Bevezetés a hangátalakítókba

Ebben az oktatóanyagban megismerjük a hangátalakítókat. Két elterjedt hangátalakító a mikrofon és a hangszóró. Vázlatos bemutatásMi a hang? Mik azok a hangátalakítók?Mikrofon (bemeneti hangátalakító)Szénmikrofon Mozgó vasmikrofon Mozgó tekercsmikrofon vagy dinamikus mikrofon Szalagmikrofon Piezoelektromos mikrofon Kondenzátor mikrofon Hangszóró (Kimeneti hangátviteli transzducer) Lori Hangszóró Lori a HangszóróPiezoelektromos hangszórókElektrosztatikus hangszórók Bevezetés A hang az akusztikus hullámokra vonatkozó általános kifejezés, amely a longitudinális hullámok egy fajtája, amely adiabatikus folyamat során kompresszió és dekompresszió útján terjed. Az akusztikus hullámok frekvenciatartománya 1 Hz és több tízezer Hz között van. Ebben a hatalmas tartományban az ember 20 Hz és 20 K Hz között hall. A hang- vagy hangátalakítóknak két típusa van: bemeneti érzékelők vagy hangok az elektromos jelátalakítókhoz és a kimeneti aktuátorok vagy az elektromos hangátalakítók. Példa a bemeneti szenzorra a mikrofon, a kimeneti aktuátorra pedig a hangszóró. A hangátalakítók képesek érzékelni és továbbítani a hanghullámokat. Ha a hanghullám frekvenciája nagyon alacsony, akkor infrahangnak nevezzük. És ha a hanghullám frekvenciája nagyon magas, akkor ultrahangnak nevezik. VISSZA A TETEJÉRE Mi a hang? A hang és a rezgés összefügg egymással, mivel a hang a mechanikai rezgéssel társul. Sok hangot szilárd anyagok vagy gázok vibrációja okoz. Az ANSI szerint a hangot úgy definiálják, mint „nyomásban, feszültségben stb., amely belső erőkkel vagy az ilyen terjedő rezgések szuperpozíciójával terjed a közegben”. A hanghullám a rezgés által keltett hullámforma. Ez a hullámforma minden olyan anyagban azonos rezgést idéz elő, amelyet a hanghullám érint. A hanghullámok továbbításához rezgő közeg szükséges. Egy vibráló tárgy vagy anyag összenyomja a környező levegőmolekulákat és ritkítja azokat. A hanghullámok vákuumon keresztül történő átvitele nem történik meg. Amikor hangot továbbítanak, annak három fontos hullámparamétere van: sebesség vagy sebesség, hullámhossz és frekvencia. Ezek a jellemzők hasonlóak az elektromos hullámformákéhoz. A hang frekvenciáját és hullámformáját a hang eredete vagy a hangot kiváltó rezgés frekvenciája és hullámalakja határozza meg. A hang sebessége és hullámhossza a hanghullámokat továbbító közegtől függ. A sebesség, a hullámhossz és a frekvencia három paraméter közötti összefüggést az alábbiakban mutatjuk be. Frekvencia (f) = Sebesség (m/s) / Hullámhossz (λ) A frekvencia mértékegységei Hertz (Hz). A képforrás linkje: electronics-tutorials.ws /io/io46.gifA hang sebessége egy adott anyagban az anyag sűrűségétől és rugalmasságától függ. Emiatt a hang sebessége nagyobb szilárd anyagokban és alacsony a nagynyomású gázokban. A hanghullámok objektív mérése a vételi felület intenzitását használja, amelyet a hangenergia négyzetméterenkénti wattjaiban mérnek. A fül nem lineáris válaszreakcióval rendelkezik, és az érzékenység a hang frekvenciájától függően változik. A frekvenciatartomány, amelyen belül a hangot az emberi fül érzékeli, 20 Hz és 20 kHz között van. A fül maximális válaszreakciója 2 kHz tartományban van. VISSZA A OLDALRA Mik azok a hangátalakítók?A hangátalakító olyan eszköz, amely a hangjeleket elektromos jelekké vagy az elektromos jeleket hangjelekké alakítja. Az előbbi esetben bemeneti hangátalakítóknak nevezzük őket, és erre az esetre példa a mikrofon. Az utóbbi esetben kimenő hangátalakítóknak, és egy példa a hangszóró. Mikrofon (bemeneti hangátalakító) Az audio- vagy hang-elektromos energia átalakító a mikrofon vagy egyszerűen csak mikrofon. A mikrofon elektromos analóg jeleket állít elő, amelyek arányosak a membránjára ható hanghullámokkal. A mikrofonokat az általuk használt elektromos jelátalakító típusa szerint osztályozzák. A jelátalakítón kívül a mikrofon akusztikus szűrőket és járatokat használ, amelyek alakja és mérete módosítja a teljes rendszer reakcióját. A mikrofon jellemzői elektromos és akusztikusak egyaránt. A mikrofon érzékenységét az elektromos kimenet mV-ban fejezzük ki a hanghullám egységnyi intenzitására vonatkoztatva. A mikrofon impedanciájának nagy jelentősége van. A nagy impedanciájú mikrofon nagy elektromos kimenettel rendelkezik, míg az alacsony impedanciájú mikrofon alacsony kimenettel rendelkezik. A nagy impedancia miatt a mikrofon érzékeny a zúgásra. A mikrofon iránya szintén fontos tényező. Ha a mikrofont hanghullámok nyomásának érzékelésére használjuk, akkor Omni – irányított, pl. bármely irányból érkező hangot felveszi. A mikrofon akkor irányított, ha reagál a hanghullám sebességére és irányára. A hangátalakító típusa nem feltétlenül határozza meg a működési elvet, mint a nyomás vagy a sebesség, de a mikrofon felépítése a legfontosabb tényező. a leggyakoribb mikrofontípusok a következők: szénmikrofon, mozgóvas mikrofon, mozgó tekercses mikrofon, szalagmikrofon, piezoelektromos mikrofon és elektret kondenzátormikrofon. VISSZA A OLDALRA Szén mikrofon A szénmikrofon volt az első olyan mikrofon, amelyet telefonokban való használatra fejlesztettek ki. Ezeket most elektret kondenzátoros mikrofonok váltják fel. A szénmikrofon szénszemcséket használ, amelyeket a membrán és a hátlap között tartanak. Amikor a szemcséket összenyomják, a membrán és a hátlap közötti ellenállás jelentősen csökken. A membrán rezgései, amelyek a ráeső hanghullám eredményeként jönnek létre, a szemcsék ellenállásának változásaivá alakíthatók. A mikrofonhoz külső tápegység szükséges, mivel nem generál feszültséget. A szénmikrofon fő és egyetlen előnye, hogy a mikrofon szabványai szerint hatalmas kimenetet produkál. A hátrányok közé tartozik a rossz linearitás, a rossz szerkezet, amely többszörös rezonanciát okoz a hangban hatótávolság és magas zajszint, mivel a granulátum ellenállása hang hiányában is megváltozik.VISSZA A TETEJÉRE Mozgó vasmikrofon A mozgó vasmikrofonokat Variable Reluctance Microphone-nak is nevezik. A mozgó vasmikrofon erős mágnest használ. A mágneses áramkör lágyvasból készült armatúrát tartalmaz, amely viszont egy membránhoz csatlakozik. Ahogy az armatúra mozog, az áramkör mágneses reluktanciája megváltozik, és ez megváltoztatja az áramkör teljes mágneses fluxusát. Az ilyen típusú mikrofonok mágneses áramköre nehezebbé teszi a hangszert.VISSZA A OLDALRA Mozgó tekercs mikrofon vagy dinamikus mikrofon A mozgó tekercses (dinamikus) mikrofonok állandó fluxusú mágneses áramkört használnak. Ebben az áramkörben az elektromos kimenetet egy huzaltekercs mozgatásával állítják elő az áramkörben, amely egy membránhoz van csatlakoztatva. Ez az egész elrendezés kapszula formájú, ami ezt a mikrofont nyomásvezérlésűvé teszi, nem pedig sebességvezérlésűvé. A tekercs a membrán mozgására reagálva mozog, ahogy a hanghullámok megütik a membránt. Faraday elektromágneses indukció törvényének alkalmazásával a tekercsben feszültség indukálódik a tekercs mágneses térben való mozgása miatt. A maximális teljesítmény akkor következik be, amikor a tekercs eléri a maximális sebességet a hanghullám csúcsai között, így a kimenet 900-kal fázison kívül van a hanggal. A dinamikus mikrofon belső képe az alábbiakban látható. A tekercs mozgási tartománya nagyon kicsi, mivel a tekercs mérete kicsi. Ezért a mozgó tekercs típusú mikrofonok linearitása kiváló. A tekercs alacsony impedanciája miatt a kimenet jelentősen alacsony, ezért a jel erősítésére van szükség. A tekercs induktivitása a mozgó tekercses mikrofonokban kisebb, ezért kevésbé érzékenyek a hálózatról érkező zümmögésre. A mozgó tekercsmikrofon felépítése a fordított hangszóróéhoz hasonlít.VISSZA A FELSŐHOZ Szalagmikrofon A szalagmikrofon működési elve a mozgó tekercses mikrofonból származik, a változás pedig az, hogy a tekercs egy vezetőszalag csíkká redukálódott. A jelet a szalag végeiről veszik. Intenzív mágneses mezőt használnak, hogy a szalag mozgása a lehető legnagyobb mágneses fluxuson keresztül lehetséges. Ez egy olyan kimenetet generál, amelynek csúcsértéke 900, fázison kívül van a hanghullámhoz képest. A szalagmikrofon belső nézete az alábbiakban látható. A szalagmikrofon egy sebességgel működtetett mikrofon. A szalagmikrofonokat olyan helyzetekben használják, ahol fontos az irányított válaszadás. Az ilyen típusú mikrofonok fő felhasználási területe a hangkommentálás zajos környezetben. A szalagmikrofonok linearitása nagyon jó, és felépítése miatt elkerülhetetlenül alacsony teljesítményű eszköz. A feszültségszint és az impedanciaszint emelése érdekében a szalagmikrofonokat általában transzformátorral látják el. A jó minőségű szalagmikrofonok drágák. Ennek a mikrofonnak az iránytulajdonságai alkalmasak sztereó sugárzásra. VISSZA A OLDALRA Piezoelektromos mikrofon A piezoelektromos mikrofon előnye a többi mikrofontípushoz képest, hogy nem csak levegőben használható, hanem szilárd anyaghoz köthető, és nem vezető folyadékba is meríthető. . A piezoelektromos átalakítók ultrahangfrekvencián használhatók, és néhányat a magas MHz-es tartományban használnak. A piezoelektromos átalakítók kristályos anyagból állnak. Amikor a kristályt hanghullámok feszülik, a kristály ionjai aszimmetrikusan elmozdulnak. Eredetileg a Rochelle Salt Crystal-t kristályos anyagként használták piezoelektromos mikrofonokban, és ez a kristály egy membránhoz volt csatlakoztatva. A kimeneti feszültség és impedancia magas, de a linearitás gyenge. Napjainkban szintetikus kristályokat használnak a természetes kristályok helyett. A bárium-titanát szintetikus kristály, amelyet több száz KHz-ig terjedő frekvenciákhoz használnak. A piezoelektromos mikrofon ábrája az alábbiakban látható. VISSZA AZ OLDALRA Kondenzátor mikrofon A kondenzátor mikrofon két felületből áll: az egyik egy vezetőképes membrán, a másik pedig egy hátlap, valamint az elektromos töltés a mikrofonok között. két felület rögzítve van. Amikor a hanghullám eléri a membránt, a rezgések változást okoznak a kapacitásban. Mivel a töltés rögzített, a kapacitás változása feszültséghullámot okoz. A kimenet a lemezek közötti távolságtól függ. A kimenő teljesítmény adott hangamplitúdó mellett nagyobb, ha a felületek közötti távolság kisebb. A kondenzátormikrofon felépítése az alábbiakban látható. A kondenzátormikrofon nyomással működtetett eszköz. A fix töltés biztosításához feszültségellátásra van szükség. Ezt a feszültséget polarizációs feszültségnek nevezzük. A kondenzátormikrofonok linearitást biztosítanak a működés során, és nagyon jó hangjeleket is biztosítanak. A polarizáló feszültség elkerülése érdekében elektrétet használnak. Az elektret tartós töltéssel rendelkező szigetelőanyag. Ez a mágnes elektrosztatikus megfelelője. Az elektret kondenzátor mikrofonokban a kondenzátor egyik lemeze egy elektret lemez, a másik pedig egy membrán. Mivel az elektret fix töltést biztosít, nincs szükség feszültségellátásra. VISSZA A TOPS-hoz Hangszóró (kimeneti hangátalakító) A mikrofon használata kevés, hacsak nincs ellentétes irányú jelátalakító. A jelátalakítók, mint a hangszórók, zümmögők és kürtök olyan kimeneti hangműködtetők, amelyek hangot állítanak elő a bemeneti elektromos jelből. A hangaktor feladata, hogy elektromos jeleket olyan hanghullámokká alakítson, amelyek nagyon hasonlítanak a mikrofon eredeti bemeneti jeléhez. A fülhallgató az egyik egyszerűbb kimeneti hangátalakító, amelyet jóval korábban használtak, mint a mikrofonokat. A fülhallgatót Morse Key géppel használták az elektromos távírókban. A mikrofonok fejlesztése után a bemeneti és kimeneti hangátalakítók kombinációja számos találmányhoz vezetett, beleértve a telefont is. A fülhallgató feladata egyszerű, és mivel a fül közelében van elhelyezve, az energiaigény is nagyon kisebb, általában néhány milliwatt nagyságrendű. Mivel a szükséges teljesítmény kisebb, a fülhallgató kis membránt használ. A hangszóró a fülhallgatóval ellentétben nem a fülhöz nyomódik, hanem a hanghullámok indulnak ki az űrbe. Emiatt a hangszórók felépítése, elve és teljesítményigénye kissé eltérő. A hangszórók többféle méretben, formában és frekvenciatartományban kaphatók. A hangszórórendszer átalakítóját nyomásegységnek nevezik, mivel bonyolult elektromos jeleket alakít át légnyomássá. Ennek érdekében a hangszóró egység egy motoregységből áll, amely a bemenő elektromos hullámokat rezgéssé alakítja, és egy membránból, amely elegendő levegőt mozgat, hogy a rezgéshatás hallható legyen. Minden mikrofontípushoz tartozik egy megfelelő hangszóró. Néhány elterjedt hangsugárzótípus: mozgó vas, mozgó tekercs, piezoelektromos, izodinamikus és elektrosztatikus. VISSZA A OLDALRA Mozgó tekercses hangszóró vagy dinamikus hangszóróA mozgó tekercs elvét a legtöbb hangszóró és fülhallgató alkalmazza. A mozgó tekercses hangszórókat dinamikus hangszóróknak is nevezik. A mozgó tekercses hangszóró működési elve pontosan ellentétes a mozgó tekercses mikrofonéval. Egy finom huzaltekercsből, úgynevezett hangtekercsből áll, amely nagyon erős mágneses térben van felfüggesztve. Ez a tekercs egy membránhoz van rögzítve, mint például a papír vagy a Mylar kúp. A membrán a szélein egy fém keretre van felfüggesztve. A mozgó tekercses hangszóró belső szerkezete az alábbiakban látható. Amikor a bemenő elektromos jel áthalad a tekercsen, elektromágneses mező keletkezik. Ennek a mezőnek az erősségét a tekercsen átfolyó áram határozza meg. A meghajtó erősítő hangerőszabályzó beállítása határozza meg a hangtekercsen átfolyó áramot. Az állandó mágnes által keltett mágneses térrel szemben áll az elektromágneses tér által keltett elektromágneses erő. Ennek hatására a tekercs az északi és déli pólusok közötti kölcsönhatások által meghatározott egyik vagy másik irányba mozog. A tekercshez rögzített membrán együtt mozog a tekercssel, és ez zavart okoz a körülötte lévő levegőben. Ezek a zavarok hangot keltenek. A hang hangerejét a kúp vagy a membrán mozgási sebessége határozza meg. VISSZA AZ ELEJRE Hangszóró vezetéseAz emberi fül által hallható frekvenciatartomány 20 Hz és 20 KHz között van. A modern hangszórók, fejhallgatók, fülhallgatók és egyéb hangátalakítók úgy lettek kialakítva, hogy ebben a frekvenciatartományban működjenek. A High Fidelity (Hi-Fi) típusú audiorendszereknél azonban a hang válaszadása kisebb alfrekvenciákra van felosztva. Ez javítja a hangszóró általános hatékonyságát és hangminőségét. Az alacsony frekvenciájú egységeket mélysugárzónak, a magas frekvenciás egységeket magassugárzónak nevezik. A középső tartományú frekvenciák egységeit egyszerűen közép tartományú egységeknek nevezzük. Az általánosított frekvenciatartományokat és terminológiájukat az alábbiakban említjük. Sub – woofer – 10 Hz - 100 Hz Mélyhang - 20 Hz - 3 kHz Közép - tartomány - 1 kHz - 10 kHz Magassugárzó - 3 kHz - 30 kHz A több hangszórós Hi - Fi rendszerekben külön mélysugárzó, közép- és magassugárzó található aktív vagy passzív kereszthálózattal az audiojel pontos felosztása és reprodukálása az összes mellékhangsugárzón keresztül.Az alábbiakban egy egyszerű áramkör látható a hangszóró meghajtására.A tranzisztor emitterkövető konfigurációban van. A mikrokontroller PWM jele AC jelet biztosít a tranzisztor alapjához. Az emitter követő konfiguráció az áram erősítésével ad AC jelet a hangszórónak. A dióda szűrőként működik. A több hangsugárzó kialakítását az alábbiakban mutatjuk be. Három típusú meghajtó létezik: mélysugárzó, közép- és magassugárzó-illesztőprogram. Az alábbiakban egy egyszerű hangerősítő áramkör látható. A használt szűrőáramkör alapján az erősítő használható mély- vagy közép- vagy magassugárzó hangszóró meghajtására. Az alábbiakban felsorolunk néhány más típusú kimeneti jelátalakítót. VISSZA A OLDALRA Piezoelektromos hangszórók Általában A magassugárzók piezoelektromos elven készülnek. A membránok piezoelektromos műanyag lapokból készülnek. Ha feszültséget kapcsolunk a membrán felületei közé, az a jelnek megfelelően zsugorodik és tágul. Ha a membránt egy gömb felületének részeként alakítjuk, a zsugorodó és táguló mozgás olyan mozgássá alakítható, amely mozgatja a levegőt.VISSZA A TOPEHOZ Elektrosztatikus hangszórókAz elektrosztatikus hangszórók két elektromosan vezető lemez közé helyezett vezetőképes membránból állnak. A vezetőképes lemezek pozitív és negatív töltésűek. Ha audiojelet csatlakoztat, a membrán pozitív és negatív töltés között vált. A membrán töltésétől függően az ellentétes töltésű lemez felé húzódik.

Hagyjon üzenetet 

Üzenetlista