Elektronika

Maturitní otázky

MIKROFONY

40.Mikrofony

ELEKTROAKUSTICKÉ MĚNIČE

                Elektroakustické měniče převádějí energii zvukového vlnění na elektrické střídavé proudy a naopak střídavé proudy na akustické vlny. V případě převodu zvukového vlnění na elektrické střídavé proudy nazýváme takový měnič mikrofonem, v případě převodu střídavých proudů na akustické vlny hovoříme o reproduktoru.

                Elektroakustické měniče provádějí žádanou změnu buď přímo – mění např. akustickou energii na elektrickou, nebo nepřímo – např. akustický tlak ovlivňuje velikost elektrického proudu. Přísně vzato, probíhá u všech dosavadních měničů přeměna ve dvou fázích – akustická vlna se přemění na mechanické kmity, které se přemění na elektrický proud, nebo elektrický proud vyvolá mechanické kmity, které se přemění v akustický signál. Ten díl akustického měniče, kde dochází k přeměně akustického signálu na mechanické kmity nebo naopak, se zpravidla nazývá membrána.

Přímé akustické měniče mohou sice pracovat v obou smyslech, avšak konstrukčně jsou uzpůsobeny tak, aby nejlépe vyhovovaly pouze jednomu účelu.

                Obecně se jako měniče používají následující:

                elektrodynamický měnič – jeho činnost je založena na principu vzájemného působení dvou magnetických polí. Jedno je tvořeno permanentním magnetem, druhé je vytvářeno vodičem. Pracuje-li měnič jako vysílač, pak vodičem prochází signální proud, vyvolá v něm magnetické pole a vodič se dá do pohybu. V případě, že je měnič přijímačem, převede se akustický signál na pohyb vodiče, následkem kterého se ve vodiči indukuje napětí.

                elektromagnetický měnič – pracuje na principu elektromagnetu. Pracuje-li měnič jako přijímač, indukuje se v cívce napětí, pracuje-li jako vysílač, využívá síly, která vznikne v kotvě při průchodu proudu závity cívky.

                magnetostrikční měnič – využívá vlastností některých feromagnetických látek deformovat se v magnetickém poli. Síla deformující materiál je přímo úměrná proudu, kterým se budí magnetické pole. Obrácený jev sice existuje, avšak nevyužívá se. Tyto měniče se používají v oblasti ultrazvuku.

                elektrostatický měnič – pracuje na principu deskového kondenzátoru, jehož jedna deska je pohyblivá. Pracuje-li měnič jako přijímač, pak dopadající zvuková vlna mění vzdálenost mezi elektrodami a tím i kapacitu kondenzátoru, pracuje-li jako vysílač, pak přiložené signálové napětí vyvolá změnu směru a velikosti síly, jíž je vychylována pohyblivá deska kondenzátoru.

                piezoelektrický měnič – využívá tzv. piezoelektrický jev, při kterém krystaly některých látek vykazují na svých stěnách elektrický náboj při jejich mechanické deformaci a opačně, pop přiložení náboje se deformují.

                odporový měnič – používá se pouze u mikrofonu, pohyb membrány stlačuje zrnka odporového materiálu a tím jeho odpor mění, měnič mění akustickou energii na elektrickou nepřímo.

                Dělíme-li mikrofony podle způsobu působení akustického pole na membránu, rozeznáváme:

-          mikrofony tlakové – ovládané akustickým tlakem

-          mikrofony pohybové – ovládané akustickou rychlostí

-          mikrofony gradientní – ovládané rozdílem akustických tlaků, čili gradientem

Mezi vlastnosti mikrofonů mimo jiné patří:

-          citlivost – udává poměr výstupního napětí k tlaku na membránu. Je nutné uvést impedanci, kterou byl mikrofon při měření zatížen. Citlivost většinou udáváme v milivoltech na mbar nebo v mV/Pa. Udává se většinou při kmitočtu 1 kHz.

-          amplitudová kmitočtová charakteristika – udává závislost citlivosti na kmitočtu

-          směrová charakteristika – udává závislost citlivosti na směru dopadu zvukové vlny

                Elektrodynamický páskový mikrofon tvoří hliníkový příčně zvlněný pásek pohybující se mezi pólovými nástavci magnetického obvodu. Jeho citlivost je malá a je ho nutno zapojovat přes mikrofonní transformátor.

                Elektrodynamický cívkový mikrofon připomíná obecně známou konstrukci elektrodynamického reproduktoru. Ve vzduchové mezeře je umístěna pohyblivá cívka spojená s membránou.

                Kondenzátorový mikrofon – je tvořen dvěma elektrodami, jedna je pevná, druhá pohyblivá, vzdálenost mezi nimi je nepatrná. Někdy se pohyblivá elektrod navrtává, provrtává, zvětší se tím poddajnost elektrody. Změny kapacity kondenzátoru lze přeměnit na střídavé proudy při napájením stejnosměrným proudem zapojeným s velkým zatěžovacím odporem 50 až 100 MW, pak nabíjecí a vybíjecí proudy vyvolávají střídavé napětí, nebo se zapojují jako jedna větev kapacitního můstku, napájeného vysokofrekvenčním proudem.

Obr. 4. Souměrné uspořádání elektrostatického mikrofonu (1 membrána)