Рис. 18.Громкоговорители:
а - внешний вид;б - вид в разрезе (1 - диффузородержатель; 2 - подвес; 3 - диффузор; 4 - пылезащитный колпачок; 5 - звуковая катушка: 6 - гибкие выводы; 7 - магнит; 8 - центрирующая шайба); в - УГО; г - компонент EWB
Катушка, располагаемая в кольцевом зазоре магнита, и жестко связанная с ней диафрагма вместе с магнитной системой образуют так называемую головку громкоговорителя. Взаимодействие тока с магнитным полем вызывает механические колебания диафрагмы, сопровождающиеся излучением звуковых волн либо непосредственно (громкоговорители прямого излучения), либо через рупор (в рупорных громкоговорителях). Качество звучания существенно зависит от типа корпуса, в который помещают громкоговоритель.
Характерные значения сопротивления звуковой катушки электродинамических громкоговорителей составляют 4 и 8 Ом. Типичные значения полной электрической мощности лежат в пределах 0,05…100 ВА. Узкополосные громкоговорители обеспечивают воспроизведение в сравнительно узком интервале частот: сабвуфер (сверхнизкочастотный громкоговоритель) - 20…120 Гц; вуфер (низкочастотный громкоговоритель) - 150…250 Гц; мидрендж (среднечастотный громкоговоритель) - 250…2000 Гц; твитер (высокочастотный громкоговоритель) - 3,5 кГц и выше. Широкополосные громкоговорители обеспечивают работу в большом интервале частот, например 40…15 000 Гц.
В пьезокерамических источниках звука используется "обратный пьезоэффект" - механическая деформация пьезоэлектриков (кварц, сегнетова соль, пьезокерамика) в электрическом поле. Очевидно, первой технической конструкцией подобного излучателя следует считать кварцевый излучатель Шиловского-Ланжевена, изобретенный 1916 г. и использованный в гидролокации.
Современные пьезокерамические излучатели звука выполняют двух- и трехэлектродными. В двухэлектродных излучателях пьезокварцевая пластинка, имеющая металлизированное покрытие с двух сторон, одной из них прикрепляется к металлической диафрагме.
Переменное напряжение, подводимое к диафрагме и другой стороне токопроводящего покрытия на пластинке, вызывает переменные деформации системы, приводящие к излучению звука в окружающую среду. Трехэлектродные устройства имеют дополнительный электрод типа язычка, доходящего до центра пластинки. Сигнал, снимаемый с этого электрода, находится в противофазе с основным возбуждающим сигналом, подаваемым на основные электроды и используется для обратной связи в системе управления. Подобные устройства используют как высокочастотные громкоговорители и излучатели ультразвука (рис. 19).
Рис. 19.Пьезоизлучатель МастерКИТ AK076:
а - внешний вид; б - модельный пьезокварц в EWB
В конце прошлого века британское министерство обороны объявило о разработках результатов исследований звукоизоляции в кабинах военных самолетов активными шумоподавителями в виде плоского панельного громкоговорителя системы NXT(New Transducer Technology - новые технологии преобразования). NXT - это технология плоских панелей, при которой ее возбуждение осуществляется из одной точки с помощью электродинамических, пьезоэлектрических или других возбудителей. Материалом панели могут служить картон, пластмасса, композиты из углеродного волокна и т. д. Основная идея заключается в получении максимально случайного характера движения любых двух соседних точек поверхности панели относительно друг друга.
В отличие от обычных многополосных громкоговорителей, для воспроизведения всего звукового диапазона используется одна панель NXT, возбуждаемая при помощи одного-единственного преобразователя. При площади 0,6 кв. м нижняя граничная частота составляет 100 Гц, а верхняя - 18 кГц, отклонения частотной характеристики при этом сравнимы с обычными громкоговорителями.
При увеличении площади до 1,5 м низкочастотная граница уменьшается до 60 Гц. Панели NXT могут работать при размерах от 25 см до 100 м. Самые маленькие могут быть использованы в системах мультимедиа совместно с ноутбуком (в том числе в сопряжении с "антибликовым" экраном), а самые большие - в кинотеатрах, служа одновременно экраном. В автомобильной акустике подобные устройства могут быть выполнены в виде полки под задним стеклом или фрагмента дверной обшивки, а в помещениях - имитировать его архитектурные фрагменты. При воспроизведении Hi-Fi к относительным недостаткам NXT можно отнести некоторое ограничение полосы низких частот, а также утрату точной локализации.
Существует большое количество самых разнообразных телефонов (наушников, головных телефонов), отличающихся как по принципу действия, так и по конструктивному оформлению. Наиболее распространены электромагнитные телефоны, которые берут свое начало от телефона Белла. Их принцип действия заключается в следующем. На постоянный магнитный поток системы, состоящей из постоянного магнита и магнитопровода (полюсных наконечников), накладывается переменный поток звуковой частоты, создаваемый надетыми на магнитопровод катушками, к которым подводится напряжение звуковой частоты. Перед полюсными наконечниками находится ферромагнитная диафрагма (мембрана). Под воздействием постоянного и переменного магнитных потоков, пронизывающих диафрагму, мембрана колеблется в такт с переменным магнитным потоком и излучает звук.
Для прослушивания радиопередач, звукового сопровождения телепередач и звукозаписи применяются стереофонические телефоны в основном электродинамического типа (рис. 20).
В корпусе находится малый электродинамический громкоговоритель с диффузором или полусферической диафрагмой. Пространство между ним и корпусом заполнено звукопоглощающим материалом (поролон). Перед громкоговорителем находится перфорированная решетка.
Специальные типы телефонов могут обеспечить также и квадрофонические эффекты восприятия звука.
Рис. 20. Головные телефоны:
а - внешний вид; б - УГО наушника
Электромеханические компоненты
Несмотря на интенсивное развитие электроники как таковой, практически любое электронное устройство имеет в своем составе те или иные электромеханические компоненты. Это связано с рядом обстоятельств. Отдельные внутренние функции ряда систем проще выполняются подобными устройствами. Кроме того, человеку как оператору присуще управление системами посредством механических движений, и замещение "механики на электронику" из этих сфер происходит весьма медленно (например, введение "голосового управления"). Наконец там, где ряд входных или выходных функций устройств являются по своей природе механическими (датчики, привод и т. п.) - подобная электромеханика только совершенствуется, а не исчезает.
Коммутационные компоненты
К коммутационным относятся устройства, скачкообразно изменяющие значения своих параметров при определенном воздействии. Примером может служить обычный выключатель лампы бытового освещения, кнопки вызова лифта и т. п.
Различают устройства, в которых усилие оператора направлено перпендикулярно панели, на которой оно размещено (нажимные микропереключатели и кнопки), и параллельно панели (тумблеры, движковые и клавишные переключатели). Распространены также устройства, управляемые вращением. К ним относятся переключатели: поворотные, пакетные, галетные, щеточные, роторные и т. п.
В технических характеристиках учитывают: габариты и способ крепления: количество и тип контактов; усилие привода; диапазон коммутируемых токов и напряжений; допустимое число коммутаций.
В радиолюбительских конструкциях, да и профессиональной аппаратуре широко используются различные переключатели (рис. 21).