Orbis pictus 21. století

1. Tato prezentace byla vytvořena v rámci projektu Orbis pictus 21. století

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

3. Elektroakustika • Elektroakustika je obor, který se zabývá přenosem akustických signálů elektrickou cestou, jejich záznamem a reprodukcí. • Akustika je obor fyziky, který se zabývá vznikem, šířením a působením zvuku ve frekvenčním rozsahu, které lidské ucho slyšitelně vnímá, t, j, od 16 Hz do 16000 Hz. Horní hranice je v dětství až 20000 Hz, stárnutím se zmenšuje.

4. Elektroakustika • Zvuk je mechanické vlnění, které se může šířit pouze pomocí částic hmotného prostředí. • Při šíření zvuku nastává zhušťování a zřeďování hmotných částic prostředí. • Místa zhuštění a zředění částic postupují prostředím určitou rychlostí, která se nazývá rychlost šíření zvuku a pohybuje se za normálních podmínek okolo 340 m/s.

5. Elektroakustika • Vzduch, ve kterém se zvuk šíří, má vzhledem k místnímu základnímu atmosférickému tlaku v místech zhuštění částic mírný přetlak a v místech zředění mírný podtlak. Tyto změny tlaku se nazývají akustický tlak. • Lidské ucho nevnímá při stejném akustickém tlaku zvuky různých frekvencí stejně hlasitě. • Jsou-li zvukové vlny naprosto pravidelné, nazývají se tóny, jsou-li nepravidelné, nazývají se hluky.

6. Elektroakustické měniče • Elektroakustické měniče přeměňují elektrické signály na akustické nebo naopak. • Přeměna se děje většinou prostřednictvím mechanických prvků.

7. Elektroakustické měniče • Elektrodynamický měnič využívá při přeměně elektrického signálu na akustický působení sil magnetického pole trvalého magnetu a magnetického pole vzniklého kolem vodiče, kterým prochází proud. • Při opačném jevu způsobuje akustický signál pohyb vodiče v magnetickém poli trvalého magnetu, a tím vzniká elektrické napětí úměrné akustickému signálu.

8. Elektroakustické měniče • Elektromagnetický měnič využívá k přeměně elektrického signálu na akustický signál sil, které působí na pohyblivou část magnetického obvodu. • Magnetické pole v obvodu vytváří kromě permanentního magnetu také budící cívka, kterou prochází proměnný elektrický proud. • Při opačném jevu ovlivňuje akustický signál pohyblivou část magnetického obvodu. V cívce se indukuje napětí úměrné akustickému signálu.

9. Elektroakustické měniče • Elektrostatický měnič je v podstatě kondenzátor, jehož pohyblivá elektroda je ovlivňována silou úměrnou změně intenzity elektrického pole. • Při opačné přeměně mění akustický signál kapacitu měniče a tím proud, který jím prochází.

10. Elektroakustické měniče • U piezoelektrického měniče způsobí elektrický signál přivedený na krystaly vhodných materiálů jejich deformaci v rytmu elektrického signálu. • Deformací krystalů akustickým signálem dochází k jevu opačnému a na plochách krystalů vzniká elektrický signál.

11. Elektroakustické měniče • U magnetostrikčního měniče vzniká akustický signál deformací feromagnetické látky magnetickým polem, které vytváří budící vinutí. • U opačné přeměny způsobí akustický signál deformaci měniče a vznik elektrického napětí. • Tento druh měniče se používá u zařízení, které pracují s ultrazvukem.

12. Mikrofony • Mikrofony jsou elektroakustické měniče, které přeměňují akustické signály na signály elektrické. • Mezi jejich důležité parametry citlivost, frekvenční a směrová charakteristika. • Citlivost se udává poměrem napětí na svorkách mikrofonu k akustickému tlaku, který jej způsobil. Závisí na směru dopadu akustického tlaku a na frekvenci.¨

13. Mikrofony • Frekvenční charakteristikaudává závislost citlivosti mikrofonu na frekvenci zvuku. • Rozmezí, ve kterém citlivost nepoklesne o více než 3 dB, se nazývá frekvenční rozsah. • Směrová charakteristika udává závislost citlivosti na směru, ze kterého se šíří zvuková vlna. Její tvar je závislý na druhu mikrofonu a na frekvenci zvuku.

14. Mikrofony • Podle principu přeměny zvukového signálu se rozlišují mikrofony: • Uhlíkové (odporové) – používají se v telefonii • Elektrodynamické – páskové – mají malou citlivost, připojují se pomocí transformátoru s velkým převodem - cívkové – mají asi dvojnásobnou citlivost proti páskovým mikrofonům • Elektrostatické – jsou to v podstatě deskové kondenzátory - elektretové – používají se ve spotřební elektronice • Piezoelektrické – deformuje se piezoelektrický krystal a vzniká střídavé napětí

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

16. Mikrofony • Mikrofony uhlíkové (odporové) mění zvukový signál na základě změny odporu prachové uhlíkové náplně. Konstrukční uspořádání je na obr. 1. • Kruhové kovové pouzdro je zcela naplněno uhlíkovým prachem P a uzavřeno kovovou membránou M. • Zvukové vlny rozechvívají membránu, tím se zrnka uhlíkového prachu stlačují a mění se celkový odpor mikrofonu. • Proud z pomocného stejnosměrného zdroje se potom mění v rytmu zvukových vln. Mikrofon má značnou citlivost, ale také značný vlastní šum. Používá se v telefonii.

17. Mikrofony • Páskový mikrofon (obr. 2) má silný permanentní magnet s pólovými nástavci N. V magnetickém poli mezi pólovými nástavci je pásek P, zhotovený ze zvlněné hliníkové fólie o síle 1 až 2 µm. Pásek plní funkci membrány. • Působením zvukových vln dochází k pohybu pásku v magnetickém poli a tím k indukci malého střídavého napětí. • Citlivost mikrofonu je malá, proto se připojuje pomocí transformátoru s velkým převodem.

18. Mikrofony Obr. 2 Páskový mikrofon N – pólové nástavce permanentního magnetu, P – pásek

19. Mikrofony Obr. 3 Cívkový mikrofon G – magnet, N – pólové nástavce, C – cívka, M – membrána, K - kryt

20. Mikrofony • Cívkový mikrofon má kovovou membránu M pevně spojenou s cívkou C (obr. 3). • Cívka se pohybuje v silném radiálním magnetickém poli permanentního magnetu G.

21. Mikrofony • Elektrostatické mikrofony jsou v podstatě deskové kondenzátory, které mají jednu elektrodu pevnou a druhou je tenká kovová fólie (obr. 4). • Vzdálenost mezi elektrodami je několik desítek µm. Působením zvukového signál dochází k průhybu membrány M, mění se vzdálenost mezi elektrodami E a M, a tím i kapacita mikrofonu. • V sérii s mikrofonem je zapojen rezistor s velkým odporem a zdroj stejnosměrného polarizačního napětí. Při změně kapacity mikrofonu vytvářejí nabíjecí a vybíjecí proudy na rezistoru střídavý úbytek napětí v rytmu zvukových vln. Mikrofony mají značnou citlivost a velmi dobrou frekvenční charakteristiku.

22. Mikrofony Obr. 4 Princip elektrostatického mikrofonu E – pevná elektroda, I – izolace, M – membrána

23. Mikrofony • Elektretové mikrofony jsou speciální elektrostatické mikrofony, které nevyžadují vysoké polarizační napětí. Bývají kombinovány s aktivními prvky, vestavěnými v pouzdru mikrofonu. • Mikrofony piezoelektrické mají krystal z piezoelektrického materiálu, který je při deformaci vlivem zvukových vln zdrojem střídavého napětí. Mikrofony mohou být buď bez membrány (její úlohu přebírá krystal), nebo s membránou, která je mechanicky vhodně spojena s krystalem.

24. Děkuji za pozornost Ing. Ladislav Jančařík

25. Literatura • J. Chlup, L. Keszegh: Elektronika prosilnoproudé obory, SNTL Praha 1989 • M. Bezděk: Elektronika I, KOPP České Budějovice 2002