Основные типы преобразователей

Наиболее широкое распространение нашли преобразователи электромагнитные, электродинамические, пьезоэлектрические, электростатические и электроконтактные – угольные микрофоны.

1)Электромагнитный преобразователь (рис.5.1.4а) содержит постоянный магнит с полюсными надставками, электромагнит и мембрану М из ферро магнитного материала. Преобразователь обратимый и может применяться в качестве телефона и микрофона.

Рис.5.1.4.а Электромагнитный преобразователь

При использовании его в качестве телефона среднее чувствительность

S_тф = 15 Па/В. В качестве микрофона S_мф = 0,1 В/Па

Недостаток: неравномерность частотной характеристики, достигающей

ΔS_{т ср} = 15 дБ и большой коэффициент нелинейных искажений Кн = 8%.

Преобразователи одного типа применяются преимущественно в качестве телефона низкого класса сложности.

Достоинства: сравнительно высокая чувствительность, небольшая стоимость, высокая надёжность.

2)Электродинамический преобразователь (рис.5.1.4б) имеет постоянный магнит и легкую подвижность катушки к соединению с мембраной М.

Рис.5.1.4.б Электродинамический преобразователь

При колебании мембраны М в обмотке К возникает ЭДС.

Преобразователь обратимый, т.е. используется в качестве микрофона, громкоговорителя или телефона.

Средняя чувствительность электродинамического микрофона S_мср= 0,004 В/Па. Неравномерность частотной характеристики ∆S_м = 8 дБ. Из-за небольшой чувствительности преобразователь работает с усилителем.

Если электродинамический преобразователь используется в качестве телефона, то его средняя чувствительность S_тср = 0,6 Па/В а неравномерность частотной характеристики ∆S_т=8 дБ.

Электродинамические преобразователи характеризуются хорошей частотной характеристикой, небольшим коэффициентом нелинейных искажений К_н = 3 %, простотой конструкции и надежностью эксплуатации.

3)Электростатический (конденсаторный) преобразователь (рис.5.1.4в) содержит воздушный конденсатор из неподвижной пластины и тонкой лёгкой подвижной пластины мембраны М.

Рис.5.1.4 в Электростатический преобразователь

Под действием звуковой волны М колеблется и изменяет расстояние между обкладками конденсатора, что изменяет его емкость и заряд. Через нагрузку R_н проходит переменный ток, который создаёт на нём переменное напряжение, соответствующий звуковому давлению, воздействующему на мембрану М микрофона.

Преобразователь обратимый, но преимущественно применяется в виде микрофона, так как чувствительность его в качестве телефона мала.

Средняя чувствительность S_{м ср} = 2*10^-3 В/Па. Частотная характеристика почти равномерная ∆S_м= 6 дБ.

Применяется:

Для акустических измерений, для высококачественного радиовещания, звукозаписи. Для нормальной работы преобразователя требуется постоянное напряжение источника питания и стабильное состояние окружающей среды. Конденсаторный микрофон работает совместно с широкополосным усилителем.

Во многих современных телефонных аппаратах применяются раз­новидности конденсаторных микрофонов — электретные. В этом случае постоянное напряжение обеспечивается предварительным зарядом электрета (полимера) тонким слоем нанесенного на мембрану. При колебании мембраны заряд как бы пульсирует в такт изменению емкости. Заряд электрета сохраняется до 20 лет. Затем тре­буется повторная поляризация электрета или замена микрофона. Конденсаторные микрофоны всегда используются вместе с усили­телями.

4)Пьезоэлектрический преобразователь (рис.5.1.4г). Основан на использовании пьезоэлектрического эффекта кристаллов кварца, турмалина, пьезокерамики.

Рис.5.1.4 г Пьезоэлектрический преобразователь

При колебании мембрана М деформируется кристаллический элемент, вследствие этого возникают электрические заряды на его гранях.

Преобразователь обратимый, т.е. изменение электрических зарядов на пьезоэлементе вызывает механические колебания кристалла и связанной с ним мембраны М.

При использовании преобразователя в качестве микрофона S_{м ср}= 0,025 В/Па при неравномерности частотной характеристики ∆S_м= 7 дБ.

Если преобразователь применяется как телефон или громкоговоритель S_тср= 20 Па/В, а неравномерность частотной характеристики ∆S_т= 10 дБ.

Достоинства: простота устройства, относительно невысокая стоимость, малые размеры.

Недостатки: большое влияние на их параметры температуры и влажности окружающей среды, сравнительно малая чувствительность.

5)Электроконтактный преобразователь. (рис.5.1.4 д).

Рис.5.1.4 д Пьезоэлектрический преобразователь

Действие основано на изменение сопротивление электронного контакта в процессе преобразования звуковой энергии. Преобразователи активные, работают в качестве микрофонов и является необратимыми. Наибольшее распространённый преобразователь этого типа – угольный микрофон. При колебании М изменяется плотность угольного порошка и его сопротивление. В следствие чего в цепи R_н проходит ток, изменяющий в соответствие с изменением звукового давление, действующего на мембрану.

Достоинства: большая средняя чувствительность S_{м ср} = 0,7 В/Па, что сделано для его распространённым в телефонных аппаратах. Однако угольные микрофоны имеют большую неравномерность частотной характеристики ∆S_м = 35 дБ и большой коэффициент нелинейных искажений К_мн = 20%, поэтому они не применяются в качестве микрофонов в студиях связи, совещаний и оповестительной связи у поездных диспетчеров, где используются главным образом электродинамический микрофоны.