Електроакустичні перетворювачі
 
а б в г д е ж з и й к л м н о п р с т у ф х ц ч ш щ ъ ы ь э ю я
 

Електроакустичні перетворювачі

Електроакустичні перетворювачі, пристрої, що перетворюють електричну енергію в акустичну (енергію пружних коливань середовища) і назад. Залежно від напряму перетворення розрізняють Е. п.: випромінювачі і приймачі. Е. п. широко використовують для випромінювання і прийому звуку в техніці зв'язку і звуковідтворення, для виміру і прийому пружних коливань в ультразвуковій техніці, гидролокациі і в акустоелектроніці. Найбільш поширені Е. п. лінійні, тобто задовольняють вимозі неспотвореної передачі сигналу, і обратіми, тобто можуть працювати і як випромінювач, і як приймач, і підкоряються принципу взаємності. У більшості Е. п. має місце подвійне перетворення енергії ( мал. ): електромеханічне, в результаті якого частина електричної енергії, що підводиться до перетворювача, переходить в енергію коливань деякої механічної системи, і механоакустічеськоє, при якому за рахунок коливань механічної системи в середовищі створюється звукове поле.

  Існують Е. п., що не мають механічної коливальної системи і створюючі коливання безпосередньо в середовищі, наприклад електроїськрової випромінювач, збуджуючий інтенсивні звукові коливання в результаті електричного розряду в рідини, випромінювач, дія якого заснована на електрострикції рідин. Ці випромінювачі необратіми і застосовуються рідко. До особливого класу Е. п. відносяться приймачі звуку (також необоротні), засновані на зміні електричного опору чутливого елементу під впливом звукового тиску, наприклад вугільний мікрофон або напівпровідникові приймачі, в яких використовується т.з. тензорезістівний ефект залежність опору напівпровідників від механічної напруги. Коли Е. п. служить випромінювачем, на його вході задаються електрична напруга U і струм i, що визначають його коливальну швидкість v і звуковий тиск р в його полі; на вході Е. п. — приймача діє тиск р або коливальна швидкість v, що обумовлюють напругу V і струм I на його виході (на електричній стороні). Теоретичний розрахунок Е. п. передбачає встановлення зв'язку між його вхідними і вихідними параметрами.

  Коливальними механічними системами Е. п. можуть бути стрижні, пластинки, оболонки різної форми (порожнисті циліндри, сфери що здійснюють різного вигляду вагання), механічні системи складнішої конфігурації. Коливальні швидкості і деформації, що виникають в системі під впливом сил, розподілених за її обсягом, можуть, у свою чергу, мати досить складний розподіл. У ряді випадків, проте, в механічній системі можна вказати елементи, коливання яких з достатнім наближенням характеризуються лише кінетичною, потенційною енергіями і енергією механічних втрат. Ці елементи мають характер відповідно маси М-коду, пружності 1/ З і активним механічним опором r (т.з. системи із зосередженими параметрами). Часто реальну систему удається штучно звести до еквівалентної їй (у сенсі балансу енергій) системи із зосередженими параметрами, визначивши т.з. еквівалентні масу М-коду екв , пружність 1/С екв і опір тертю r m . Розрахунок механічних систем із зосередженими параметрами може бути вироблений методом електромеханічних аналогій (див. Електроакустичні і електромеханічні аналогії ) . В більшості випадків при електромеханічному перетворенні переважає перетворення в механічну енергію енергії або електричного, або магнітного поля (і назад), відповідно чому оборотні Е. п. можуть бути розбиті на наступні групи: електродинамічні перетворювачі, дія яких заснована на електродинамічному ефекті (випромінювачі) і електромагнітній індукції (приймачі), наприклад гучномовці, мікрофон; електростатичні, дія яких заснована на зміні сили тяжіння обкладань при зміні напруги і на зміні заряду або напруги при відносному переміщенні обкладань конденсатора (гучномовці, мікрофони); п'єзоелектричні перетворювачі, засновані па прямому і зворотному п'єзоефекті (див. П'єзоелектрика ) ; електромагнітні перетворювачі, засновані на коливаннях феромагнітного якоря в змінному магнітному полі і зміні магнітного потоку при русі якоря; магнітострикційні перетворювачі, що використовують прямий і зворотний ефект магнітострикції .

  Властивості Е. п. — приймача характеризуються його чутливістю в режимі холостого ходу g xx = V/p і внутрішнім опором Z ел . По вигляду частотній залежності V/p розрізняють широкосмугові і резонансні приймачі. Роботу Е. п. — випромінювача характеризують: чутливість, рівна відношенню р на певній відстані від нього на осі характеристики спрямованості до U або i; внутрішній опір, що є навантаженням для джерела електричної енергії; акустоелектрічеський ккд(коефіцієнт корисної дії) h а / ел = W ak /W ел , де W ak активна акустична потужність в навантаженні, W ел активна електрична споживана потужність, W ak = Z н v 0 2 ( v 0 коливальна швидкість точки центру приведення на випромінюючій поверхні, Z н опір акустичного навантаження, рівний опору випромінювання Z s , при контакті Е. п. з суцільним середовищем). Перераховані параметри залежать від частоти. Величини р і h а / ел досягають максимального значення на частотах механічного резонансу, унаслідок чого потужні випромінювачі роблять, як правило, резонансними. Конструкції Е. п. істотно залежать від їх призначення і вживання і тому вельми всілякі.

  Літ.: Фурдуєв Ст Ст, Електроакустика, М. — Л., 1948; Харкевіч А. А., Теорія перетворювачів, М. — Л., 1948; Матаушек І., Ультразвукова техніка, пер.(переведення) з йому.(німецький), М., 1962; Ультразвукові перетворювачі, під ред. Е. Кикучи, пер.(переведення) з англ.(англійський), М., 1972.

  Би. С. Аронов, Р. Е. Пасинків.

Блок-схема електроакустичного перетворювача: 1 — електрична сторона; 2 — механічна коливальна система; 3 — звукове поле; суцільні стрілки — електромеханічне (механоелектрічеськоє) перетворення; пунктирні — механоакустічеськоє (акустомеханічеськоє).