مبدل صدا

مبدل صدا از انرژی الکتریکی برای ایجاد ارتعاشات مکانیکی برای ایجاد مزاحمت در تولید هوای اطراف صدا چه با فرکانس قابل شنیدن و چه غیر قابل شنیدن استفاده می کنند.

صدا نام کلی است که به “امواج صوتی” داده می شود.

این امواج‌صوتی دارای فرکانسهایی‌از فقط 1‌هرتز تا دهها هزار هرتز هستند که حد‌بالای شنوایی انسان در‌حدود 20 کیلو هرتز‌(20،000 هرتز)‌است.

صدایی که ما می‌شنویم اساسا از ارتعاشات مکانیکی تولید شده توسط  مبدل صوتی ایجاد می‌شود.

که برای ایجاد امواج صوتی مورد استفاده قرار می‌گیرد و برای اینکه “شنیده شود” به یک واسطه برای انتقال هم از طریق هوا، مایع و یا جامد نیاز دارد.

همچنین ، صدای واقعی نیازی به یک موج صوتی با فرکانس مداوم مانند یک تن یا یک نت موسیقی نیست.

بلکه ممکن است یک‌موج‌صوتی باشد که از لرزش مکانیکی‌، سر و صدا یا حتی یک پالس صوتی مانند‌”انفجار” ساخته شده‌است.

مبدل های صوتی صدا شامل هر دو سنسور ورودی هستند که صدا را به سیگنال الکتریکی و میکروفن تبدیل می‌کنند.

آنها محرک های خروجی سیگنال های الکتریکی را به صدا مانند بلندگو تبدیل می کنند.

ما فکر می کنیم که صدا فقط در محدوده فرکانس هایی است که توسط گوش انسان قابل تشخیص است ، از 20 هرتز تا 20 کیلو هرتز (یک پاسخ فرکانس بلندگو) ، اما صدا همچنین می تواند فراتر از این دامنه ها باشد.

مبدلهای صدا همچنین می توانند امواج و ارتعاشات صوتی را از فرکانسهای بسیار کم موسوم به مادون صدا تا فرکانسهای بسیار زیاد موسوم به سونوگرافی تشخیص و منتقل کنند.

اما برای اینکه مبدل صدا بتواند “صدا” را تشخیص دهد یا تولید کند ، ابتدا باید بفهمیم صدا چیست.

صدا چیست؟

صدا اساساً یک شکل موج انرژی است که توسط نوعی ارتعاش مکانیکی مانند یک چنگال تنظیم تولید می شود و دارای “فرکانس” است که توسط منشا صدا تعیین می شود.

به عنوان مثال ، یک درام باس دارای صدای فرکانس پایین است در حالی که cymbal صدای فرکانس بیشتری دارد.

شکل موج صدا دارای ویژگی های مشابه شکل موج‌الکتریکی است که طول‌موج (λ)‌، فرکانس (ƒ) و سرعت‌(متر بر ثانیه) است.

هر دو فرکانس اصوات و شکل موج توسط منشا یا ارتعاشی که در ابتدا صدا تولید شده تعیین می شود.

اما سرعت بستگی به محیط انتقال دارد (هوا ، آب و غیره) که موج صدا را حمل می کند.

رابطه بین طول موج ، سرعت و فرکانس در زیر آورده شده است:

رابطه موج صدا

در اینجا:

طول موج – مدت زمان یک چرخه کامل در ثانیه است ، (λ)

فرکانس – تعداد طول موج در ثانیه در هرتز ، (ƒ) است

سرعت – سرعت صدا از طریق یک رسانه انتقال در m / s-1 است

مبدل ورودی میکروفون

میکروفون‌، که “mic” نیز نامیده می‌شود‌، مبدل صوتی است که می تواند به عنوان “سنسور صدا” طبقه بندی شود.

به این‌دلیل که سیگنال‌خروجی‌آنالوگ الکتریکی تولید می‌کند که متناسب با موج صوتی‌”acoustic”‌است که بر دیافراگم انعطاف پذیر آن تأثیر می‌گذارد.

این سیگنال یک “تصویر الکتریکی” است که مشخصات شکل موج صوتی را نشان می دهد.

به طور‌کلی‌، سیگنال خروجی از میکروفون یک سیگنال آنالوگ است یا به صورت ولتاژ یا جریان متناسب با موج‌صوتی واقعی.

رایج‌ترین انواع میکروفون‌های موجود به‌عنوان مبدل صدا انواع Dynamic ، Electret Condenser ، Ribbon و جدیدترین نوع Piezo-electric Crystal است.

برنامه های معمول میکروفون به عنوان مبدل صدا شامل :

• ضبط صدا
• تولید مثل
• پخش

و همچنین تلفن‌، تلویزیون‌، ضبط رایانه‌دیجیتال و اسکنرهای بدن است که در آن از سونوگرافی در برنامه‌های پزشکی استفاده می‌شود.

نمونه ای از یک میکروفون ساده “پویا” در زیر نشان داده شده است.

انتقال داینامیک – سیم پیچ میکروفون مبدل صدا

ساخت یک میکروفون پویا شبیه بلندگو است ، اما برعکس. این یک میکروفون از نوع سیم پیچ متحرک است که از القای الکترومغناطیسی برای تبدیل امواج صوتی به سیگنال الکتریکی استفاده می کند.

این سیم پیچ بسیار کوچک از سیم نازک دارد که درون میدان مغناطیسی آهنربا دائمی معلق است.

با برخورد موج صدا به دیافراگم انعطاف پذیر ، دیافراگم در پاسخ به فشار صوتی که بر آن وارد می شود ، به عقب و جلو حرکت می کند و باعث می شود سیم پیچ متصل شده در داخل میدان مغناطیسی آهنربا حرکت کند.

حرکت سیم‌پیچ در داخل میدان مغناطیسی باعث‌ایجاد ولتاژ در سیم پیچ می‌شود که توسط قانون القای الکترومغناطیسی فارادی تعریف شده‌است.

سیگنال ولتاژ خروجی حاصل از سیم پیچ متناسب با فشار موج صوتی است که بر دیافراگم تأثیر می گذارد.

بنابراین هرچه صدای‌موج صدا بلندتر یا قوی‌تر باشد‌، سیگنال خروجی بزرگتر خواهد‌بود و این باعث می‌شود فشار طراحی میکروفون حساس‌باشد.

از آنجا که سیم پیچ سیم معمولاً بسیار کوچک است ، دامنه حرکت سیم پیچ و دیافراگم متصل نیز بسیار کم است و یک سیگنال خروجی بسیار خطی تولید می کند که نسبت به سیگنال صدا 90 درجه خارج از فاز است. همچنین ، از آنجا که سیم پیچ یک سلف با امپدانس کم است ، سیگنال ولتاژ خروجی نیز بسیار کم است بنابراین به نوعی “پیش تقویت” سیگنال نیاز است.

استفاده از بلندگوی واقعی

از آنجا که ساختار این نوع‌میکروفون به بلندگو شباهت دارد‌، می‌توان از یک بلندگوی واقعی به عنوان میکروفون نیز استفاده‌کرد.

بدیهی است که کیفیت متوسط ​​یک بلندگو به اندازه میکروفون ضبط شده استودیویی نخواهد بود اما پاسخ فرکانس بلندگوی معقول در واقع بهتر از میکروفون ارزان قیمت “freebie” است.

همچنین امپدانس سیم پیچ های یک بلندگوی معمولی بین 8 تا 16Ω متفاوت است.

برنامه‌های رایج که در آن بلندگوها معمولاً به عنوان میکروفون استفاده می‌شوند‌، در دستگاه‌های مخابره داخل ساختمان و واکی‌تاکی هستند.

مبدل خروجی بلندگو

صدا همچنین می تواند به عنوان یک دستگاه خروجی برای تولید سر و صدای هشدار استفاده شود و یا به عنوان زنگ خطر عمل کند و بلندگوها ، زنگ ها ، بوق ها و صدای بلندها انواع مبدل های صوتی هستند که می توانند برای این منظور با بیشترین استفاده از نوع خروجی قابل شنیدن مورد استفاده قرار گیرند. محرک “بلندگو” است.

بلندگوها مبدل‌های صدای صوتی هستند که در گروه “محرک های صدا” طبقه بندی می‌شوند و دقیقاً مخالف میکروفون ها هستند.

وظیفه آنها این است که سیگنالهای پیچیده آنالوگ الکتریکی را به امواج صوتی نزدیک به سیگنال ورودی اصلی نزدیک کنند.

بلندگوها در هر شکل ، اندازه و دامنه فرکانسی در دسترس هستند که انواع متداول آن سیم پیچ متحرک ، الکترواستاتیک ، ایزودینامیک و پیزو الکتریکی است. بلندگوهای نوع سیم پیچ متحرک با بیشترین رایج ترین بلندگو در مدارهای الکترونیکی ، کیت ها و اسباب بازی ها مورد استفاده قرار می گیرند و به همین ترتیب این نوع مبدل های صوتی است که در زیر بررسی خواهیم کرد.

اصل عملکرد بلندگوی سیم پیچ متحرک دقیقاً برعکس “میکروفون پویا” است که در بالا به آن نگاه می کنیم.

یک سیم پیچ خوب ، به نام “سیم پیچ گفتاری یا صوتی” ، در یک میدان مغناطیسی بسیار قوی معلق است و به یک کاغذ یا مخروط Mylar متصل می شود ، به نام “دیافراگم” که خود در لبه های آن به یک قاب فلزی معلق است یا شاسی سپس برخلاف میکروفون که دستگاه ورودی حساس به فشار است ، این نوع مبدل صدا را می توان به عنوان یک دستگاه خروجی تولید فشار طبقه بندی کرد.

بلندگو سیم پیچ متحرک

هنگامی که یک سیگنال آنالوگ از سیم پیچ صدای بلندگو عبور می کند ، یک میدان الکترو مغناطیسی تولید می شود و قدرت آن توسط جریان جریان یافته از سیم پیچ “صدا” تعیین می شود ، که به نوبه خود توسط تنظیم کنترل صدا تقویت کننده رانندگی تعیین می شود یا راننده سیم پیچ در حال حرکت است. نیروی الکترو مغناطیسی تولید شده توسط این میدان با میدان مغناطیسی اصلی دائمی اطراف خود مخالفت می کند و بسته به فعل و انفعال بین دو قطب شمال و جنوب سعی می کند سیم پیچ را در یک جهت یا جهت دیگر فشار دهد.

همانطور که سیم پیچ صدا به طور دائمی به مخروط / دیافراگم متصل می شود ، این حرکت نیز به طور همزمان انجام می شود و حرکت آن باعث ایجاد اختلال در هوای اطراف آن می شود بنابراین صدا یا نت تولید می شود. اگر سیگنال ورودی یک موج سینوسی مداوم باشد ، آنگاه مخروط به داخل و خارج حرکت می کند مانند پیستونی که هنگام حرکت هوا را فشار می دهد و هوا را می کشد و یک تن تک پیوسته به عنوان فرکانس سیگنال شنیده می شود. قدرت و در نتیجه سرعت آن ، که توسط آن مخروط حرکت می کند و هوای اطراف را هل می دهد ، بلندی صدا را ایجاد می کند.

از آنجا که سیم پیچ گفتاری یا صوتی اساساً یک سیم پیچ سیم است ، مانند یک مقدار القایی امپدانس.

امپدانس نامی

این‌مقدار برای بیشتر بلندگوها بین 4 تا 16Ω است و مقدار‌”امپدانس نامی”‌بلندگو است که در 0Hz یا DC اندازه‌گیری می‌شود.

به یاد داشته باشید که مهم است که همیشه امپدانس خروجی تقویت کننده با امپدانس اسمی بلندگو مطابقت داشته باشید تا حداکثر انتقال نیرو بین تقویت کننده و بلندگو حاصل شود.

 بیشتر ترکیبات تقویت کننده و بلندگو دارای راندمان پایین 1 یا 2٪ هستند.

گرچه مورد اختلاف برخی است ، اما انتخاب کابل بلندگوی خوب نیز فاکتور مهمی در کارایی اسپیکر است ، زیرا ظرفیت داخلی و ویژگی های شار مغناطیسی کابل با فرکانس سیگنال تغییر می کند ، در نتیجه باعث تحریف فرکانس و فاز می شود. این اثر میرایی سیگنال است. همچنین ، با تقویت کننده های قدرت بالا ، جریان های بزرگی از این کابل ها عبور می کنند.

بنابراین کابل‌های نازک از نوع سیم ناقوس می‌توانند در‌مدت زمان‌طولانی استفاده بیش از‌حد گرم شوند‌‌ و این باعث کاهش بازده‌می‌شود.

گوش انسان به طور کلی می تواند صداهایی را از بین 20 هرتز تا 20 کیلوهرتز بشنود و پاسخ فرکانسی بلندگوهای مدرن موسوم به بلندگوهای هدف کلی برای کار در این محدوده فرکانسی و همچنین هدفون ، هدفون و سایر انواع هدست های تجاری موجود به عنوان مبدل صدا طراحی شده است.

با این حال ، برای سیستم های صوتی با کیفیت بالا (Hi-Fi) با عملکرد بالا ، پاسخ فرکانس صدا به زیر فرکانس های مختلف کوچکتر تقسیم می شود و در نتیجه هم کارایی بلندگوها و هم کیفیت کلی صدا به شرح زیر بهبود می یابد:

دامنه های فرکانس تعمیم یافته

Descriptive Unit	Frequency Range
Sub-Woofer	10Hz to 100Hz
Bass	20Hz to 3kHz
Mid-Range	1kHz to 10kHz
Tweeter	3kHz to 30kHz

در محفظه های چند بلندگو که دارای بلندگوهای جداگانه‌Woofer ، Tweeter و Mid-range هستند که در یک محفظه واحد قرار‌دارند.

از یک شبکه “متقاطع” منفعل یا فعال استفاده می شود تا اطمینان حاصل شود که سیگنال صوتی با دقت تقسیم شده و توسط همه زیرشاخه های مختلف تولید می شود.

این شبکه متقاطع متشکل از مقاومتها ، سلف ها ، خازن ها ، فیلترهای غیرفعال نوع RLC یا فیلترهای فعال فعال آمپ است که نقطه فرکانس عبور یا نقطه قطع آنها به خوبی با مشخصات بلندگوهای فردی تنظیم شده است و نمونه ای از “بلندگو” چند بلندگو است. طرح نوع fi “در زیر آورده شده است.

طراحی چند بلندگو (Hi-Fi)

در این آموزش‌، ما Sound Transducers مختلفی را بررسی کرده‌ایم که می‌تواند برای شناسایی و تولید امواج صوتی مورد‌استفاده قرار‌گیرد.

میکروفون ها و بلندگوها رایج ترین مبدل های صوتی هستند ، اما انواع دیگر مبدل های صوتی موجود که از دستگاه های پیزوالکتریک برای تشخیص فرکانس های بسیار بالا استفاده می کنند ، هیدروفون های طراحی شده برای استفاده در زیر آب برای تشخیص صداهای زیر آب و مبدل های سونار که هر دو صدا را انتقال می دهند و دریافت می کنند امواج برای شناسایی زیردریایی ها و کشتی ها.