Przetworniki elektroakustyczne (głośnik, mikrofon, słuchawki)
Przetworniki Elektro-akustyczne
Głośnik
Głośnik - przetwornik elektroakustyczny. Urządzenie elektryczne (odbiornik energii elektrycznej) przekształcające sygnał elektryczny w falę akustyczną. Idealny głośnik przekształca zmienne napięcie elektryczne o odpowiedniej częstotliwość na falę akustyczną proporcjonalnie i liniowo. Rzeczywisty zakres częstotliwości, w którym głośnik wytwarza falę ciśnienia proporcjonalnie do napięcia (z dopuszczalnym odchyleniem) nazywa się pasmem przenoszenia głośnika.
Potocznie głośnikiem nazywa się również zespół głośników zamknięty w wspólnej obudowie poprawnie nazywanej kolumną głośnikową.
Podział:
Ze względu na zasadę działania:
• magnetoelektryczne (dynamiczne) - w polu magnetycznym magnesu (rys. magnes) umieszcza się przewodnik (cewkę magnetyczną) (rys. uzwojenie) w którym płynie prąd elektryczny, oddziaływanie magnesu i przewodnika z prądem wywołuje ruch przewodnika, do którego przymocowana jest membrana, by zapewnić ruch cewki w szczelinie magnesu bez ocierania się o magnes, by zapewnić ustawianie się cewki w środku pola magnetycznego oraz ruch membrany cewka wraz membraną jest odpowiednio zawieszona,
• elektromagnetyczne - przepływ prądu wywołuje pole magnetyczne, pole magnetyczne magnesuje ferromagnetyki, które w wyniku tego przyciągają lub odpychają się, przyciąganie wywołuje ruch,
• elektrostatyczne - pole elektryczne wywołuje przyciąganie się płytek (rodzaj kondensatora),
• magnetostrykcyjne - pole magnetyczne wywołuje zmianę wymiarów materiału ferromagnetycznego (zjawisko magnetostrykcyjne), tego typu głośniki stosowane są do otrzymywania ultradźwięków,
• piezoelektryczne - pole elektryczne wywołuje zmianę wymiarów materiału piezoelektrycznego, stosowane w głośnikach wysokotonowych i ultradźwiękowych,
• jonowe (bezmembranowe).
Ze względu na przenoszone pasmo częstotliwości:
• szerokopasmowe
• niskotonowe
• średniotonowe
• wysokotonowe
Oznaczanie głośników
Najważniejszymi parametrami technicznymi głośnika są:
• sposób działania
• pasmo przenoszenia
• wymiary
• maksymalna przenoszona moc sinusoidalna i muzyczna.
• impedancja (opór) cewki głośnika
Głośniki oznacza się kodem literowo-cyfrowym określającym powyższe parametry.
Mikrofon
Mikrofon - przetwornik elektroakustyczny urządzenie umożliwiające przetwarzanie energii akustycznej w energię elektryczną. Wewnątrz mikrofonu dynamicznego (magnetoelektrycznego), pomiędzy biegunami magnesu stałego, znajduje się cewka przymocowana do membrany. Fale dźwiękowe, wprawiając membranę w drgania, powodują poruszanie się cewki w polu magnesu i indukują w niej prąd.
Podział:
Mikrofon dynamiczny zbudowany jest z membrany, do której jest przymocowana cewka – zwoje drutu miedzianego o bardzo małej średnicy. Sama cewka jest umieszczona w magnesie, a raczej w szczelinie wykonanej w materiale ferromagnetycznym (ostatnio popularnym materiałem jest magnes neodymowy, ze względu na właściwości - jest to po prostu silny magnes). Zasada działania opiera się o prawo Faradaya. Otóż fala akustyczna powoduje wibrowanie membrany, a ponieważ do membrany przymocowana jest cewka to i ona wibruje. Prawo Faradaya mówi, że jeżeli przewód porusza się w polu magnetycznym to zaczyna w nim płynąć prąd. A w naszej sytuacji mamy zwoje drutu i pole wytwarzane przez magnes – więc prąd płynący w nim jest proporcjonalny do fali akustycznej, np. głosu mówcy.
Mikrofon pojemnościowy jest także zbudowany z membrany, lecz tym razem membrana stanowi okładzinę kondensatora. Druga okładzina jest na stałe zamocowana. Aby w ogóle mikrofon działał musimy naładować ten kondensator ładunkiem elektrycznym. Fala akustyczna powodująca wibrację membrany powoduje zmiany (cykliczne) odległości między okładzinami, a to z kolei powoduje zmiany pojemności tegoż kondensatora. Zmiany pojemności przy stałym ładunku powodują zmiany napięcia na kondensatorze, a więc znów sygnał elektryczny jest proporcjonalny do fali akustycznej. Pośród mikrofonów pojemnościowych można znaleźć mikrofony elektretowe. Są to takie mikrofony, które fabrycznie są naładowane ładunkiem i nie trzeba ich ładować.
Słuchawki
Słuchawki - przetwornik elektroakustyczny, mający za zadanie przekształcenie sygnału elektrycznego w słyszalną falę dźwiękową podobnie, jak czyni to głośnik od głośnika jednak odróżnia słuchawkę sposób, w jaki jest wykorzystywana: słuchawka służy do indywidualnego odbioru dźwięku, najczęściej umieszcza się ją w bezpośredniej bliskości ludzkiego ucha, a nawet wewnątrz ucha.
Ze względu na użyty przetwornik elektroakustyczny słuchawki dzieli się na:
• magnetoelektryczne (czasem w skrócie nazywane "magnetycznymi"), z membraną z materiału ferromagnetycznego (najczęściej ze stali), której ruch wzbudzany jest przez zmiany pola magnetycznego w nieruchomej cewce znajdującej się w bezpośredniej bliskości membrany
• elektrodynamiczne (albo krótko "dynamiczne"), z membraną papierową lub z tworzywa sztucznego, której ruch wzbudzany jest przez przyklejoną do niej małą cewkę, umieszczoną w silnym stałym polu magnetycznym, poruszającą się wskutek przepływającego przez nią prądu zmiennego;
• elektrostatyczne, z membraną wzbudzaną przez zmiany pola elektrycznego;
• piezoelektryczne ("krystaliczne"), z membraną pobudzaną wskutek zjawiska piezoelektrycznego.
Ze względu na konstrukcję słuchawki odróżnia się:
• słuchawki nauszne (zamknięte), w których cała małżowina uszna zakryta jest wraz ze słuchawką w niewielkiej komorze
• słuchawki otwarte, których używa się poprzez zbliżenie ucha do membrany słuchawki tak, że małżowina ucha pozostaje odsłonięta
• słuchawki półotwarte, o konstrukcji częściowo osłaniającej ucho
• słuchawki douszne, które wsuwa się (częściowo) do wnętrza kanału słuchowego.
Słuchawki bywają czasem - zwłaszcza słuchawki nauszne - mocowane do sprężynującego pałąka, który trzyma je na głowie; czasem do pałąka mocowany jest dodatkowo miniaturowy mikrofon. Często słuchawki używane są parami, na lewe i prawe ucho, co umożliwia odsłuch stereofoniczny.