электроакустические преобразователи

ЭЛЕКТРОАКУСТИЧЕСКИЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ - устройства, преобразующие эл--магн. энергию в энергию упругих волн в среде и обратно. В зависимости от направления преобразования различают Э.п.: излучатели и приёмники. Э. п. широко используют для излучения и приёма звука в технике связи и звуковоспроизведения, для измерения и приёма упругих колебаний в УЗ-технике, гидроакустике и в акустоэлектронике. Наиб. распространённые Э. п. линейны, т. е. удовлетворяют требованию неискажённой передачи сигнала, и обратимы, т. е. могут работать и как излучатели, и как приёмники, и подчиняются взаимности принципу .В большинстве Э. п. имеет место двойное преобразование энергии: электромеханическое, в результате к-рого часть подводимой к преобразователю электрич. энергии переходит в энергию колебаний нек-рой механич. системы, и механоакустическое, при к-ром колебания механич. системы в среде создают звуковое поле.

Существуют Э. п., не имеющие механич. колебат. системы и создающие колебания непосредственно в среде, напр. электроискровой излучатель, возбуждающий интенсивные звуковые колебания в результате искрового разряда в жидкости, излучатель, действие к-рого основано на электрострикции жидкостей. Эти излучатели необратимы и применяются редко. К особому классу Э. п. относятся приёмники звука (также необратимые), основанные на изменении электрич. сопротивления чувствит. элемента под влиянием звукового давления, напр. угольный микрофон или полупроводниковые приёмники, в к-рых используется тензорезистивный эффект .Когда Э. п. служит излучателем, на его входе задаются электрич. напряжение U и ток i, определяющие его колебат. скорость u и звуковое давление р в создаваемом им поле; на входе Э. п--приёмника действует давление р или колебат. скорость u, обусловливающие напряжение V и ток I на его выходе. Теоретич. расчёт Э. п. устанавливает связь между его входными и выходными параметрами.

Колебат. механич. системами Э. п. могут быть стержни, пластинки, оболочки разл. формы (полые цилиндры, сферы, совершающие разл. вида колебания), механич. системы более сложной конфигурации. Колебат. скорости и деформации, возникающие в системе под воздействием сил, распределённых по её объёму, могут, в свою очередь, иметь достаточно сложное распределение. В ряде случаев, однако, в механич. системе можно указать элементы, колебания к-рых с достаточным приближением характеризуются только кинетич. и потенц. энергиями и энергией механич. потерь. Эти элементы имеют характер соответственно массы M, упругости 1/С и активного механич. сопротивления r (т. н. системы с сосредоточенными параметрами). Часто реальную систему удаётся искусственно свести к эквивалентной ей (в смысле баланса энергий) системе с сосредоточенными параметрами, определив т. н. эквивалентные массу М_экв, упругость 1/С_экв и сопротивление трению r_м. Расчёт механич. систем с сосредоточенными параметрами может быть произведён методом электромеханич. аналогий. В большинстве случаев при электромеханич. преобразовании преобладает преобразование в механич. энергию энергии либо электрического, либо магн. полей (и обратно), соответственно чему обратимые Э.п. могут быть разбиты на след. группы: э л е к т р о д и н а м и ч е ск и е п р е о б р а з о в а т е л и, действие к-рых основано на электродинамич. эффекте (излучатели) и эл--магн. индукции (приёмники), напр. громкоговоритель, микрофон; э л е к т р о с т а т и ч е с к и е п р е о б р а з о в а т е л и, действие к-рых основано на изменении силы притяжения обкладок конденсатора при изменении напряжения на нём и на изменении заряда или напряжения при относит. перемещении обкладок конденсатора (громкоговорители, микрофоны); пьезоэлектрические преобразователи, основанные на прямом и обратном пьезоэффекте (см. Пъезоэлектрики); э л е к т р о м а г н и т н ы е п р е о б р а з о в а т е л и, основанные на колебаниях ферромагн. сердечника в перем. магн. поле и изменении магн. потока при движении сердечника; м а г н и т о с т р и к ц и о н н ы е п р е о б р а з о в а т е л и, использующие прямой и обратный эффект магнитостри-кции.

Свойства Э. п--приёмника характеризуются его чувствительностью в режиме холостого хода g_хх= V/р и внутр. сопротивлением Z_эл. По виду частотной зависимости V/p различают широкополосные и резонансные приёмники. Работу Э. п--излучателя характеризуют: чувствительность, равная отношению р на определ. расстоянии от него на оси характеристики направленности к U или i; внутр. сопротивление, представляющее собой нагрузку для источника элек-трич. энергии; акустоэлектрич. кпд h_ак/эл= W_ак/ W_эл, где W_ак - активная излучаемая акустическая мощность, W_эл - активная электрич. потребляемая мощность, W_aк = Z_нu²₀ (u₀-колебат. скорость точки центра приведения на излучающей поверхности, Z_н- механич. сопротивление акустич. нагрузки, равное сопротивлению излучения Z_s, при контакте Э.п. со сплошной средой). Перечисленные параметры зависят от частоты. Величины р и h_ак/эл достигают макс. значения на частотах механич. резонанса, вследствие чего мощные излучатели делают, как правило, резонансными. Конструкции Э. п. существенно зависят от их назначения и применения и поэтому весьма разнообразны.

Лит.: Фурдуев В. В., Электроакустика, М.- Л., 1948; Хар-кевич А. А., Теория преобразователей, М--Л., 1948; Матау-шек И., Ультразвуковая техника, пер. с нем., М., 1962; Ультразвуковые преобразователи, пер. с англ., М., 1972.

Б. С. Аронов, Р. Е. Пасынков.

   <<      Предметный указатель      >>