Introducció als transductors de so

En aquest tutorial, aprendrem sobre els transductors de so. Dos transductors de so comuns són els micròfons i els altaveus. Esquema Introducció Què és el so? Què són els transductors de so? a Altaveu Altaveus piezoelèctricsAltaveus electrostàticsIntroduccióEl so és un terme generalitzat donat a les ones acústiques que són un tipus d'ones longitudinals que es propaguen per compressió i descompressió en procés adiabàtic. El rang de freqüències de les ones acústiques està entre 1 Hz i desenes de milers de Hz. En aquest gran rang, l'ésser humà pot escoltar entre 20 Hz i 20 K Hz. Els transductors d'àudio o de so són de dos tipus: sensors d'entrada o de so a transductors elèctrics i actuadors de sortida o transductors elèctrics a so. L'exemple del sensor d'entrada és un micròfon i l'actuador de sortida és un altaveu. Els transductors de so poden detectar i transmetre ones sonores. Si la freqüència de l'ona sonora és molt baixa, s'anomenen infra-so. I si la freqüència de l'ona sonora és molt alta, s'anomenen ultra-so. TORNAR A PUNT Què és el so? El so i la vibració estan interconnectats ja que el so s'associa amb la vibració mecànica. Molts sons són causats per vibracions de sòlids o gasos. Segons ANSI, el so es defineix com "oscil·lació en pressió, tensió, etc., propagada en un medi amb forces internes o superposició d'aquesta oscil·lació propagada". L'ona sonora és la forma d'ona causada per una vibració. Aquesta forma d'ona fa que s'estableixi una vibració idèntica en qualsevol material afectat per l'ona sonora. Per transmetre les ones sonores es necessita un medi que pugui vibrar. Un objecte o material que vibra comprimeix les molècules d'aire circumdants i les enrareix. No hi ha transmissió d'ones sonores a través del buit. Quan el so es transmet, té tres paràmetres d'ona importants: velocitat o velocitat, longitud d'ona i freqüència. Aquestes característiques són similars a les d'una forma d'ona elèctrica. La freqüència i la forma d'ona del so estan determinades per l'origen del so o la freqüència i la forma d'ona de la vibració que provoca el so. La velocitat i la longitud d'ona del so depenen del medi que transmet les ones sonores. La relació entre els tres paràmetres velocitat, longitud d'ona i freqüència es mostra a continuació. Freqüència (f) = Velocitat (m/s) / Longitud d'ona (λ)Les unitats de freqüència són Hertz (Hz). Enllaç de recursos d'imatge: electronics-tutorials.ws /io/io46.gifLa velocitat del so en un material determinat depèn de la densitat i elasticitat del material. Per tant, la velocitat del so és més alta en sòlids i baixa en gasos d'alta pressió. La mesura objectiva de les ones sonores fa servir la intensitat de la superfície receptora mesurada com el nombre de watts d'energia sonora per metre quadrat. L'oïda té una resposta no lineal i la sensibilitat varia amb la freqüència del so. El rang de freqüències sobre el qual el so pot ser detectat per l'oïda humana és d'entre 20 Hz i 20 kHz. La resposta de l'oïda és màxima en la regió de 2 kHz.Tornar a dalt Què són els transductors de so? Un transductor de so és un dispositiu que pot convertir senyals de so en senyals elèctrics o senyals elèctrics en senyals de so. En el primer cas, s'anomenen transductors de so d'entrada i un micròfon és un exemple per a aquest cas. En el segon cas, s'anomenen transductors de so de sortida i un altaveu és un exemple. Micròfon (transductor de so d'entrada) El transductor d'àudio o so a energia elèctrica és el micròfon o simplement s'anomena micròfon. Un micròfon produeix senyals elèctrics analògics que són proporcionals a les ones sonores que actuen sobre el seu diafragma. Els micròfons es classifiquen segons el tipus de transductor elèctric que utilitzen. A més del transductor, el micròfon utilitza filtres i passatges acústics la forma i la dimensió dels quals modifiquen la resposta del sistema global. Les característiques d'un micròfon són tant elèctriques com acústiques. La sensibilitat d'un micròfon s'expressa com a mV de sortida elèctrica per unitat d'intensitat de l'ona sonora. La impedància del micròfon té una importància considerable. Un micròfon amb alta impedància té una sortida elèctrica alta mentre que el de baixa impedància s'associa a una sortida baixa. L'alta impedància fa que el micròfon sigui susceptible a la captació del zumbit. La direccionalitat del micròfon també és un factor important. Si el micròfon s'utilitza per detectar la pressió de les ones sonores, llavors és omnidireccional, és a dir capta el so que arriba des de qualsevol direcció. Un micròfon és direccional si respon a la velocitat i la direcció de l'ona sonora. El tipus de transductor de so no determina necessàriament el principi de funcionament com a pressió o velocitat, però la construcció del micròfon és el factor més important. Alguns dels més importants. Els tipus habituals de micròfons són: micròfon de carboni, micròfon de ferro mòbil, micròfon de bobina mòbil, micròfon de cinta, micròfon piezoelèctric i micròfon de condensador electret. TORNA A LA PRINCIPAL Micròfon de carboniEl micròfon de carboni va ser el primer tipus de micròfon que es va desenvolupar per utilitzar-lo en telèfons. Ara es substitueixen per micròfons de condensador electret. El micròfon de carboni utilitza grànuls de carboni subjectats entre un diafragma i una placa posterior. Quan els grànuls es comprimeixen, la resistència entre el diafragma i la placa posterior disminueix considerablement. Les vibracions del diafragma, que són el resultat de l'ona sonora que hi incideix, es poden convertir en variacions de resistència dels grànuls. El micròfon requereix una font d'alimentació externa, ja que no genera voltatge. El principal i únic avantatge del micròfon de carboni és que produeix una sortida enorme segons els estàndards del micròfon. Els desavantatges inclouen una poca linealitat, una estructura deficient que provoca múltiples ressonàncies a l'àudio. rang i alt nivell de soroll, ja que la resistència dels grànuls s'altera fins i tot en absència de so. TORNA A LA PRINCIPAL Micròfon de ferro mòbil Els micròfons de ferro mòbil també s'anomenen micròfons de reluctància variable. El micròfon de ferro en moviment utilitza un imant potent. El circuit magnètic conté una armadura feta de ferro tou, que al seu torn està connectada a un diafragma. A mesura que l'induït es mou, la reluctància magnètica del circuit s'altera i això al seu torn canvia el flux magnètic total del circuit. El circuit magnètic d'aquest tipus de micròfon fa que l'instrument sigui més pesat. TORNA A LA PRINCIPAL Micròfon de bobina mòbil o micròfon dinàmic Els micròfons de bobina mòbil (dinàmics) utilitzen un circuit magnètic de flux constant. En aquest circuit, la sortida elèctrica es genera movent una bobina de filferro en el circuit que està connectada a un diafragma. Tota aquesta disposició està en forma de càpsula, cosa que fa que aquest sigui un micròfon accionat per pressió en lloc d'accionar per velocitat. La bobina es mou en resposta al moviment del diafragma a mesura que les ones sonores toquen el diafragma. Aplicant la llei de Faraday d'inducció electromagnètica, s'indueix una tensió a la bobina a causa del moviment de la bobina en el camp magnètic. La sortida màxima es produeix quan la bobina arriba a la velocitat màxima entre els pics de l'ona sonora, de manera que la sortida està desfasada 900 amb el so. A continuació es mostra la vista interna d'un micròfon dinàmic. El rang de moviment de la bobina és molt petit, ja que la mida de la bobina és petita. Per tant, la linealitat dels micròfons de tipus bobina mòbil és excel·lent. A causa de la baixa impedància de la bobina, la sortida és considerablement baixa i, per tant, es requereix una amplificació del senyal. La inductància de la bobina en els micròfons de bobina mòbil és menor i, per tant, són menys susceptibles a la captació del zumbit de la xarxa elèctrica. La construcció d'un micròfon de bobina mòbil s'assembla a la d'un altaveu al revés. TORNA AL PRINCIPAL Micròfon de cintaEl principi de funcionament d'un micròfon de cinta es deriva del micròfon de bobina mòbil i el canvi és que la bobina s'ha reduït a una tira de cinta conductora. El senyal es pren dels extrems de la cinta. S'utilitza un camp magnètic intens perquè el moviment de la cinta talla a través del màxim flux magnètic possible. Això genera una sortida amb el seu valor màxim a 900 desfasament de l'ona sonora. A continuació es mostra la vista interna del micròfon de cinta. El micròfon de cinta és un micròfon que funciona amb velocitat. Els micròfons de cinta s'utilitzen en situacions en què la resposta direccional és important. La principal aplicació d'aquest tipus de micròfons és en comentaris de veu en entorns sorollosos. La linealitat dels micròfons de cinta és molt bona i la seva construcció el converteix inevitablement en un dispositiu de baixa sortida. Per augmentar el nivell de tensió i el nivell d'impedància, els micròfons de cinta solen estar equipats amb transformador. Els micròfons de cinta de bona qualitat són articles cars. Les qualitats direccionals d'aquest micròfon són adequades per a la transmissió estèreo. TORNA AL PRINCIPAL Micròfon piezoelèctricL'avantatge del micròfon piezoelèctric respecte a altres tipus de micròfons és que no es limita a utilitzar-lo a l'aire, sinó que es pot unir a un sòlid i també submergit en un líquid no conductor. . Els transductors piezoelèctrics es poden utilitzar a freqüències d'ultrasons i alguns s'utilitzen a la regió d'alt MHz. Els transductors piezoelèctrics consisteixen en material cristal·lí. Quan el cristall és tensat per ones sonores, els ions del cristall es desplacen de manera asimètrica. Originalment, el cristall de sal de Rochelle s'utilitza com a material cristal·lí en micròfons piezoelèctrics i aquest cristall s'acobla a un diafragma. La tensió i la impedància de sortida són altes, però la linealitat és deficient. Avui dia, els cristalls sintètics s'utilitzen sobre els cristalls naturals. El titanat de bari és el cristall sintètic que s'utilitza per a freqüències de fins a centenars de KHz. A continuació es mostra la figura del micròfon piezoelèctric. TORNA A LA PRINCIPAL Micròfon condensadorEl micròfon condensador consta de dues superfícies: una és un diafragma conductor i l'altra és una placa posterior i la càrrega elèctrica entre el es fixen dues superfícies. Quan l'ona sonora colpeja el diafragma, les vibracions provoquen una variació de la capacitat. A mesura que la càrrega es fixa, la variació de la capacitat provoca una ona de tensió. La sortida depèn de l'espai entre les plaques. La sortida és més gran per a una amplitud de so determinada quan l'espai entre les superfícies és menor. A continuació es mostra l'estructura d'un micròfon de condensador. El micròfon de condensador és un dispositiu que funciona amb pressió. Per tal de proporcionar la càrrega fixa, es necessita un subministrament de tensió. Aquesta tensió s'anomena tensió de polarització. Els micròfons de condensador proporcionen linealitat en el funcionament i també proporcionen molt bons senyals d'àudio. Per evitar la polarització del voltatge, s'utilitza un electret. Un electret és un material aïllant amb càrrega permanent. És l'equivalent electrostàtic d'un imant. En els micròfons de condensador electret, una de les plaques del condensador és una llosa d'electret i l'altra és un diafragma. Com que l'electret proporciona una càrrega fixa, no hi ha necessitat de subministrament de tensió. TORNA A LA PRINCIPAL Altaveu (transductor de so de sortida)L'ús del micròfon és poc a menys que hi hagi un transductor de direcció oposada. Els transductors com els altaveus, els timbres i les botzines són actuadors de so de sortida que poden produir so a partir d'un senyal elèctric d'entrada. La funció d'un actuador de so és convertir els senyals elèctrics en ones sonores amb una gran semblança amb el senyal d'entrada original d'un micròfon. Els auriculars són un dels transductors de so de sortida més senzills que s'han utilitzat molt abans que els micròfons. Els auriculars es van utilitzar amb una màquina Morse Key en telègrafs elèctrics. Després del desenvolupament dels micròfons, la combinació de transductors de so d'entrada i sortida condueix a nombrosos invents, inclòs el telèfon. La tasca d'un auricular és senzilla i, com es col·loca a prop de l'orella, els requisits d'energia també són molt menors, generalment de l'ordre d'uns pocs mil·liwatts. Com que la sortida requerida és menor, els auriculars fan servir un petit diafragma. Un altaveu, a diferència dels auriculars, no es pressiona contra l'orella, sinó que les ones sonores es llancen a l'espai. Per tant, la construcció, el principi i els requisits de potència d'un altaveu són una mica diferents. Els altaveus estan disponibles en una varietat de mides, formes i rangs de freqüència. El transductor d'un sistema d'altaveus s'anomena unitat de pressió, ja que transforma senyals elèctrics complexos en pressió d'aire. Per aconseguir-ho, una unitat d'altaveu consta d'una unitat motora que transforma les ones elèctriques d'entrada en vibracions i un diafragma que mou l'aire suficient per fer audible l'efecte de vibració. Per a cada tipus de micròfon hi ha un altaveu corresponent. Alguns dels tipus d'altaveus habituals són: ferro mòbil, bobina mòbil, piezoelèctrics, isodinàmics i electrostàtics. TORNA A LA PRINCIPAL Altaveu de bobina mòbil o altaveu dinàmic El principi de bobina mòbil s'utilitza en la majoria d'altaveus i auriculars. Els altaveus de bobina mòbil també s'anomenen altaveus dinàmics. El principi de funcionament d'un altaveu de bobina mòbil és exactament el contrari al d'un micròfon de bobina mòbil. Consisteix en una bobina de fil fi anomenada bobina de veu que està suspesa en un camp magnètic molt fort. Aquesta bobina està connectada a un diafragma com el paper o el con de Mylar. A continuació es mostra l'estructura interna d'un altaveu de bobina mòbil. Quan el senyal elèctric d'entrada passa a través de la bobina, es produeix un camp electromagnètic. La força d'aquest camp ve determinada pel corrent que circula per la bobina. La configuració de control de volum de l'amplificador del controlador determina el corrent que flueix per la bobina de veu. El camp magnètic produït per l'imant permanent s'oposa a la força electromagnètica que és produïda pel camp electromagnètic. Això fa que la bobina es mogui en una direcció o l'altra determinada per les interaccions entre els pols nord i sud. El diafragma, que està unit a la bobina, es mou en tàndem amb la bobina i això provoca una pertorbació a l'aire que l'envolta. Aquestes pertorbacions produeixen un so. La sonoritat del so ve determinada per la velocitat a la qual es mou el con o el diafragma. TORNA A L'APART Conducció d'un altaveu El rang de freqüències que l'oïda humana pot escoltar és d'entre 20 Hz i 20 KHz. Els altaveus, auriculars, auriculars i altres transductors d'àudio moderns estan dissenyats per funcionar en aquest rang de freqüències. No obstant això, per als sistemes d'àudio d'alta fidelitat (Hi-Fi), la resposta del so es divideix en subfreqüències més petites. Això millora l'eficiència general i la qualitat del so de l'altaveu. Les unitats de baixa freqüència s'anomenen woofers i les d'alta freqüència s'anomenen tweeters. Les unitats per a freqüències de rang mitjà s'anomenen simplement unitats de rang mitjà. Els rangs de freqüència generalitzats i la seva terminologia s'esmenten a continuació. Sub - woofer - 10 Hz a 100 HzBass — 20 Hz a 3 kHzMid – rang — 1 kHz a 10 kHzTweeter — 3 kHz a 30 kHzEn els sistemes d'hi-fi de múltiples altaveus, hi ha altaveus de woofer, de gamma mitjana i tweeter separats amb una xarxa crossover activa o passiva per dividir i reproduir amb precisió el senyal d'àudio per tots els sub-altaveus. A continuació es mostra un circuit senzill per conduir un altaveu. El transistor es troba en la configuració de seguidor de l'emissor. El senyal PWM d'un microcontrolador proporciona un senyal de CA a la base del transistor. La configuració del seguidor de l'emissor dóna el senyal de CA a l'altaveu mitjançant l'amplificació del corrent. El díode actua com a filtre. A continuació es mostra un disseny de diversos altaveus. Hi ha tres tipus de controladors: controlador de woofer, controlador de gamma mitjana i controlador de tweeter. A continuació es mostra un circuit amplificador d'àudio senzill. Segons el circuit de filtre utilitzat, l'amplificador es pot utilitzar per conduir un altaveu de graves o un altaveu de gamma mitjana o un altaveu d'aigus. A continuació s'esmenten alguns dels altres tipus de transductors de sortida. Els tweeters es fabriquen utilitzant el principi piezoelèctric. Els diafragmes estan fets de làmines de plàstic piezoelèctrics. Quan s'aplica una tensió entre les cares del diafragma, aquest es contrau i s'expandeix segons el senyal. En donar forma al diafragma com a part de la superfície d'una esfera, la contracció i l'expansió es poden convertir en moviment que mourà l'aire. TORNAR A L'iniciAltaveus electrostàticsEls altaveus electrostàtics consisteixen en un diafragma conductor situat entre dues plaques conductores de l'electricitat. Les plaques conductores tenen càrrega positiva i negativa respectivament. Quan es connecta un senyal d'àudio, el diafragma canvia entre càrrega positiva i negativa. El diafragma és arrossegat cap a la placa de càrrega oposada en funció de la seva càrrega.

Deixa un missatge 

Llista de missatges