ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Электромеханические преобразователи Классификация преобразователей из "Электроакустика " При расчете механических систем электроакустических аппаратов удобнее пользоваться эквивалентными электрическими схемами с сосредоточенными параметрами, чем схемами с распределенными параметрами. Процесс расчета и результат его оказываются тогда много проще и нагляднее. В действительности, конструктивные элементы аппарата не являются в точности сосредоточенными . Например, в качестве гибкого пружинящего элемента часто используют стержень (балочку), зажатый одним концом. Детальное рассмотрение колебаний изгиба стержня показывает, что такая балочка имеет бесконечный ряд собственных частот. [c.38] В зависимости от соотношения частоты возбуждающей силы и частот резонансов она может оказывать либо гибкое, либо инерци-альное сопротивление. Это справедливо и для конструктивных элементов, выполняемых в виде стержней, работающих на сжатие— растяжение, поперечно колеблющихся мембран, пластин, цилиндрических оболочек. [c.38] Любой электроакустический аппарат рассчитывается для работы в некотором заданном диапазоне частот. Отсюда вытекает требование полного или приближенного (с заданной погрешностью) совпадения характеристик эквивалентной схемы с сосредоточенными параметрами с характеристиками реальной конструкции в рабочем диапазоне частот. Большое число собственных частот каждого элемента в рабочем диапазоне ведет к чрезмерному усложнению частотных характеристик аппарата и затрудняет управление ими путем подбора конструктивных размеров. Поэтому, как правило, стремятся конструкцию аппарата выбрать такой, чтобы отдельные ее элементы обладали не более чем одной собственной частотой в рабочем диапазоне или недалеко за его пределами. Тогда каждый элемент можно рассматривать как простейшую колебательную систему с одной эквивалентной массой, одной эквивалентной гибкостью и, если это необходимо по условиям расчета, одним эквивалентом активного механического сопротивления. [c.39] В случаях, когда такое упрощение не удается сделать, элемент системы либо вводят в эквивалентную схему без упрощений, либо во внимание принимают несколько его резонансов, которые неизбежно попадают в рабочий диапазон частот. [c.39] Рассмотрим условия эквивалентности, которые необходимо соблюсти при замене конструктивных элементов системой с одной степенью свободы. Интерес представляют два случая 1) собственная частота элемента лежит на верхнем краю частотного диапазона или выше его 2) собственная частота элемента лежит в середине рабочего диапазона. Третий случай — низкая собственная частота — сводится к первым двум путем замены одного элемента двумя одним гибким и одним массивным, собственные частоты которых лежат выше рабочего диапазона или в середине его. [c.39] При таком выборе эквивалентов скорость колебаний точки приложения силы в эквивалентной системе будет совпадать со скоростью колебаний точки приложения силы к конструктивному элементу, который заменяется эквивалентными сосредоточенными параметрами, при (о- 0. [c.40] В ряде случаев на конструктивный элемент аппарата действует не сосредоточенная сила, а равномерно распределенное колебательное давление со стороны акустической системы. Например, при работе телефона или микрофона на мембрану действует звуковое давление. [c.40] Определив из выражения (2.19), можно найти по ф-лам (2.17) и (2.18) элементы Сэ и Шэ. [c.40] По ф-ле (2.21) рассчитывают конструктивный элемент, работающий около резонанса сил, при котором 3 (0)1) =0. Если область работы аппарата лежит вблизи резонанса скоростей конструктивного элемента, то 3 (а)1)- оо, и для расчетов надо пользоваться сравнением обратных величин, так называемых податливостей з реальной и эквивалентной систем элемента. В этом случае условие эквивалентности имеет вид ( - ) =( -1 ) при со = со1. [c.41] Рассмотрим подробно процедуру нахождения Шэ и Сэ для конструктивного элемента в виде консольной балочки (стержня, зажатого одним концом), к свободному концу которой приложена сила. Движение свободного конца входит в расчет аппарата. [c.42] консольную балочку вплоть до первой резонансной частоты (и даже несколько выше) можно заменить простой колебательной системой с массой, составляющей 0,243 от массы балочки, и гибкостью g=l l(3EJ). Величина Сд соответствует статическому прогибу балочки тех же размеров под действием единичной силы — это статическая гибкость балочки. [c.42] Как видно, эквиваленты Шд и Сэ для области около первого резонанса очень мало отличаются от низкочастотных , определяемых по ф-лам (2.28) и (2.29). [c.43] В табл. 2.1 приведены некоторые важнейшие формулы для расчета эквивалентных постоянных по отношению к сосредоточенным силам, для резонансов сил и скоростей в области низких частот и резонансов. [c.43] Примечание. В случае 2 элемент в виде свободного стержня движется на низких частота одной по луволне. [c.46] Для элементов, нечетные резонансы которых допускают замену постоянными эквивалентными сосредоточенными параметрами, значения и Сэ также приведены в табл. 2.1. [c.47] Вся современная техническая акустика основывается на процессах преобразования энергии электрических колебаний в энергию звуковых или механических колебаний и обратно. Устройства, при помощи которых производят такие преобразования, называются электроакустическими и электромеханическими преобразователями. [c.48] В общем случае электромеханическими преобразователями называют не только устройства, действительно преобразующие подведенную к ним энергию электрических колебаний в механическую, но и такие, которые лишь управляют потоком энергии какого-либо источника, превращая этот поток энергии в колебательный. В соответствии с этим электромеханические преобразователи можно разделить па 1) собственно преобразователи колебательной энергии и 2) вентильные или релейные электромеханические аппараты. Вентильные электроакустические преобразователи называют также необратимыми, поскольку, например, вентильный приемник звука нельзя заставить излучать звук, подводя к нему колебательную электрическую энергию. [c.48] Типичным примером вентильного приемника является угольный микрофон. Звуковое давление изменяет электрическое сопротивление контактов между зернами угольного порошка, в результате чего ток в цепи, составленной из батареи, микрофона и первичной обмотки трансформатора, меняется в такт с колебаниями звукового давления. Изменение этого тока, в свою очередь, вызывает изменение магнитного потока в ярме трансформатора и возникновение электродвижущей силы во вторичной цепи трансформатора. Источником энергии электрических колебаний, получающихся во вторичной цепи трансформатора, является батарея, а не акустическое поле. Обратить угольный микрофон в излучатель звука, приложив ко вторичной обмотке трансформатора переменное напряжение звуковой частоты, невозможно. Необратимые преобразователи используются в ряде случаев для целей акустических и вибрационных измерений. [c.48] Наиболее типичны для электроакустики собственно преобразователи, называемые обычно обратимыми преобразователями. Они могут работать как в качестве приемника, так и в качестве излучателя звуковой энергии. Примером обратимого преобразователя может служить известный электромагнитный телефон А. Белла. При подаче тока звуковой частоты в обмотку электромагнита такого телефона приводится в колебание стальная мембрана, в результате чего излучается звук той же частоты, что и ток, поданный в телефон. При помещении электромагнитного телефона в поле звуковой волны звуковое давление приводит в колебание его стальную мембрану, в результате чего меняется поток в сердечниках электромагнита и в его обмотке появляется электродвижущая сила той же частоты, что и звук. Если концы обмотки замкнуты на внешнее сопротивление, то часть энергии звуковых волн будет переходить в электрическую и расходоваться на этом сопротивлении. [c.49] Вернуться к основной статье