Электроакустические преобразователи - устройства, преобразующие эл--магн. энергию в энергию упругих волн в среде и обратно.
В зависимости от направления преобразования различают Э.п.: излучатели и приёмники.
Э. п. широко используют для излучения и приёма звука в технике связи и звуковоспроизведения,
для измерения и приёма упругих колебаний в УЗ-технике, гидроакустике и в акустоэлектронике.
Наиб. распространённые Э. п. линейны, т. е. удовлетворяют требованию неискажённой
передачи сигнала, и обратимы, т. е. могут работать и как излучатели, и как приёмники,
и подчиняются взаимности принципу .В большинстве Э. п. имеет место двойное
преобразование энергии: электромеханическое, в результате к-рого часть подводимой
к преобразователю электрич. энергии переходит в энергию колебаний нек-рой механич.
системы, и механоакустическое, при к-ром колебания механич. системы в среде
создают звуковое поле.
Существуют Э. п., не имеющие
механич. колебат. системы и создающие колебания непосредственно в среде, напр.
электроискровой излучатель, возбуждающий интенсивные звуковые колебания в результате
искрового разряда в жидкости, излучатель, действие к-рого основано на электрострикции жидкостей. Эти излучатели необратимы и применяются редко. К особому классу
Э. п. относятся приёмники звука (также необратимые), основанные на изменении
электрич. сопротивления чувствит. элемента под влиянием звукового давления,
напр. угольный микрофон или полупроводниковые приёмники, в к-рых используется
тензорезистивный эффект .Когда Э. п. служит излучателем, на его входе
задаются электрич. напряжение U и ток i, определяющие его колебат.
скорость u и звуковое давление р в создаваемом им поле; на входе
Э. п--приёмника действует давление р или колебат. скорость u, обусловливающие
напряжение V и ток I на его выходе. Теоретич. расчёт Э. п. устанавливает
связь между его входными и выходными параметрами.
Колебат. механич. системами
Э. п. могут быть стержни, пластинки, оболочки разл. формы (полые цилиндры, сферы,
совершающие разл. вида колебания), механич. системы более сложной конфигурации.
Колебат. скорости и деформации, возникающие в системе под воздействием сил,
распределённых по её объёму, могут, в свою очередь, иметь достаточно сложное
распределение. В ряде случаев, однако, в механич. системе можно указать элементы,
колебания к-рых с достаточным приближением характеризуются только кинетич. и
потенц. энергиями и энергией механич. потерь. Эти элементы имеют характер соответственно
массы M, упругости 1/С и активного механич. сопротивления r (т. н. системы с сосредоточенными параметрами). Часто реальную систему
удаётся искусственно свести к эквивалентной ей (в смысле баланса энергий) системе
с сосредоточенными параметрами, определив т. н. эквивалентные массу Мэкв,
упругость 1/Сэкв и сопротивление трению rм. Расчёт механич. систем с сосредоточенными параметрами может быть произведён
методом электромеханич. аналогий. В большинстве случаев при электромеханич.
преобразовании преобладает преобразование в механич. энергию энергии либо электрического,
либо магн. полей (и обратно), соответственно чему обратимые Э.п. могут быть
разбиты на след. группы: э л е к т р о д и н а м и ч е ск и е п р е о б р а
з о в а т е л и, действие к-рых основано на электродинамич. эффекте (излучатели)
и эл--магн. индукции (приёмники), напр. громкоговоритель, микрофон; э л е к
т р о с т а т и ч е с к и е п р е о б р а з о в а т е л и, действие к-рых основано
на изменении силы притяжения обкладок конденсатора при изменении напряжения
на нём и на изменении заряда или напряжения при относит. перемещении обкладок
конденсатора (громкоговорители, микрофоны); пьезоэлектрические преобразователи, основанные на прямом и обратном пьезоэффекте (см. Пъезоэлектрики); э
л е к т р о м а г н и т н ы е п р е о б р а з о в а т е л и, основанные на колебаниях
ферромагн. сердечника в перем. магн. поле и изменении магн. потока при движении
сердечника; м а г
н и т о с т р и к ц и о н н ы е п р е о б р а з о в а т е л и, использующие
прямой и обратный эффект магнитостри-кции.
Свойства Э. п--приёмника характеризуются его чувствительностью в режиме холостого хода gхх= V/р и внутр. сопротивлением Zэл. По виду частотной зависимости V/p различают широкополосные и резонансные приёмники. Работу Э. п--излучателя характеризуют: чувствительность, равная отношению р на определ. расстоянии от него на оси характеристики направленности к U или i; внутр. сопротивление, представляющее собой нагрузку для источника элек-трич. энергии; акустоэлектрич. кпд hак/эл= Wак/ Wэл, где Wак - активная излучаемая акустическая мощность, Wэл - активная электрич. потребляемая мощность, Waк = Zнu20 (u0-колебат. скорость точки центра приведения на излучающей поверхности, Zн- механич. сопротивление акустич. нагрузки, равное сопротивлению излучения Zs, при контакте Э.п. со сплошной средой). Перечисленные параметры зависят от частоты. Величины р и hак/эл достигают макс. значения на частотах механич. резонанса, вследствие чего мощные излучатели делают, как правило, резонансными. Конструкции Э. п. существенно зависят от их назначения и применения и поэтому весьма разнообразны.
Б. С. Аронов, Р. Е.
Пасынков.
|
|
 |
