. Ljudgivare kan upptäcka och sända ljudvågor. Om ljudvågens frekvens är mycket låg kallas de för infraljud. Och om ljudvågens frekvens är mycket hög, kallas de ultraljud. TILLBAKA TILL TOPPEN Vad är ljud? Ljud och vibration är sammankopplade eftersom ljud förknippas med mekanisk vibration. Många ljud orsakas av vibrationer av fasta ämnen eller gaser. Enligt ANSI definieras ljud som "oscillation i tryck, stress, etc., fortplantat i ett medium med inre krafter eller överlagring av sådan fortplantad oscillation." Ljudvåg är den vågform som orsakas av en vibration. Denna vågform gör att en identisk vibration skapas i alla material som påverkas av ljudvågen. För att överföra ljudvågor behövs ett medium som kan vibreras. Ett vibrerande föremål eller material komprimerar de omgivande luftmolekylerna och gör dem sällsynta. Det sker ingen överföring av ljudvågor genom vakuum. När ljud sänds har det tre viktiga vågparametrar: hastighet eller hastighet, våglängd och frekvens. Dessa egenskaper liknar den för en elektrisk vågform. Ljudets frekvens och vågform bestäms av ljudets ursprung eller frekvensen och vågformen för vibrationen som orsakar ljudet. Ljudets hastighet och våglängd är beroende av mediet som överför ljudvågorna. Sambandet mellan de tre parametrarna hastighet, våglängd och frekvens visas nedan. Frekvens (f) = Hastighet (m/s) / Våglängd (λ) Frekvensenheterna är Hertz (Hz). Bildresurslänk: electronics-tutorials.ws /io/io46.gif Ljudhastigheten i ett givet material beror på materialets densitet och elasticitet. Ljudhastigheten är därför högre i fasta ämnen och låg i högtrycksgaser. Objektiv mätning av ljudvågor använder sig av intensiteten hos den mottagande ytan mätt som antalet watt ljudenergi per kvadratmeter. Örat har en icke-linjär respons och känsligheten varierar med ljudets frekvens. Frekvensområdet över vilket ljud kan detekteras av det mänskliga örat är mellan 20 Hz och 20 kHz. Örats respons är maximalt i området 2 kHz. TILLBAKA TILL TOPPEN Vad är ljudgivare? En ljudgivare är en enhet som kan omvandla ljudsignaler till elektriska signaler eller elektriska signaler till ljudsignaler. I det förra fallet kallas de för Input Sound Transducers och en mikrofon är ett exempel på det här fallet. I det senare fallet kallas de Output Sound Transducers och en högtalare är ett exempel. Mikrofon (Input Sound Transducer) Omvandlaren för ljud eller ljud till elektrisk energi är mikrofonen eller helt enkelt kallad mikrofon. En mikrofon producerar elektriska analoga signaler som är proportionella mot ljudvågorna som verkar på dess membran. Mikrofoner klassificeras efter vilken typ av elektrisk givare de använder. Förutom givaren använder mikrofonen akustiska filter och passager vars form och dimension ändrar responsen hos det övergripande systemet. Mikrofonens egenskaper är både elektriska och akustiska. Känsligheten hos en mikrofon uttrycks som mV elektrisk uteffekt per enhet för ljudvågsintensitet. Mikrofonens impedans har stor betydelse. En mikrofon med hög impedans har hög elektrisk utgång medan den med låg impedans är förknippad med låg utgång. Den höga impedansen gör att mikrofonen är känslig för brum. Mikrofonens riktning är också en viktig faktor. Om mikrofonen används för att känna av trycket från ljudvågor så är den Omni – riktad dvs. den fångar upp ljud som kommer från alla håll. En mikrofon är riktad om den reagerar på ljudvågens hastighet och riktning. Typen av ljudgivare bestämmer inte nödvändigtvis funktionsprincipen som tryck eller hastighet, men mikrofonens konstruktion är den viktigaste faktorn. Några av de mest Vanliga typer av mikrofoner är: Kolmikrofon, Moving Iron-mikrofon, Moving Coil-mikrofon, Ribbon-mikrofon, piezoelektrisk mikrofon och elektretkondensatormikrofon.TILLBAKA TILL TOPPEN Kolmikrofon Kolmikrofonen var den första typen av mikrofon som utvecklades för användning i telefoner. Nu är de ersatta av elektretkondensatormikrofoner. Kolmikrofon använder granuler av kol som hålls mellan ett membran och en bakplatta. När granulerna komprimeras sjunker motståndet mellan membranet och bakplattan avsevärt. Membranens vibrationer, som är resultatet av ljudvågen som infaller på det, kan omvandlas till variationer av motstånd hos granulat. Mikrofonen kräver en extern strömförsörjning eftersom den inte genererar spänning. Den främsta och enda fördelen med kolmikrofon är att den producerar en utgång som är enorm med mikrofonstandarder. Nackdelarna inkluderar dålig linjäritet, dålig struktur som orsakar flera resonanser i ljudet räckvidd och hög ljudnivå eftersom motståndet hos granulerna förändras även i frånvaro av ljud. Rörlig järnmikrofon använder en kraftfull magnet. Den magnetiska kretsen innehåller ett ankare av mjukt järn, som i sin tur är kopplat till ett membran. När ankaret rör sig förändras kretsens magnetiska reluktans och detta förändrar i sin tur det totala magnetiska flödet i kretsen. Den magnetiska kretsen i denna typ av mikrofon gör instrumentet tyngre. I denna krets alstras den elektriska uteffekten genom att flytta en trådspole i kretsen som är fäst vid ett membran. Hela detta arrangemang är i kapselform vilket gör detta till en tryckstyrd mikrofon snarare än hastighetsstyrd. Spolen rör sig som svar på membranets rörelse när ljudvågorna träffar membranet. Genom att tillämpa Faradays lag om elektromagnetisk induktion induceras en spänning i spolen på grund av spolens rörelse i magnetfältet. Maximal uteffekt uppstår när spolen når maximal hastighet mellan ljudvågstopparna så utsignalen är 900 ur fas med ljudet. Den interna vyn av en dynamisk mikrofon visas nedan. Räckvidden för spolens rörelse är mycket liten eftersom storleken på spolen är liten. Därför är linjäriteten hos mikrofoner av rörlig spoltyp utmärkt. På grund av spolens låga impedans är utsignalen avsevärt låg och därför krävs förstärkning av signalen. Spolens induktans i mikrofoner med rörliga spoler är mindre och därför är de mindre känsliga för brum från elnätet. Konstruktionen av en rörlig spolmikrofon liknar den hos en högtalare i omvänd riktning. Signalen tas från ändarna av bandet. Ett intensivt magnetfält används så att rörelsen av bandet som skärs över maximalt möjligt magnetiskt flöde är möjlig. Detta genererar en utsignal med dess toppvärde vid 900 ur fas till ljudvågen. Den interna vyn av bandmikrofonen visas nedan. Bandmikrofonen är en hastighetsstyrd mikrofon. Bandmikrofoner används i situationer där riktningsrespons är viktigt. Den huvudsakliga tillämpningen av denna typ av mikrofon är röstkommentarer i bullriga omgivningar. Linjäriteten hos bandmikrofoner är mycket bra och dess konstruktion gör den oundvikligen till en enhet med låg uteffekt. För att höja spänningsnivån och impedansnivån är bandmikrofoner vanligtvis utrustade med transformator. Bandmikrofoner av bra kvalitet är dyra föremål. Riktningsegenskaperna hos denna mikrofon är lämpliga för stereosändningar. TILLBAKA TILL TOPPiezoelektrisk mikrofon Fördelen med piezoelektrisk mikrofon framför andra typer av mikrofoner är att den inte är begränsad till användning i luft utan kan bindas till fasta ämnen och även nedsänkas i en icke-ledande vätska . Piezoelektriska givare kan användas vid ultraljudsfrekvenser och vissa används i regionen med hög MHz. Piezoelektriska givare består av kristallint material. När kristallen ansträngs av ljudvågor, förskjuts kristallens joner asymmetriskt. Ursprungligen användes Rochelle Salt Crystal som kristallint material i piezoelektriska mikrofoner och denna kristall är kopplad till ett membran. Utspänningen och impedansen är höga, men linjäriteten är dålig. Nu om dagen används syntetiska kristaller framför naturliga kristaller. Barium Titanate är den syntetiska kristallen som används för frekvenser upp till hundratals KHz. Figuren av piezoelektrisk mikrofon visas nedan.TILLBAKA TILL TOPPEN Kondensatormikrofon Kondensatormikrofonen består av två ytor: den ena är ett ledande membran och den andra är en bakplatta och den elektriska laddningen mellan två ytor är fixerade. När ljudvågen träffar membranet orsakar vibrationerna en variation i kapacitansen. Eftersom laddningen är fixerad orsakar variationen i kapacitansen en spänningsvåg. Effekten beror på avståndet mellan plattorna. Utsignalen är större för given amplitud av ljud när avståndet mellan ytorna är mindre. Strukturen hos en kondensatormikrofon visas nedan. Kondensatormikrofonen är en tryckstyrd enhet. För att tillhandahålla den fasta laddningen behövs en spänningsmatning. Denna spänning kallas polariserande spänning. Kondensatormikrofonerna ger linjäritet i drift och ger även mycket bra ljudsignaler. För att undvika polariserande spänning används en elektret. En elektret är ett isolerande material med permanent laddning. Det är elektrostatisk motsvarighet till en magnet. I elektretkondensatormikrofoner är en av plattorna på kondensatorn en platta av elektret och den andra är ett membran. Eftersom elektreten ger en fast laddning finns det inget behov av spänningsmatning. Givarna som högtalare, summer och horn är utgående ljudaktuatorer som kan producera ljud från en elektrisk insignal. Funktionen av ett ljudaktuator är att omvandla elektriska signaler till ljudvågor med en nära likhet med den ursprungliga insignalen till en mikrofon. Hörlurar är en av de enklare utgående ljudgivare som har använts långt tidigare än vad mikrofoner var. Hörlurar användes med en Morse Key-maskin i elektriska telegrafer. Efter utvecklingen av mikrofoner leder kombinationen av in- och utgående ljudgivare till en mängd uppfinningar inklusive telefon. Uppgiften med en hörlur är enkel och eftersom den är placerad nära örat är strömkraven också mycket mindre, vanligtvis i storleksordningen några milliwatt. Eftersom den erforderliga effekten är mindre använder hörlurarna ett litet membran. En högtalare, till skillnad från hörlurar, trycks inte mot örat, utan snarare skickas ljudvågorna ut i rymden. Därför är konstruktionen, principen och effektbehovet för en högtalare lite olika. Högtalare finns i en mängd olika storlekar, former och frekvensområden. Givaren i ett högtalarsystem kallas tryckenhet eftersom den omvandlar komplexa elektriska signaler till lufttryck. För att uppnå detta består en högtalarenhet av en motorenhet som omvandlar ingående elektriska vågor till vibrationer och ett membran som förflyttar tillräckligt med luft för att göra den vibrerande effekten hörbar. För varje typ av mikrofon finns en motsvarande högtalare. Några av de vanligaste typerna av högtalare är: rörligt järn, rörligt spole, piezoelektriska, isodynamiska och elektrostatiska. Rörliga spolehögtalare kallas också för dynamiska högtalare. Funktionsprincipen för en högtalare med rörlig spole är exakt motsatsen till den för en mikrofon med rörlig spole. Den består av en spole av fin tråd som kallas talspolen som är upphängd i ett mycket starkt magnetfält. Denna spole är fäst vid ett membran som papper eller mylarkon. Membranet är upphängt på sina kanter till en metallram. Den interna strukturen hos en högtalare med rörlig spole visas nedan. När den elektriska insignalen passerar genom spolen alstras ett elektromagnetiskt fält. Styrkan på detta fält bestäms av strömmen som flyter genom spolen. Drivförstärkarens volymkontrollinställning avgör strömmen som flyter genom talspolen. Det magnetiska fältet som alstras av permanentmagneten motarbetas av den elektromagnetiska kraft som alstras av det elektromagnetiska fältet. Detta gör att spolen rör sig i den ena eller den andra riktningen, bestämt av växelverkan mellan nord- och sydpolerna. Membranet, som är fäst vid spolen, rör sig i takt med spolen och detta orsakar en störning i luften runt den. Dessa störningar producerar ett ljud. Ljudets styrka bestäms av den hastighet med vilken könen eller membranet rör sig. Moderna högtalare, hörlurar, hörlurar och andra ljudgivare är skräddarsydda för att fungera i detta frekvensområde. Men för ljudsystem av typen High Fidelity (Hi – Fi) delas ljudets respons upp i mindre underfrekvenser. Detta förbättrar högtalarens totala effektivitet och ljudkvalitet. Lågfrekvensenheterna kallas bashögtalare och högfrekvensenheterna kallas diskanthögtalare. Enheterna för medelstora frekvenser kallas helt enkelt för mellanfrekvensenheter. De generaliserade frekvensområdena och deras terminologi nämns nedan.Sub – bashögtalare — 10 Hz till 100 HzBass — 20 Hz till 3 kHzMid – intervall — 1 kHz till 10 kHzTweeter — 3 kHz till 30 kHzI multihögtalare Hi-Fi-system finns det separata bashögtalare, mellanregister och diskanthögtalare med ett aktivt eller passivt delningsnätverk för att exakt dela upp och återge ljudsignalen av alla underhögtalare. En enkel krets för att driva en högtalare visas nedan. Transistorn är i emitterföljarkonfiguration. PWM-signalen från en mikrokontroller ger en AC-signal till transistorns bas. Emitterföljarkonfigurationen ger AC-signalen till högtalaren genom att förstärka strömmen. Dioden fungerar som ett filter. En design med flera högtalare visas nedan. Det finns tre typer av drivrutiner: baselement, mellanregister och diskanthögtalare. En enkel ljudförstärkarkrets visas nedan. Baserat på den filterkrets som används kan förstärkaren användas för att driva en bashögtalare eller mellanhögtalare eller diskanthögtalare. Några av de andra typerna av utgångsgivare nämns nedan.TILLBAKA TILL TOPPiezoelektriska högtalareAllmänt, diskanthögtalare tillverkas enligt piezoelektrisk princip. Membranen är gjorda av piezoelektriska plastskivor. När en spänning appliceras mellan membranets ytor, krymper och expanderar den i enlighet med signalen. Genom att forma membranet som en del av en sfärs yta, kan krympningen och utvidgningen omvandlas till rörelse som kommer att flytta luften. De ledande plattorna är laddade positiva respektive negativa. När en ljudsignal ansluts växlar membranet mellan positiv och negativ laddning. Membranet dras mot den motsatt laddade plattan beroende på dess laddning.

Lämna ett meddelande 

meddelande~~POS=TRUNC