Autor: Kurz: ELEKTROMECHANICKÉ MĚNIČE Studiová technika II Jiří Schimmel ELEKTROMECHANICKÉ MĚNIČE STUDIOVÁ TECHNIKA II 2 Jiří Schimmel Masarykova univerzita, Filosofická fakulta Zvukový design a multimediální technologie Elektromechanické a elektroakustické měniče • Elektromechanické měniče: převod mechanických kmitů na elektrický signál nebo obráceně • Elektroakustické měniče: na mechanickou stranu měniče je připojena akustická soustava • Reciproké měniče: převod oběma směry (většina měničů) • Požadavky na elektromechanické měniče: • smyslu pohybu mechanické části bude odpovídat smysl napětí nebo proudu na elektrické straně měniče (popř. i obráceně) • časové průběhy budicích veličin na obou stranách budou co nejpodobnější – minimální zkreslení ELEKTROMECHANICKÉ MĚNIČE STUDIOVÁ TECHNIKA II 3 Jiří Schimmel Masarykova univerzita, Filosofická fakulta Zvukový design a multimediální technologie Rozdělení měničů z hlediska reciprocity • Reciprocitní (reciproké): • měniče I. skupiny – využívají elektromagnetické pole: • elektromagnetické • elektrodynamické • magnetostrikční • měniče II. skupiny – využívají elektrostatické pole: • elektrostatické • piezoelektrické • piezokeramické • Nereciprocitní (nereciproké): • uhlíkový • plazmový • … ELEKTROMECHANICKÉ MĚNIČE STUDIOVÁ TECHNIKA II 4 Jiří Schimmel Masarykova univerzita, Filosofická fakulta Zvukový design a multimediální technologie Elektromechanické měniče I. skupiny ELEKTROMECHANICKÉ MĚNIČE STUDIOVÁ TECHNIKA II 5 Jiří Schimmel Masarykova univerzita, Filosofická fakulta Zvukový design a multimediální technologie Elektromagnetický měnič • Pohyblivá kotva je přitahována změnami magnetického pole způsobenými střídavým magnetickým polem cívky • Aby kotva nebyla pro obě polarity budicího proudu pouze přitahována, je nutné magnetický obvod doplnit stejnosměrným magnetickým předpětím • Je potřeba zajistit, aby vlivem předpětí nedošlo ke zmenšení magnetické mezery na nulu (přidání pružiny) permanentní magnet kotva vzduchová mezera  F d i ELEKTROMECHANICKÉ MĚNIČE STUDIOVÁ TECHNIKA II 6 Jiří Schimmel Masarykova univerzita, Filosofická fakulta Zvukový design a multimediální technologie Konstrukce elektromagnetického měniče • Skutečnou pružinu nahrazuje poddajnost membrány vnější síla F pólové nástavce permanentní magnet membránacívka magnetický tok kryt ELEKTROMECHANICKÉ MĚNIČE STUDIOVÁ TECHNIKA II 7 Jiří Schimmel Masarykova univerzita, Filosofická fakulta Zvukový design a multimediální technologie ELEKTROMECHANICKÉ MĚNIČE STUDIOVÁ TECHNIKA II 8 Jiří Schimmel Masarykova univerzita, Filosofická fakulta Zvukový design a multimediální technologie membrána vývody magnety permanentní magnet  B Elektrodynamický měnič • Mechanická část (membrána) je spojena s vodičem proudu umístěným ve stejnosměrném magnetickém poli permanentního magnetu. Vodič je svinut do cívky umístěné v prstencové vzduchové mezeře v níž probíhají siločáry magnetického pole radiálně ELEKTROMECHANICKÉ MĚNIČE STUDIOVÁ TECHNIKA II 9 Jiří Schimmel Masarykova univerzita, Filosofická fakulta Zvukový design a multimediální technologie Konstrukce elektrodynamického měniče • Membrána je spojena přímo s vodičem elektrického proudu, který je umístěný v homogenním magnetickém stejnosměrném poli permanentního magnetu vnější síla F pólový nástavec pólový nástavec permanentní magnet cívkamagnetický tok membrána ELEKTROMECHANICKÉ MĚNIČE STUDIOVÁ TECHNIKA II 10 Jiří Schimmel Masarykova univerzita, Filosofická fakulta Zvukový design a multimediální technologie Konstrukce elektrodynamického měniče rám magnet izolace pólový nástavec uchycení membrány cívka membrána pólový nástavec ELEKTROMECHANICKÉ MĚNIČE STUDIOVÁ TECHNIKA II 11 Jiří Schimmel Masarykova univerzita, Filosofická fakulta Zvukový design a multimediální technologie Magnetodynamický měnič • Záměna funkce permanentního magnetu a cívky (měnič s pohyblivým magnetem, gramofonové přenosky) pohyblivý magnet chvějka hrot S J ELEKTROMECHANICKÉ MĚNIČE STUDIOVÁ TECHNIKA II 12 Jiří Schimmel Masarykova univerzita, Filosofická fakulta Zvukový design a multimediální technologie Magnetostrikční měnič • Využívá jev, kdy v některých feromagnetických látkách dochází vlivem magnetického pole k mechanické deformaci magnetostrikční tyčinka cívka železné pouzdro píst spojený s membránou ELEKTROMECHANICKÉ MĚNIČE STUDIOVÁ TECHNIKA II 13 Jiří Schimmel Masarykova univerzita, Filosofická fakulta Zvukový design a multimediální technologie Elektromechanické měniče II. skupiny ELEKTROMECHANICKÉ MĚNIČE STUDIOVÁ TECHNIKA II 14 Jiří Schimmel Masarykova univerzita, Filosofická fakulta Zvukový design a multimediální technologie Elektrostatický měnič • Pohyblivá elektroda (membrána, velmi tenký zlatý plíšek nebo pokovená folie z umělé hmoty) je umístěna před pevnou elektrodu – vzduchový kondenzátor • Na elektrody je přivedeno přes rezistor stejnosměrné napětí = U0 R i d vnější síla F ELEKTROMECHANICKÉ MĚNIČE STUDIOVÁ TECHNIKA II 15 Jiří Schimmel Masarykova univerzita, Filosofická fakulta Zvukový design a multimediální technologie Konstrukce elektrostatického měniče • Výstupní napětí přijímače je extrémně nízké, nutný nábojový zesilovač umístěný v jednom pouzdře hned za měničem vzduchová mezera pokovená a nabitá plastová membrána kovový upínací kroužek membrány plastová distanční vložka zadní kovová elektroda plastový kryt hliníkový kryt terminál ELEKTROMECHANICKÉ MĚNIČE STUDIOVÁ TECHNIKA II 16 Jiří Schimmel Masarykova univerzita, Filosofická fakulta Zvukový design a multimediální technologie Konstrukce elektrostatického měniče membrána pevná elektroda izolace pevná elektroda membrána ELEKTROMECHANICKÉ MĚNIČE STUDIOVÁ TECHNIKA II 17 Jiří Schimmel Masarykova univerzita, Filosofická fakulta Zvukový design a multimediální technologie Elektretový měnič • Elektrostatický měnič, u něhož je elektrické pole místo stejnosměrným předpětím vytvářeno elektretem (nevodivá, permanentně elektricky nabitá hmota) • Potřebuje polarizační napětí pro nábojový zesilovač (JFET tranzistor) • Menší rozměry (headsety, lavalier mikrofony) • Nižší citlivost a vyšší vlastní šum než externě polarizovaný elektrostatický měnič ELEKTROMECHANICKÉ MĚNIČE STUDIOVÁ TECHNIKA II 18 Jiří Schimmel Masarykova univerzita, Filosofická fakulta Zvukový design a multimediální technologie Konstrukce elektretového měniče krycí vložka pouzdro elektretová membrána plastová distance zadní elektroda zesilovací tranzistor plastové pouzdro substrát DPS kontakty ELEKTROMECHANICKÉ MĚNIČE STUDIOVÁ TECHNIKA II 19 Jiří Schimmel Masarykova univerzita, Filosofická fakulta Zvukový design a multimediální technologie Piezoelektrický měnič • Mechanickým stlačením krystalu vzniká na stlačovaných stěnách nebo stěnách na ně kolmých elektrický náboj úměrný namáhání krystalu • Reciproký jev – vyvolání deformace krystalu přiloženým napětím l y F F +- l y F F - + - + - + ELEKTROMECHANICKÉ MĚNIČE STUDIOVÁ TECHNIKA II 20 Jiří Schimmel Masarykova univerzita, Filosofická fakulta Zvukový design a multimediální technologie Konstrukce piezoelektrického měniče pouzdro pouzdro piezoelement DPS se zesilovačem propojovací dráty ELEKTROMECHANICKÉ MĚNIČE STUDIOVÁ TECHNIKA II 21 Jiří Schimmel Masarykova univerzita, Filosofická fakulta Zvukový design a multimediální technologie Konstrukce piezoelektrického měniče • Piezoelektrické dvojče membrána krystal elektrody piezoelementy F ELEKTROMECHANICKÉ MĚNIČE STUDIOVÁ TECHNIKA II 22 Jiří Schimmel Masarykova univerzita, Filosofická fakulta Zvukový design a multimediální technologie Elektromechanické měniče