Аудиоинформация. Источники и преобразователи аудиоинформации. Классификация преобразователей аудиоинформации. Виды и принцип действия о

Фазоинвертор — это  труба определенной длины и сечения, вмонтированная в корпус. Фазоинвертор позволяет достичь нормального  воспроизведения низких частот за счет того, что они многократно усиливаются  в трубе фазоинвертора. Кроме  того, фазоинвертор обеспечивает снижение избыточного давления в колонке;

• корпус с пассивным излучателем.

 

2. по типу излучателей:

• Изодинамические (ортодинамические, излучатели Хейла)

В изодинамических АС в  качестве излучающего элемента используется тонкая мембрана из диэлектрической  пленки, на которую методом напыления  или травления наносится проводник  в виде прямоугольной или круглой  спирали (ортодинамический). Разновидностью изодинамических излучателей является излучатель Хейла, где в качестве излучающего элемента используется гофрированная мембрана с нанесенным проводником специальной формы. 

• Ленточные

В ленточных АС тонкая металлическая гофрированная ленточка помещена в магнитное поле между полюсами магнита, она служит одновременно и проводником тока и излучающим элементом. В отечественной промышленности ленточные АС распространения не получили, так как они требуют применения согласующих трансформаторов (из-за низкого сопротивления ленточки) и большого объема магнитов.

• Плазменные

Cтоит генератор высокочастотного напряжения, который нагружен на разрядник (частота может быть так от 100 кгц до ...) в разряднике возникает облачко ионизированной плазмы. Вот колебания этого генератора модулируют по амплитуде - что приводит к изменению размеров этого плазменного образования. Весь этот разрядник помещен в рупор и модулируется генератором. Из рупора извлекается довольно громкий звук.

• Электростатические

Мембрана взаимодействует с  электростатическим полем статора, который представляет собой металлический  лист с отверстиями (или натянутую  проволоку). Статоров может быть один или два, а мембрана может быть низкоомной или высокоомной. В самом распространённом варианте высокоомная мембрана помещена между двумя статорами. На мембрану подаётся высокое напряжение относительно статоров, на статоры подаётся сигнал большой амплитуды (звуковой сигнал большого напряжения). В результате между мембраной и статорами возникает переменное электростатическое поле, двигающее мембрану. Поле действует равномерно на всю мембрану, а мембрана имеет крайне низкую массу, благодаря этому достигаются высокие характеристики: коэффициент нелинейных искажений достигает 0.05 %, высокий импульсный отклик, ровная АЧХ. Такие громкоговорители изготавливаются несколькими западными (и восточными) фирмами, однако цена на них очень высока.

• Пьезокерамические

Пьезокерамические излучатели (пьезоизлучатели) — электроакустические устройства воспроизведения звука, использующие пьезоэлектрический эффект. Пьезоизлучатели широко используются в различных электронных устройствах — часах-будильниках, телефонных аппаратах, электронных игрушках, бытовой технике.

Пьезокерамический излучатель состоит  из металлической пластины, на которую  нанесён слой пьезоэлектрической керамики, имеющий на внешней стороне токопроводящее напыление. Пластина и напыление  являются двумя контактами. Для увеличения громкости звука к металлической  пластине может крепиться небольшой  рупор в виде металлического или  пластикового купола с отверстием. В качестве рупора также может  использоваться углубление в корпусе  устройства, в котором используется пьезоизлучатель. Пьезоизлучатель также может использоваться в качестве пьезоэлектрического микрофона или датчика.

• Громкоговорители нового поколения NXT

Сокращение названия означает New Transducer (преобразователь) Technology.

На протяжении зимнего  сезона 96-97 годов группа Verity (холдинговая  компания, объединяющая Mission, Cyrus, QUAD, Roksan и Wharfedale) с завидной регулярностью  демонстрировала свое последнее  детище: громкоговорители нового поколения NXT, которые обозреватели уже успели назвать громкоговорителями 21 века.

Исследовательская лаборатория Mission получила от агентства по исследованиям и разработке британского министерства обороны результаты исследований звукоизоляции в кабинах военных самолетов с помощью активных шумоподавителей и применила их при изготовлении плоского панельного громкоговорителя системы NXT.

В большинстве практических конструкций громкоговорителей  используются варианты поршневого преобразования, в котором электрический привод перемещает конус, купол или плоскую  мембрану, толкая или втягивая воздух. NXT — это технология плоских панелей, при которой ее возбуждение осуществляется из одной точки с помощью подвижной  катушки, пьезоэлемента или другого  возбудителя. В принципе неважно, какой  из них используется: привод NXT максимизирует  резонансное поведение панели, например, благодаря выбору материала поверхности  и определению места установки  возбудителя.

 

3. По типу усиления

• Пассивные (в корпус многополосной колонки смонтированы группы излучателей, подключенные через пассивный кроссовер частот одной общей парой проводов к отдельному усилителю)

• Пассивные Bi/Tri-wired (в корпус многополосной колонки смонтированы группы излучателей, каждая из которых подключена через пассивный кроссовер своей парой проводов к собственному усилителю)
• Активные (в корпус многополосной колонки смонтированы усилитель и группы излучателей, подключенные к нему через пассивный кроссовер)
• Активные Bi/Tri-amped (в корпус многополосной колонки смонтированы активный фильтр и группы усилителей по числу полос пропускания, подключенные к соответствующим группам излучателей).

 

 

§ 4. Виды и принцип действия основных преобразователей аудиоинформации (микрофоны, электроакустические системы).

 

Микрофоны.

 

Основные параметры микрофонов: номинальный диапазон частот, модуль полного электрического сопротивления, чувствительность, типовая частотная  характеристика чувствительности и характеристика направленности.

 

Номинальный диапазон частот - тот диапазон частот, в котором  микрофон воспринимает акустические колебания  и в котором нормируются его параметры. Для профессиональных студийных целей обычно стремятся использовать микрофоны нулевой группы сложности высшей категории качества, для которых нормируется диапазон частот 20 - 20000 Гц. Микрофоны первой группы сложности должны иметь номинальный диапазон частот не менее 31,5 - 18000 Гц, второй группы 50 - 15000 Гц, третьей группы 63 - 12500 Гц.

 

Модуль полного электрического сопротивления (называемого также  выходным или внутренним) нормируется  на частоте 1 кГц. Сопротивление может  быть комплексным или активным. Если оно комплексное и, следовательно, зависимое от частоты, то приводят или  модуль на частоте 1 кГц, или среднее  значение по диапазону частот.

 

Чувствительность микрофона - это отношение напряжения U на выходе микрофона к воздействующему  на него звуковому давлению р, выраженное в милливольтах на паскаль.

 

Уровень чувствительности - чувствительность, выраженная в децибелах.

Неравномерность частотной  характеристики определяется как разность между максимальным и минимальным  уровнями чувствительности микрофона  в номинальном диапазоне частот и выражается в децибелах.

 

Характеристика направленности - зависимость чувствительности микрофона  в свободном поле на определенной частоте между рабочей осью микрофона и направлением на источник звука.

 

Диаграмма направленности - это графическое изображение  характеристики направленности, которое  чаще всего приводят в полярных координатах.

 

Виды микрофонов.

 

Первым в мире получил распространение угольный микрофон, который  до последнего времени использовался в телефонии. Действие его основывается на изменении сопротивления между зернами угольного порошка при изменении давления на их совокупность. Угольный микрофон работает следующим образом. При воздействии звукового давления на его диафрагму она начинает колебаться. В такт этим колебаниям изменяется и сила сжатия зерен угольного порошка, в связи с чем изменяется сопротивление между электродами, а при постоянном электрическом напряжении изменяется и ток через микрофон. Основное преимущество угольного микрофона - высокая чувствительность, позволяющая использовать его без усилителей. Недостатки - нестабильность работы и шум из-за того, что полезный электрический сигнал вырабатывается при разрыве и восстановлении контактов между отдельными зернами порошка, большая неравномерность частотной характеристики и значительные нелинейные искажения.

 

После угольного микрофона  появился электромагнитный микрофон, который работает следующим образом. Перед полюсами (полюсными наконечниками) магнита располагают ферримагнитную диафрагму или скрепленный с ней якорь. При колебаниях диафрагмы под воздействием на нее звукового давления меняется магнитное сопротивление системы, а значит, и магнитный поток через витки обмотки, намотанной на магнитопровод этой системы. Благодаря этому на зажимах обмотки возникает переменное напряжение звуковой частоты, являющееся выходным сигналом микрофона. Электромагнитный микрофон стабилен в работе. Однако ему свойственны узкий частотный диапазон, большая неравномерность частотной характеристики и значительные нелинейные искажения.

 

В противоположность электромагнитному  микрофону, чрезвычайно широкое  распространение для целей озвучивания, звукоусиления получил электродинамический  микрофон, особенно одна из его вариаций - катушечная (существует ещё ленточная). Принцип действия электродинамического катушечного микрофона состоит в следующем. В кольцевом зазоре магнитной системы, имеющей постоянный магнит, находится подвижная катушка, скрепленная с диафрагмой. При воздействии на последнюю звукового давления, она вместе с подвижной катушкой начинает колебаться. В силу этого в витках катушки, пересекающих магнитные силовые линии, возникает напряжение, являющееся выходным сигналом микрофона. Электродинамический микрофон стабилен, имеет довольно широкий частотный диапазон, сравнительно небольшую неравномерность частотной характеристики.

 

   Устройство ленточного  электродинамического микрофона  несколько отличается от устройства  катушечного. Здесь магнитная система микрофона состоит из постоянного магнита и полюсных наконечников, между которыми натянута легкая, обычно алюминиевая, тонкая (порядка 2 мкм) ленточка. При воздействии на обе ее стороны звукового давления возникает сила, под действием которой ленточка начинает колебаться, пересекая при этом магнитные силовые линии, вследствие чего на ее концах развивается напряжение. Т.к. сопротивление ленточки очень мало, то для уменьшения падения напряжения на соединительных проводниках напряжение, развиваемое на концах ленточки, подается на первичную обмотку повышающего трансформатора, размещенного непосредственно вблизи ленточки. Напряжение на зажимах вторичной обмотки трансформатора является выходным напряжением микрофона. Частотный диапазон этого микрофона довольно широк, а неравномерность частотной характеристики невелика.

 

Для электроакустических  трактов высокого качества наибольшее распространение в настоящее  время получил конденсаторный микрофон. Принципиально он работает следующим  образом. Жестко натянутая мембрана под воздействием звукового давления может колебаться относительно неподвижного электрода, являясь вместе с ним обкладками электрического конденсатора. Этот конденсатор включается в электрическую цепь последовательно с источником постоянного тока и активным нагрузочным сопротивлением. При колебаниях мембраны емкость конденсатора меняется с частотой воздействующего на мембрану звукового давления, в связи с чем в электрической цепи появляется переменный ток той же частоты и на нагрузочном сопротивлении возникает падение напряжения, являющееся выходным сигналом микрофона. Нагрузочное сопротивление должно быть большим, чтобы падение напряжения на нем не уменьшалось сильно на низких частотах, где емкостное сопротивление конденсатора очень велико и эксплуатация такого микрофона была бы невозможна из-за сравнительно небольшого сопротивления микрофонных линий и нагрузки. По этой причине почти у всех современных конденсаторных микрофонов предусмотрены конструктивно связанные с самим микрофоном усилители, имеющие малый коэффициент усиления, высокое входное и низкое выходное сопротивления.

 

Конденсаторные микрофоны  имеют самые высокие качественные показатели: широкий частотный диапазон, малую неравномерность частотной  характеристики, низкие нелинейные и  переходные искажения, высокую чувствительность и низкий уровень шумов. Электретные микрофоны, по существу, те же конденсаторные, но постоянное напряжение для них обеспечивается не обычным источником, а электрическим зарядом мембраны или неподвижного электрода, материалы которых отличаются тем, что способны сохранять этот заряд длительное время.

 

Некоторое распространение  получили микрофоны пьезоэлектрические. Их действие основано на том, что звуковое давление воздействует непосредственно или через диафрагму и скрепленный с ней стержень на пьезоэлектрический элемент. При деформации последнего на его обкладках вследствие пьезоэлектрического эффекта возникает напряжение, являющееся выходным сигналом микрофона.

 

Действие транзисторных  микрофонов (весьма мало распространенных) основывается на том, что под действием  звукового давления на диафрагму  и скрепленное с ней острие, являющееся одновременно эмиттером  полупроводникового триода, изменяется сопротивление эмиттерного перехода через него. Хотя транзисторные микрофоны с диафрагмой достаточно чувствительны, но они недостаточно стабильны и их частотные характеристики даже в сравнительно узком диапазоне частот неравномерны.