Orbis pictus21. století

Tato prezentace byla vytvořenav rámci projektu

Elektoroakustické měničeElektoroakustické měniče

OB21-OP-EL-ELN-JANC-U-2-019OB21-OP-EL-ELN-JANC-U-2-019

ElektroakustikaElektroakustika

ElektroakustikaElektroakustika je obor, který se zabývá přenosem je obor, který se zabývá přenosem akustických signálů elektrickou cestou, jejich záznamem a akustických signálů elektrickou cestou, jejich záznamem a reprodukcí.reprodukcí.

AkustikaAkustika je obor fyziky, který se zabývá vznikem, šířením a je obor fyziky, který se zabývá vznikem, šířením a působením zvuku ve frekvenčním rozsahu, které lidské ucho působením zvuku ve frekvenčním rozsahu, které lidské ucho slyšitelně vnímá, t, j, od 16 Hz do 16000 Hz. Horní hranice je slyšitelně vnímá, t, j, od 16 Hz do 16000 Hz. Horní hranice je v dětství až 20000 Hz, stárnutím se zmenšuje.v dětství až 20000 Hz, stárnutím se zmenšuje.

ElektroakustikaElektroakustika

ZvukZvuk je mechanické vlnění, které se může šířit pouze pomocí je mechanické vlnění, které se může šířit pouze pomocí částic hmotného prostředí. částic hmotného prostředí.

Při šíření zvuku nastává Při šíření zvuku nastává zhušťování a zřeďování zhušťování a zřeďování hmotných hmotných částic prostředí. částic prostředí.

Místa zhuštění a zředění částic postupují prostředím určitou Místa zhuštění a zředění částic postupují prostředím určitou rychlostí, která se nazývá rychlostí, která se nazývá rychlost šíření zvukurychlost šíření zvuku a pohybuje se a pohybuje se za normálních podmínek okolo 340 m/s.za normálních podmínek okolo 340 m/s.

ElektroakustikaElektroakustika

Vzduch, ve kterém se zvuk šíří, má vzhledem k místnímu Vzduch, ve kterém se zvuk šíří, má vzhledem k místnímu základnímu atmosférickému tlaku v místech zhuštění částic základnímu atmosférickému tlaku v místech zhuštění částic mírný přetlak a v místech zředění mírný podtlak. Tyto změny mírný přetlak a v místech zředění mírný podtlak. Tyto změny tlaku se nazývají tlaku se nazývají akustický tlakakustický tlak. .

Lidské ucho nevnímá při stejném akustickém tlaku zvuky Lidské ucho nevnímá při stejném akustickém tlaku zvuky různých frekvencí stejně hlasitě.různých frekvencí stejně hlasitě.

Jsou-li zvukové vlny naprosto pravidelné, nazývají se Jsou-li zvukové vlny naprosto pravidelné, nazývají se tónytóny, , jsou-li nepravidelné, nazývají se jsou-li nepravidelné, nazývají se hlukyhluky. .

Elektroakustické měničeElektroakustické měniče

Elektroakustické měniče přeměňují elektrické signály na Elektroakustické měniče přeměňují elektrické signály na akustické nebo naopak. akustické nebo naopak.

Přeměna se děje většinou prostřednictvím mechanických Přeměna se děje většinou prostřednictvím mechanických prvků.prvků.

Elektroakustické měničeElektroakustické měniče

ElektrodynamickýElektrodynamický měnič využívá při přeměně elektrického měnič využívá při přeměně elektrického signálu na akustický působení sil magnetického pole trvalého signálu na akustický působení sil magnetického pole trvalého magnetu a magnetického pole vzniklého kolem vodiče, magnetu a magnetického pole vzniklého kolem vodiče, kterým prochází proud. kterým prochází proud.

Při opačném jevu způsobuje akustický signál pohyb vodiče Při opačném jevu způsobuje akustický signál pohyb vodiče v magnetickém poli trvalého magnetu, a tím vzniká elektrické v magnetickém poli trvalého magnetu, a tím vzniká elektrické napětí úměrné akustickému signálu.napětí úměrné akustickému signálu.

Elektroakustické měničeElektroakustické měniče ElektromagnetickýElektromagnetický měnič využívá k přeměně elektrického měnič využívá k přeměně elektrického

signálu na akustický signál sil, které působí na pohyblivou část signálu na akustický signál sil, které působí na pohyblivou část magnetického obvodu. magnetického obvodu.

Magnetické pole v obvodu vytváří kromě permanentního Magnetické pole v obvodu vytváří kromě permanentního magnetu také budící cívka, kterou prochází proměnný magnetu také budící cívka, kterou prochází proměnný elektrický proud. elektrický proud.

Při opačném jevu ovlivňuje akustický signál pohyblivou část Při opačném jevu ovlivňuje akustický signál pohyblivou část magnetického obvodu. V cívce se indukuje napětí úměrné magnetického obvodu. V cívce se indukuje napětí úměrné akustickému signálu.akustickému signálu.

Elektroakustické měničeElektroakustické měniče

ElektrostatickýElektrostatický měnič je v podstatě kondenzátor, jehož měnič je v podstatě kondenzátor, jehož pohyblivá elektroda je ovlivňována silou úměrnou změně pohyblivá elektroda je ovlivňována silou úměrnou změně intenzity elektrického pole. intenzity elektrického pole.

Při opačné přeměně mění akustický signál kapacitu měniče a Při opačné přeměně mění akustický signál kapacitu měniče a tím proud, který jím prochází.tím proud, který jím prochází.

Elektroakustické měničeElektroakustické měniče

U U piezoelektrickéhopiezoelektrického měniče způsobí elektrický signál měniče způsobí elektrický signál přivedený na krystaly vhodných materiálů jejich deformaci přivedený na krystaly vhodných materiálů jejich deformaci v rytmu elektrického signálu. v rytmu elektrického signálu.

Deformací krystalů akustickým signálem dochází k jevu Deformací krystalů akustickým signálem dochází k jevu opačnému a na plochách krystalů vzniká elektrický signál.opačnému a na plochách krystalů vzniká elektrický signál.

Elektroakustické měničeElektroakustické měniče

U U magnetostrikčníhomagnetostrikčního měniče vzniká akustický signál měniče vzniká akustický signál deformací feromagnetické látky magnetickým polem, které deformací feromagnetické látky magnetickým polem, které vytváří budící vinutí. vytváří budící vinutí.

U opačné přeměny způsobí akustický signál deformaci měniče U opačné přeměny způsobí akustický signál deformaci měniče a vznik elektrického napětí. a vznik elektrického napětí.

Tento druh měniče se používá u zařízení, které pracují Tento druh měniče se používá u zařízení, které pracují s ultrazvukem.s ultrazvukem.

MikrofonyMikrofony

Mikrofony jsou elektroakustické měniče, které přeměňují Mikrofony jsou elektroakustické měniče, které přeměňují akustické signály na signály elektrické. akustické signály na signály elektrické.

Mezi jejich důležité parametry citlivost, frekvenční a směrová Mezi jejich důležité parametry citlivost, frekvenční a směrová charakteristika.charakteristika.

CitlivostCitlivost se udává poměrem napětí na svorkách mikrofonu se udává poměrem napětí na svorkách mikrofonu k akustickému tlaku, který jej způsobil. Závisí na směru k akustickému tlaku, který jej způsobil. Závisí na směru dopadu akustického tlaku a na frekvenci.¨dopadu akustického tlaku a na frekvenci.¨

MikrofonyMikrofony

Frekvenční charakteristikaFrekvenční charakteristika udává závislost citlivosti udává závislost citlivosti mikrofonu na frekvenci zvuku. mikrofonu na frekvenci zvuku.

Rozmezí, ve kterém citlivost nepoklesne o více než 3 dB, se Rozmezí, ve kterém citlivost nepoklesne o více než 3 dB, se nazývá frekvenční rozsah.nazývá frekvenční rozsah.

Směrová charakteristika Směrová charakteristika udává závislost citlivosti na směru, ze udává závislost citlivosti na směru, ze kterého se šíří zvuková vlna. Její tvar je závislý na druhu kterého se šíří zvuková vlna. Její tvar je závislý na druhu mikrofonu a na frekvenci zvuku.mikrofonu a na frekvenci zvuku.

MikrofonyMikrofony Podle principu přeměny zvukového signálu se rozlišují Podle principu přeměny zvukového signálu se rozlišují

mikrofony:mikrofony:

UhlíkovéUhlíkové (odporové) – používají se v telefonii (odporové) – používají se v telefonii ElektrodynamickéElektrodynamické – páskové – mají malou citlivost, připojují – páskové – mají malou citlivost, připojují

se pomocí transformátoru s velkým se pomocí transformátoru s velkým převodem převodem

- cívkové – mají asi dvojnásobnou citlivost - cívkové – mají asi dvojnásobnou citlivost proti páskovým mikrofonům proti páskovým mikrofonům

ElektrostatickéElektrostatické – jsou to v podstatě deskové kondenzátory – jsou to v podstatě deskové kondenzátory - - elektretové – používají se ve spotřební elektretové – používají se ve spotřební

elektronice elektronice PiezoelektrickéPiezoelektrické – deformuje se piezoelektrický krystal a – deformuje se piezoelektrický krystal a

vzniká střídavé napětí vzniká střídavé napětí

MikrofonyMikrofony

Obr. 1 Uhlíkový mikrofon M – membrána, P – uhlíkový prach

MikrofonyMikrofony Mikrofony uhlíkové (odporové) mění zvukový signál na Mikrofony uhlíkové (odporové) mění zvukový signál na

základě změny odporu prachové uhlíkové náplně. Konstrukční základě změny odporu prachové uhlíkové náplně. Konstrukční uspořádání je na obr. 1. uspořádání je na obr. 1.

Kruhové kovové pouzdro je zcela naplněno uhlíkovým Kruhové kovové pouzdro je zcela naplněno uhlíkovým prachem P a uzavřeno kovovou membránou M. prachem P a uzavřeno kovovou membránou M.

Zvukové vlny rozechvívají membránu, tím se zrnka Zvukové vlny rozechvívají membránu, tím se zrnka uhlíkového prachu stlačují a mění se celkový odpor uhlíkového prachu stlačují a mění se celkový odpor mikrofonu. mikrofonu.

Proud z pomocného stejnosměrného zdroje se potom mění v Proud z pomocného stejnosměrného zdroje se potom mění v rytmu zvukových vln. Mikrofon má značnou citlivost, ale také rytmu zvukových vln. Mikrofon má značnou citlivost, ale také značný vlastní šum. Používá se v telefonii. značný vlastní šum. Používá se v telefonii.

MikrofonyMikrofony

Páskový mikrofon (obr. 2) má silný permanentní magnet s Páskový mikrofon (obr. 2) má silný permanentní magnet s pólovými nástavci N. V magnetickém poli mezi pólovými pólovými nástavci N. V magnetickém poli mezi pólovými nástavci je pásek P, zhotovený ze zvlněné hliníkové fólie o nástavci je pásek P, zhotovený ze zvlněné hliníkové fólie o síle 1 až 2 µm. Pásek plní funkci membrány. síle 1 až 2 µm. Pásek plní funkci membrány.

Působením zvukových vln dochází k pohybu pásku v Působením zvukových vln dochází k pohybu pásku v magnetickém poli a tím k indukci malého střídavého napětí. magnetickém poli a tím k indukci malého střídavého napětí.

Citlivost mikrofonu je malá, proto se připojuje pomocí Citlivost mikrofonu je malá, proto se připojuje pomocí transformátoru s velkým převodem. transformátoru s velkým převodem.

MikrofonyMikrofony

Obr. 2 Páskový mikrofonN – pólové nástavce permanentního magnetu, P – pásek

MikrofonyMikrofony

Obr. 3 Cívkový mikrofonG – magnet, N – pólové nástavce, C – cívka, M – membrána, K - kryt

MikrofonyMikrofony

Cívkový mikrofon má kovovou membránu M pevně spojenou Cívkový mikrofon má kovovou membránu M pevně spojenou s cívkou C (obr. 3). s cívkou C (obr. 3).

Cívka se pohybuje v silném radiálním magnetickém poli Cívka se pohybuje v silném radiálním magnetickém poli permanentního magnetu G.permanentního magnetu G.

MikrofonyMikrofony Elektrostatické mikrofony jsou v podstatě deskové Elektrostatické mikrofony jsou v podstatě deskové

kondenzátory, které mají jednu elektrodu pevnou a druhou je kondenzátory, které mají jednu elektrodu pevnou a druhou je tenká kovová fólie (obr. 4). tenká kovová fólie (obr. 4).

Vzdálenost mezi elektrodami je několik desítek µm. Vzdálenost mezi elektrodami je několik desítek µm. Působením zvukového signál dochází k průhybu membrány Působením zvukového signál dochází k průhybu membrány M, mění se vzdálenost mezi elektrodami E a M, a tím i M, mění se vzdálenost mezi elektrodami E a M, a tím i kapacita mikrofonu. kapacita mikrofonu.

V sérii s mikrofonem je zapojen rezistor s velkým odporem a V sérii s mikrofonem je zapojen rezistor s velkým odporem a zdroj stejnosměrného polarizačního napětí. Při změně kapacity zdroj stejnosměrného polarizačního napětí. Při změně kapacity mikrofonu vytvářejí nabíjecí a vybíjecí proudy na rezistoru mikrofonu vytvářejí nabíjecí a vybíjecí proudy na rezistoru střídavý úbytek napětí v rytmu zvukových vln. Mikrofony střídavý úbytek napětí v rytmu zvukových vln. Mikrofony mají značnou citlivost a velmi dobrou frekvenční mají značnou citlivost a velmi dobrou frekvenční charakteristiku.charakteristiku.

MikrofonyMikrofony

Obr. 4 Princip elektrostatického mikrofonuE – pevná elektroda, I – izolace, M – membrána

MikrofonyMikrofony

Elektretové mikrofony jsou speciální elektrostatické Elektretové mikrofony jsou speciální elektrostatické mikrofony, které nevyžadují vysoké polarizační napětí. Bývají mikrofony, které nevyžadují vysoké polarizační napětí. Bývají kombinovány s aktivními prvky, vestavěnými v pouzdru kombinovány s aktivními prvky, vestavěnými v pouzdru mikrofonu.mikrofonu.

Mikrofony piezoelektrické mají krystal z piezoelektrického Mikrofony piezoelektrické mají krystal z piezoelektrického materiálu, který je při deformaci vlivem zvukových vln materiálu, který je při deformaci vlivem zvukových vln zdrojem střídavého napětí. Mikrofony mohou být buď bez zdrojem střídavého napětí. Mikrofony mohou být buď bez membrány (její úlohu přebírá krystal), nebo s membránou, membrány (její úlohu přebírá krystal), nebo s membránou, která je mechanicky vhodně spojena s krystalem. která je mechanicky vhodně spojena s krystalem.

Děkuji za pozornostDěkuji za pozornost

Ing. Ladislav JančaříkIng. Ladislav Jančařík

LiteraturaLiteratura

J. Chlup, L. Keszegh: Elektronika pro silnoproudé obory, J. Chlup, L. Keszegh: Elektronika pro silnoproudé obory, SNTL Praha 1989SNTL Praha 1989

M. Bezděk: Elektronika I, KOPP České Budějovice 2002M. Bezděk: Elektronika I, KOPP České Budějovice 2002