Заняття гуртка "Радіоелектронне конструювання". Тема: "Електроакустичні пристрої. Мікрофони. Головні телефони. Динамічні голівки прямого випромінювання. Абонентські гучномовці"

Онлайн  заняття №__ в гуртку

«Радіоелектронне конструювання».

«___» _січня_ 2026 р.

Тема: Електроакустичні пристрої. Мікрофони. Головні телефони. Динамічні голівки прямого випромінювання. Абонентські гучномовці.

Навчальна мета. Продовжити вивчення електро- та радіокомпонентів: електроакустичні пристрої; мікрофони; головні телефони; динамічні голівки прямого випромінювання; гучномовці.

І.  Викладення нового матеріалу

1. Електроакустичні прилади.

Електроакустичними називають прилади, що перетворюють енергію електричних коливань в енергію звукових або механічних коливань, і навпаки. Умовні графічні позначення цих приладів побудовані на основі загальних символів, встановлених стандартом для кожного їх виду.

До електроакустичних приладів відносяться мікрофони, дина­мічні головки (гучномовці), акустичні системи, головні телефони, звукознімачі та магнітні головки, приймачі трипрограмні. Умовне позначення електроакустичних приладів в електричних схемах наведено на рис.

а) головки динамічні;

б) головний телефон;

 в) мікрофон;

г) звукознімач

Основу електромагнітних акустичних приладів складає постійний магніт, на полюсних наконечниках якого розміщені одна або дві нерухомі котушки, і сталева мембрана або якір. При проходженні через котушки змінного струму звукової частоти утворюється додаткове магнітне поле, яке в залежності від напрямку струму посилює чи послаблює поле постійного магніту. Результуюче магнітне поле впливає на мембрану або якір, в результаті чого вони коливаються з частотою струму через котушки. Джерелом звукових коливань в телефоні служить сама мембрана, в гучномовці – дифузор, жорстко пов'язаний з якорем.

1.1. Мікрофони.

Мікрофони - це електроакустичні прилади, які призначені для перетворення звукових коливань в електричні. Мікрофони широко використовують в радіозв'язку, радіомов­ленні, телебаченні та апаратурі звукозапису.

Класифікують мікрофони за способом перетворення звукового сигналу в електричний на електродинамічні, електростатистичні, у тому числі електретні, п'єзоелектричні, електромагнітні та вугільні.

Електродинамічний мікрофон складається з постійного магніту круглої форми та розташованої в кільцевому проміжку цього магніту котушки з тонкого дроту, з якою жорстко зв'язана мембрана. Звуко­вий тиск впливає на мембрану, викликає рух котушки у магнітному полі. Це створює у котушці індуктивний струм, коливання якого мають таку ж частоту, що і впливаючі на мембрану звукові коливання. Ці мікрофони називаються котушковими. У деяких моде­лях для поліпшення характеристик звукова котушка замінюється тонкою стрічкою з фольги. Такі динамічні мікрофони називаються стрічковими.

Електростатичні мікрофони являють собою плоский конден­сатор, увімкнений у електричний ланцюг. Його рухома мембрана (одна з пластин конденсатора) коливається під впливом звукових

хвиль, змінюючи ємність конденсатора, і відповідно величину заряду. Зміна заряду утворює змінний струм, який подається на вхід підсилювача радіопристрою.

Якщо нерухому пластину конденсатора виготовити з електрету, то отримаємо різновид конденсаторного мікрофона - електретний мікрофон. Електрети - це особливо оброблені діелектрики, що здатні тривалий час зберігати поляризований стан після зовнішнього впливу, викликаного поляризацією. У мікрофоні електрет є джерелом постійного струму. За електроакустичними показниками електретні мікрофони набагато перевищують електродинамічні.

Конденсаторні та електретні мікрофони мають велику чутли­вість та невеликі розміри, що дозволяє вмонтовувати їх у передні панелі малогабаритних магнітофонів та магнітол.

П'єзоелектричні і п'єзокерамічні мікрофони використовують властивість особливих кристалів - п'єзоелектриків виробляти електрорушійну силу (Е-Р-С.) при механічній деформації. Як п'єзо­електрики часто використовують кристали кварцу, сегнетової солі тощо.

Основні параметри мікрофонів.

Основними параметрами мікрофонів є чутливість, номінальний діапазон частот, характеристики спрямованості.

Чутливість - це відношення величини напруги, що розвиває мікрофон на опір навантаження, до величини звукового тиску, що впливає на діафрагму мікрофона. її виміряють у мВ/Па на частоті 1000 Гц. Чутливість електродинамічних мікрофонів становить від 0,5 до 4 мВ/Па, електретних - 1-Ю мВ/Па. Чим вища чутливість мікрофона, тим слабкіші звукові коливання він може перетворювати у електричні.

Номінальний діапазон частот - це залежність чутливості мікрофона від частоти звукових коливань. Він показує, яку смугу звукових частот мікрофон може перетворювати у електричні коливання. У електродинамічних мікрофонів номінальний діапазон частот може досягати 40-16000 Гц, а конденсаторних - 20-20000 Гц.

Характеристика спрямованості — це залежність чутливості мікрофона від кута падіння на нього звукових коливань. Мікрофони можуть бути односпрямованими і з круговою характеристикою. Перші застосовуються тоді, коли необхідно позбавитися від звукового фону, оточуючого джерело, звучання якого необхідно зафіксувати.

Скорочене позначення мікрофонів складається з літер М}{ (мікрофон динамічний) чи МКЕ (мікрофон конденсаторним електретний) і числа, яке визначає номер розробки.

1.2. Головки динамічні (гучномовці).

Головки динамічні (гучномовці) - електроакустичні пристрої, які призначені для перетворення електричних коливань низької частоти у звукові коливання і випро­мінювати їх у простір

Головки динамічні складаються із звукової котушки, магнітної системи і випромінювального дифузора. Звукова котушка жорстко закріплена на вузький частині дифузора, розміщеного в зазорі магнітної системи.

Принцип роботи електродинамічних головок заснований на взаємодії магнітного поля магнітної системи головок зі змінним електричним струмом, який проходить через звукову котушку. Внаслідок такої взаємодії котушка разом з дифузором коливається. Дифузор коливає повітряне середовище, створюючи звукові хвилі.

Основними параметрами гучномовців є номінальна потужність, частотна характеристика, номінальний діапазон частот, коефіцієнт нелінійних спотворень.

1.3. Головні телефони (навушники).

Головні телефони (навушники) - це електро­акустичні пристрої для перетворення електричних сигналів звукової частоти в акустичні для роботи у безпосередньому контакті з вухом (ДСТУ 2371-9'4)

Головні телефони - це найбільш компактні електроакустичні пристрої. Вони складаються з двох мініатюрних слухавок з роздільними електричними колами. Це акустичний прилад електро­магнітної дії. Мембрана в приладі коливається під дією електро­магніта, по котушці якого проходить змінний струм звукової частоти.

До продажу надходять великоомні (понад 2000 Ом), низькоомні (600 Ом), а також стереофонічні головні телефони. Стереофонічні телефони за принципом дії і одержуваному ефекту можуть розгля­датися як дві широкосмужні динамічні головки прямого випроміню­вання невеликої потужності (0,1 Вт) з діапазоном відтворюваних частот від 20 до 20000 Гц.

Нині розповсюдження набули електростатичні головні телефони, в яких дуже тонка і легка діафрагма рухається під дією створюваних спеціальним пристроєм змінних електростатичних сил при подачі на телефони коливань звукової частоти. Перевага таких телефонів полягає у значно меншому спотворенні звучання, а недолік - у складності пристрою.

1.4. Абонентські гучномовці

Абонентські гучномовці - це електро­ акустичні прилади, які призначені для приймання сигналів низькочастотного каналу мережею провідного мовлення з номінальною напругою 30 В

Абонентські гучномовці мають динамічну головку, узгоджувальний трансформатор (для узгодження опору звукової котушки з опором джерела живлення - трансляційної мережі) і регулятора гучності (змінний резистор), які розташовано у футлярі. З транс­ляційною мережею гучномовець з'єднується за допомогою шнура з вилкою. Випускають одно- і трипрограмні гучномовці.

ІІ.  Узагальнення і закріплення теми, яка вивчається.

Електроакустичні пристрої — це засоби, які перетворюють акустичну енергію на електричну (як-от мікрофони) або навпаки, електричну на акустичну (як-от гучномовці та навушники). Вони є ключовими компонентами в аудіотехніці та телекомунікаціях. 

Мікрофони

Мікрофони – це електроакустичні прилади, призначені для перетворення звукових коливань в електричні сигнали. Вони широко використовуються в телефонії, радіозв'язку, звукозаписі та телебаченні. 

• Принцип роботи: Наприклад, у динамічному мікрофоні звукові хвилі змушують рухатися тонку мембрану з прикріпленою до неї дротяною котушкою в магнітному полі, що індукує електричний струм. 

Головні телефони (Навушники)

Головні телефони (навушники) – це пристрої, що виконують протилежну функцію до мікрофонів: вони перетворюють електричні коливання на звукові. Вони забезпечують індивідуальне прослуховування аудіо. 

• Особливості: На відміну від гучномовців, вони розташовуються безпосередньо біля вуха або всередині вушного каналу, що забезпечує кращу якість звуку та ізоляцію від зовнішнього шуму в деяких моделях. 

Динамічні головки прямого випромінювання (Гучномовці)

Динамічні головки (гучномовці) – це також пристрої для перетворення електричних коливань в звукові. Вони призначені для відтворення звуку вголос, щоб його могли чути кілька людей. 

• Принцип роботи: Найпоширеніший тип використовує магнітний соленоїд (котушку) для руху великого легкого дифузора (конуса), який штовхає повітря, створюючи звукові хвилі.
• Застосування: Використовуються в акустичних системах, телевізорах, комп'ютерах та інших пристроях для відтворення звуку. 

Абонентські гучномовці

Абонентські гучномовці — це різновид гучномовців, призначений для використання в абонентських терміналах, зокрема в телефонних системах та системах оповіщення. 

• Особливості: Вони зазвичай мають меншу потужність та розміри порівняно з великими акустичними системами і оптимізовані для передачі мови.

Запитання  та завдання для перевірки знань, умінь і навичок учнів.

1. Поясніть принцип дії мікрофона.
2. Поясніть конструкцію та принцип роботи з перетворення акустичних коливань у електричні електродинамічного котушкового мікрофона.
3. Поясніть принцип роботи з перетворення акустичних коливань у електричні вугільного, електромагнітного та п‘єзоелектричного мікрофонів.
4. Поясніть принцип дії та конструкцію електродинамічної головки гучномовця.
5. Наведіть конструкції та принципи роботи телефонів.
6. У чому полягає принцип оберненості для електромеханічного перетворювача?

Керівник гуртка    Б.Смичок