Акустическим преобразователем,преобразующим электрическую энергию в звуковую является телефон.
По принципу преобразования электрической энергии телефоны могут быть:
-электромагнитные;
-электродинамические;
-пьезоэлектрические.
Но в телефонных аппаратах общего пользования наиболее широкое применение получили электромагнитные телефоны, отличающиеся простотой конструкции, высокими акустическими данными и устойчивостью в работе.
Все электромагнитные телефоны по устройству магнитной системы могут быть разделены на две основные группы:
1.телефоны с простой магнитной системой;
2.телефоны с дифференцированной магнитной системой.
Устройство и принцип действия телефона с простой магнитной системой.
-постоянный магнит(ПМ);
-катушки с сердечниками (полюсные надставки (ПН));
-металлическая мембрана(М);
-обмотки.
Принцип действия основан на взаимодействии 2-х магнитных потоков:создающего постоянным магнитом Ф0≈Ф=≈ФCONST и переменным магнитным потоком Ф~-созданного при протекании по обмоткам переменного тока.
Под действием постоянного магнита мембрана (не закреплена) в исходном положении находится в притянутом состоянии и имеет изгиб δ.
Когда направление переменного магнитного потока Ф~ совпадает с направлением Ф0,то результирующий магнитный поток воздействующий на мембрану увеличивается и мембрана сильнее притягивается к полюсным надставкам.
При встречном направлении магнитных потоков, сила притяжения мембраны уменьшается и мембрана, под воздействием силы упругости, отходит от полюсных надставок, следовательно, мембрана совершает колебательные движения.
Если в обмотки телефона подавать разговорный ток, то колебания мембраны будут воспроизводить передаваемую речь, т.к создаваемые колебания воздуха воспринимаются ухом человека,как звук.
Сила,воздействующая на мембрану,обусловлена суммой магнитных потоков и определяется по формуле:
F=K(Ф0+Ф~)2 ,где
К - коэффициент, зависящий от конструкции магнитной системы телефона;
Ф~=Фм· sin ωt
Фм - амплитуда переменного магнитного потока.
Назначение постоянного магнита: наличие постоянного магнита позволяет увеличить чувствительность телефона и создать условие, при котором частота воспроизводимого звукового сигнала совпадает с частотой принимаемого разговорного тока.
Если Ф0=0,то частота колебания мембраны будет в 2 раза выше,чем частота подаваемого разговорного сигнала. При этом, ток передаваемой речи повышается на одну октаву и передача сообщения будет происходить с большими искажениями.
При наличии Ф0 частота колебаний воспроизводимого сигнала совпадает с частотой подаваемого разговорного тона. Величина Ф0 должна быть оптимальной,т.к. увеличение Ф0 приводит к ухудшению условия приема (вследствии насыщения магнитной системы).
Назначение полюсных надставок: делает невозможным насыщение магнитной системы,т.к выполнен из материала,обладающего малой остаточной магнитной индукцией.Их сечение рассчитано так, чтоб это не произошло, да и отодвигают мембрану от постоянного магнита.
Устройство и принцип действия телефонов с дифференциальной системой.
При прохождении через катушку переменного тока возникающий магнитный поток взаимодействует с потоком постоянного магнита.В один полупериод происходит сложение Ф0 и Ф~ через верхний полюсной наконечник и Я и М смещаются вверх;во второй полупериод усиливается поток через нижний ПН и Я перемещается вниз.
Преимущества:
-чувствительность значительно выше;
-не вносит нелинейных искажений.
Недостатки:
- сложны по конструкции;
-более дорогие;
-используют там, где высокие шумы: корабль, шахта - это капсюли ДЭМК-7.
Частотная характеристика чувствительности телефона.
Чувствительностью телефона называют отношение волны звукового давления,развиваемого испытуемым телефоном,к волне переменного напряжения на его зажимах:
ST=P/U (Н/м2·В) (Па/В)
Зависимость SТ от звуковой частоты называется частотной характеристикой телефона.
Чувствительность телефона не является величиной постоянной,а зависит от частоты.Неравномерность характеристики объясняется резонансными свойствами М и той акустической нагрузки,на которой работает телефон:
1.собственная частота колебаний М совпадает с частотой звукового колебания(собственная частота зависит от размеров,толщины,упругости самой мембраны)
2.частота колебаний воздушных объемов заключается между мембраной и ухом, может совпадать с определенной частотой разговорного сигнала и возникает резонансное явление.
Электромагнитный телефон является обратимым устройством (разобраться самостоятельно).