Мультимедиа устройства

Устройство динамической головки

Головка электродинамической системы является электроакустическим преобразователем электрического сигнала в продольные колебания воздуха, воспринимаемые как звук. Головка динамика (ГД) обычно устроена следующим образом: имеется постоянный магнит цилиндрической формы, вокруг которого располагается гильза с катушкой из тонкой лакированной медной проволоки, гильза жестко закреплена одним концом с бумажным, металлическим (реже) (вспененный никель), полимерным диффузором, либо с диффузором из кевларовых нитей. Выводы с катушки могут быть закреплены непосредственно на диффузоре, как видно на рисунке вверху. Диффузор обычно имеет коническую форму, но может быть и овальным, и близким к прямоугольной форме. Соответственно, если диффузор, например, овальный, рама имеет также овальную форму. Связка диффузор -катушка" может перемещаться относительно магнита в небольших пределах, при этом катушка перемещается внутри цилиндрического магнита, не касаясь его, а диффузор несколько изменяет свою форму и сильнее - положение относительно рамы. Вся эта конструкция закреплена в специальной металлической либо пластиковой раме, именуемой диффузородержателем. В конструкции более простых и дешевых громкоговорителей, а также небольших средне- и высокочастотных громкоговорителей и громкоговорителей в наушниках может применяться непосредственное крепление диффузора к раме, при этом по краям диффузора, около кромки рамы, часто организуется характерная рельефная полоса. Она служит для увеличения гибкости и подвижности головки относительно рамы. В более дорогих и качественных среднечастотных и в большинстве низкочастотных громкоговорителях применяется подвес (также известный как верхний подвес), изготавливаемый обычно из плотной резины. Подвес представляет собой резиновое кольцо между рамой и диффузором. Он имеет колею по всей длине окружности, это увеличивает его гибкость и уменьшает износ. Края диффузора закреплены на внутреннем крае кольца подвеса, а внешний край подвеса прикреплен к раме. Такая конструкция обеспечивает большой ход головки при воспроизведении сильных импульсных колебаний и при воспроизведении низких частот. Ход диффузора и головки может, в случае большой громкости и подходящей конструкции динамика, достигать нескольких сантиметров и более, однако при превышении эксплуатационных параметров напряжения, подаваемого на динамик, возможно разрушение динамической системы. Помимо этого, возможно перегорание катушки из тонкой проволоки вследствие чрезмерно высокого протекающего по ней тока

Диффузор сравнительно жесткий и сохраняет постоянную форму, однако обращаться с ним следует бережно, не прилагать значительных усилий, так как бумага - не слишком прочный материал и может порваться, а полимер - смяться или оторваться. В случае повреждения диффузора возникают искажения воспроизведения звука. Мощность динамиков измеряется в ваттах

Принцип работы

При подаче электрического сигнала звуковой частоты на выводы и катушки на ее полюсах возникает магнитное поле, которое взаимодействует с полем постоянного магнита, в результате чего катушка вместе с диффузором перемещается в зазоре относительно постоянногомагнита.Связка "диффузор-катушка" колеблется с такой же частотой, как и частота подаваемого тока. При малой толщине магнитопроводов, образующих зазор, действительно работает только малая часть катушки, приблизительно равная толщине магнитопроводов зазора. Выходящие за пределы зазора части катушки почти не работают, у таких динамиков очень низкий коэффициент полезного действия. Для повышения коэффициента полезного действия динамика необходимо увеличивать толщину магнитопроводов, образующих зазор. При изменении амплитуды электрического сигнала звуковой частоты также изменяется положение диффузора. Так как электрический сигнал звуковой частоты, подаваемый на катушку, имеет частоту в пределах слышимости человеческого уха, то и диффузор колеблется относительно постоянного магнита с такой же частотой.

Колеблющийся диффузор создает в воздухе звуковые волны, воспринимаемые ухом человека. Таким образом, с помощью ГД электрический сигнал звукового диапазона частот с усилителя преобразуется в звук.

Следует повториться, что при воспроизведении наиболее низких частот из частотного диапазона, воспроизводимого динамиком, работает вся поверхность диффузора, а при воспроизведении высших частот из частотного диапазона - только центральная его часть, что располагается над катушкой. Поэтому в широкополосных динамиках часто в центре устраивается металлическая, полимерная или бумажная накладка - купол в целях улучшения воспроизведения высоких частот.

Применения

Для создания более качественной аудиосистемы одну или несколько динамических головок помещают в корпус в виде коробки из дерева, либо пластика или металла таким образом, чтобы изолировать лицевую и тыльную поверхности диффузора друг от друга и исключить "перетекание" воздуха вокруг кромки рамы громкоговорителя. Полученное изделие называется акустическая система. Если в акустической системе присутствует встроенный усилитель, такая акустическая система называется активной, в противном случае - пассивной.

Устройство электродинамической головки благодаря свойству обратимости идентично по принципу действия устройству динамического микрофона, и, таким образом, эти устройства могут быть взаимозаменяемыми.

Технические характеристики динамической головки

• Тип динамической головки - Полно-диапазонная (широкополосная), низкочастотная, среднечастотная, высокочастотная
• Номинальный диаметр - как правило, внешний диаметр диффузородержателя (рамы).
• Мощность - номинальная, программная (длительная), либо пиковая (краткосрочная) подводимая мощность, которую выдерживает головка до своего разрушения.
• Импеданс (номинальное сопротивление) - как правило, динамические головки имеют импеданс 2Ом, 4Ом, 8Ом, 16Ом.
• Частотная характеристика - Измеренная, либо заявленная, выходная характеристика на заданном диапазоне частот при входном сигнале постоянной амплитуды на всем заданном диапазоне. Как правило, указывается предел отклонений характеристики, например, "±3dB".
• Параметры Тиля - Смола - Набор элеткроакустических параметров, характеризующих головку как колебательную систему.
• Чувствительность - уровень звукового давления, производимый динамической головкой при подаче сигнала мощностью 1 Ватт, измеренное на расстоянии 1 метр от головки.
• Максимальный уровень звукового давления - максимальное давление, которое может развить головка без своего повреждения либо без превышения заданного уровня искажений. Зависит во многом от чувствительности головки и ее мощности.

Микрофон

Микрофон -устройство, позволяющее преобразовывать звук в электрический сигнал и служащее первичным звеном в цепочке звукозаписывающего тракта или звукоусиления. Микрофон является датчиком относительного (дифференциального) давления в газах.

Классификация микрофонов

Типы микрофонов по принципу действия:

• Динамический микрофон - представляет собой мембрану, соединенную с легкой катушкой индуктивности, которая помещена в сильное магнитное поле, создаваемое постоянным магнитом. Колебания давления воздуха (звук) воздействуют на мембрану и приводят в движение катушку. Когда катушка пересекает силовые линии магнитного поля, в ней наводится ЭДС индукции. ЭДС индукции пропорциональна как амплитуде колебаний мембраны, так и частоте колебаний.
  

  
  
• Ленточный микрофон
  

  
  
• Конденсаторный микрофон - конденсатор, одна из обкладок которого выполнена из эластичного материала (обычно полимерная пленка с нанесенной металлизацией), которая при звуковых колебаниях изменяет емкость конденсатора. Если конденсатор заряжен, то изменение емкости конденсатора приводит к изменению напряжения, которое и является полезным сигналом с микрофона. Для работы такого микрофона между обкладками должно быть приложено поляризующее напряжение (обычно 48 вольт). Конденсаторный микрофон имеет очень высокое выходное сопротивление. В связи с этим, в непосредственной близости к микрофону (внутри его корпуса) располагают предусилитель с высоким (порядка 1 ГОм) входным сопротивлением, выполненный на электронной лампе или полевом транзисторе. Как правило, напряжение для поляризации и питания предусилителя подается по сигнальным проводам (фантомное питание). Конденсаторные микрофоны обладают весьма равномерной амплитудно-частотной характеристикой и обеспечивают высококачественное звучание, в связи с чем широко используются в студиях звукозаписи, на радио и телевидении.
• Электретный микрофон -основан на способности некоторых диэлектрических материалов (электретов)сохранять поверхностную неоднородность распределениязаряда в течение длительного времени.
• Гомоэлектретный микрофон - Тонкая пленка из гомоэлектрета помещается в зазор конденсаторного микрофона (т.е. конденсатора, у которого одна из обкладок (мембрана) имеет возможность перемещаться под действием внешнего акустического сигнала) либонаносится на одну из обкладок. Это приводит к появлению некоторого постоянного заряда конденсатора.
• При изменении емкости, вследствие смещения мембраны, на конденсаторе проявляется изменение напряжения, соответствующее акустическому сигналу.
  

  
  
• Гетероэлектретный микрофон - гетероэлектретная пленка служит мембраной. При ее деформации на ее поверхностях возникают разноименные заряды, которые можно зарегистрировать, расположив электроды непосредственно на поверхности пленки (на поверхность напыляют тонкий слой металла (алюминий, золото, серебро и т.п.).
• Электретный микрофон (разновидность конденсаторного микрофона)
• Угольный микрофон -содержит угольный порошок, размещенный между двумя металлическими пластинами и заключенный в герметичную капсулу. Стенки капсулы или одна из металлических пластин соединяется с мембраной. При изменении давления на угольный порошок изменяется площадь контакта между отдельными зернышками угля, и, в результате, изменяется сопротивление между металлическими пластинами. Если пропускать между пластинами постоянный ток, напряжение между пластинами будет зависеть от давления на мембрану.
• Пьезомикрофон

Функциональные виды микрофонов

• Студийный микрофон
• Измерительный микрофон ("искусственное ухо")
• Микрофонный капсюль для телефонных аппаратов
• Микрофон для применения в радиогарнитурах
• Микрофон для скрытного ношения
• Ларингофон
• Гидрофон

Устройство микрофона

Любой микрофон состоит из двух систем: акустико-механической и механоэлектрической.

Свойства акустико-механической системы сильно зависят от того, воздействует ли звуковое давление на одну сторону диафрагмы (микрофон давления) или на обе стороны, а во втором случае от того, симметрично ли это воздействие (микрофон градиента давления) или на одну из сторон диафрагмы действуют колебания, непосредственно возбуждающие ее, а на вторую - прошедшие через какое-либо механическое или акустическое сопротивление или систему задержки времени (асимметричный микрофон градиента давления).

Большое влияние на характеристики микрофона оказывает его механоэлектрическая часть.

Синтезатор

Синтезатор - электронный музыкальный инструмент, создающий (синтезирующий) звук при помощи одного или нескольких генераторов звуковых волн. Требуемое звучание достигается за счет изменения свойств электрического сигнала (в аналоговых синтезаторах) или же путем настройки параметров центрального процессора (в цифровых синтезаторах).

Типы синтеза

В зависимости от способа генерации звуковых волн и их преобразования синтез звука можно классифицировать следующим образом:

• Суммирующий (аддитивный) синтез, в котором используется принцип суперпозиции (наложения) нескольких волн простой (обычно синусоидальной) формы с различными частотами и амплитудами.
• Вычитающий (субтрактивный) синтез, в котором исходная волна произвольной формы изменяет тембральную окраску при прохождении через разнообразные фильтры, генераторы огибающих, процессоры эффектов и т.д. Как подмножество данный тип синтеза широко применяется практически во всех современных моделях синтезаторов.
• Операторный ( FM, от англ. Frequency Modulation ) синтез, в котором происходит взаимодействие (частотная модуляция и суммирование) нескольких волн простой формы. Каждая волна вместе со своими характеристиками называется оператором, определенная конфигурация операторов составляет алгоритм. Чем большее количество операторов использовано в конструкции синтезатора, тем богаче становится звучание инструмента.
• Физический синтез, в котором за счет использования мощных процессоров производится моделирование реальных физических процессов, протекающих в музыкальных инструментах того или иного типа. Например, для духовых свистковых инструментов.
• Волновой ( Wavetable, PCM ) синтез, в котором звук создается за счет воспроизведения записанных ранее в память инструмента фрагментов звучания реальных музыкальных инструментов (сэмплов и мультисэмплов).
• Гибридный синтез, в котором применяется та или иная комбинация различных способов синтеза звука, например "суммирующий + вычитающий", "волновой + вычитающий", "операторный + вычитающий" и т.д.

Разновидности синтезаторов

В зависимости от используемой технологии синтезаторы можно разделить на следующие категории:

• Аналоговые синтезаторы реализуют аддитивный и субтрактивный типы синтеза. Главная особенность данной категории заключается в том, что звук генерируется и обрабатывается при помощи реальных электрических цепей.
• Виртуально-аналоговые синтезаторы представляют собой гибрид между аналоговым синтезатором и цифровым, неся в своем корпусе программную составляющую.
• Ц ифровые синтезаторы включают в себя собственно цифровые синтезаторы, а также их вариации: виртуальные синтезаторы - плагины/standalone и интерактивные синтезаторы. Они реализуют разнообразные типы синтеза. Для создания и воспроизведения исходных волновых форм, модификации звучания фильтрами, огибающими и т.д. используются цифровые устройства на базе одного центрального процессора и нескольких сопроцессоров. По сути, цифровой синтезатор представляет собой узкоспециализированный компьютер.

В цифровых синтезаторах существуют свои микрокропрограммы называемых патчами.

Клавиатурный и динамический трекинг используются для отслеживания позиции и скорости нажатия на клавишу.

Огибающая применяется для непериодического изменения определенного параметра звучания. Атака, спад, затухание

Фильтр служит для вырезания из общего спектра сигнала определенной полосы частот.

Ring-модулятор позволяет модулировать исходный сигнал другим сигналом.

Генератор низких частот (англ. "Low Frequency Oscillator") применяется для периодического изменения определенных параметров звучания, например высоты, громкости, частоты срезания фильтра и т.д.

Обработка эффектами используется для окончательной доводки звучания. реверберация, задержка, эхо, фленжер, хорус, фазер и т.д.