Dźwięk mowy, muzyki czy sygnałów ostrzegawczych towarzyszy nam na co dzień i znajduje szerokie zastosowanie w elektronice, między innymi w syrenach, głośnikach oraz wzmacniaczach. Jeśli planujesz pracę z przetwornikiem dźwięku przy projektach związanych z automatyką domową, rozwiązaniami rozrywkowymi lub zastosowaniami przemysłowymi, szybko pojawiają się konkretne pytania. Jak działa przetwornik dźwięku i gdzie znajduje zastosowanie? W naszym poradniku przyglądamy się najważniejszym zagadnieniom i wyjaśniamy je w prosty, praktyczny sposób.
To urządzenie, które przekształca energię w fale akustyczne. Sygnały elektryczne zamieniają się dzięki niemu w dźwięk słyszalny dla człowieka. Najbardziej znanym przykładem takiego zastosowania jest głośnik. Ten sam mechanizm działa również w drugą stronę, zamieniając sygnały akustyczne na elektryczne. Dobrym przykładem jest tutaj mikrofon.
Zasada przetwarzania sygnału elektrycznego na dźwięk znajduje zastosowanie w wielu urządzeniach, jednak najczęściej spotyka się ją w dwóch podstawowych formach:
Sygnalizator
Przetworniki dźwięku mają prostą konstrukcję i niewielki zakres odtwarzanych częstotliwości. Najczęściej generują pojedynczy sygnał dźwiękowy, rzadziej dwa lub trzy różne tony. W zależności od wysokości dźwięku odbiór może przypominać brzęczenie albo krótkie, wyraźne piszczenie. Standardowo emitują sygnały ciągłe lub przerywane, powtarzane w określonych odstępach czasu.
Głośnik
Te przetworniki dźwięku przetwarzają również bardziej złożone sygnały elektryczne i odtwarzają na przykład melodie oraz mowę.
Ich zadaniem jest przekształcanie energii elektrycznej w fale dźwiękowe oraz odwrotnie. Przeniesienie energii między tymi formami może odbywać się na różne sposoby.
Przetwornik elektrodynamiczny
Sygnał dźwiękowy powstaje dzięki współpracy cewki drgającej, magnesu i membrany. Impuls elektryczny trafia do ruchomej cewki, która porusza się w polu magnetycznym i wprawia membranę w drgania. W efekcie w powietrzu pojawiają się falujące zmiany ciśnienia odbierane przez ucho jako dźwięk. Przetworniki elektrodynamiczne należą do najczęściej stosowanych rozwiązań.
Przetwornik elektrostatyczny
Membrana zostaje napięta pomiędzy dwiema metalowymi płytami i pod wpływem przyłożonego napięcia wprawia się bezpośrednio w ruch. Brak cewki drgającej przekłada się na ponadprzeciętną jakość dźwięku. Jednocześnie bardziej złożona konstrukcja sprawia, że przetworniki elektrostatyczne należą do droższych rozwiązań.
Przetworniki typu Balanced Armature (BA)
Przetworniki BA wykorzystują specjalny element zwany kotwicą (armature) oraz magnes trwały. Gdy zaczyna płynąć prąd, kotwica ulega namagnesowaniu i wprawia się w ruch. Do jej konstrukcji przymocowana jest membrana, która generuje dźwięk. Dzięki kompaktowej budowie ten typ przetworników świetnie sprawdza się w słuchawkach dokanałowych, gdzie liczy się precyzja i niewielki rozmiar.
Przed zakupem warto przyjrzeć się kilku istotnym kryteriom, które wpływają na komfort użytkowania i dopasowanie urządzenia do konkretnego zastosowania.
Głośność
Niezależnie od tego, czy wybierasz niewielki sygnalizator, czy pełnoprawny głośnik, przetwornik powinien osiągać odpowiedni poziom natężenia dźwięku wyrażony w decybelach. Wiele modeli oferuje zakres od około 60 do 120 dB..
Jak głośny powinien być dźwięk?
Wszystko zależy od miejsca i sposobu użytkowania. Standardowa rozmowa odbywa się na poziomie około 55 dB. W przypadku urządzeń ostrzegawczych dźwięk musi być wyraźnie słyszalny, dlatego jego natężenie często przekracza 90 dB.
Rodzaj odtwarzania dźwięku
Sygnalizatory emitują dźwięk ciągły lub pracują w trybie przerywanym. Głośniki odtwarzają bardziej złożone sekwencje dźwięków, ale dobrze sprawdzają się także w prostych zastosowaniach.
Napięcie
Małe przetworniki działają już przy napięciu 1,5 V, natomiast dostępne są również elementy przystosowane do pracy przy napięciu sięgającym 240 V.
Moc znamionowa
Podaje się ją w watach. W przypadku małych przetworników i głośników zakres zwykle mieści się między 0,03 a 30 W.
Częstotliwość
Wyraża się ją w hercach (Hz) i może zaczynać się już od 4,5 Hz. Jednocześnie zakres pracy głośników jest bardzo szeroki, ponieważ niektóre modele osiągają nawet 16 000 Hz.
Warto pamiętać, że ludzkie ucho odbiera dźwięki w przedziale od 20 do 20 000 Hz.
Impedancja
Określa zależność między napięciem a natężeniem prądu i opisuje opór elektryczny urządzenia. W wielu przetwornikach wynosi ona 8 omów, choć spotyka się także modele o niższej impedancji 4 omów lub wyższej, sięgającej 16 omów.
Sposób montażu
Jako niewielkie komponenty, wiele przetworników montuje się bezpośrednio na płytce drukowanej poprzez przykręcenie lub przylutowanie. Dostępne są także głośniki w obudowach, które dobrze sprawdzają się przy montażu od frontu.
Do czego wykorzystuje się przetworniki dźwięku?
Stosuje się je w wielu urządzeniach komunikacyjnych, na przykład jako małe głośniki w słuchawkach, smartfonach i tabletach. Pojawiają się także w sprzęcie RTV, takim jak radio, telewizor czy przenośna konsola do gier. W systemach domowych i zabezpieczeniach pełnią funkcję sygnalizatorów alarmowych. Znajdują zastosowanie również w urządzeniach medycznych, między innymi w aparatach USG oraz aparatach słuchowych..
Jak montuje się przetworniki dźwięku?
Można je zamontować jako element na płytce drukowanej albo jako osobne urządzenie z własną obudową. Niewielkie sygnalizatory często występują w formie komponentów z wyprowadzeniami do lutowania i w ten sposób trafiają na płytę. Popularne są zarówno połączenia lutowane, jak i systemy wtykowe. Inne modele mają przygotowane otwory montażowe w obudowie, dzięki czemu sprawdzają się przy montażu od frontu z użyciem śrub oraz przy podłączeniu przewodów zakończonych gołymi końcówkami. Dostępne są też wersje wyposażone w adaptery przyłączeniowe.
Jak zasila się przetworniki dźwięku?
Mogą pracować podłączone do sieci elektrycznej albo korzystać z zasilania bateryjnego. Przykładem są głośniki Bluetooth, które działają na wbudowanych akumulatorach.
Jaka jest jakość dźwięku przetworników?
Ze względu na kompaktową konstrukcję zakres odtwarzanych częstotliwości pozostaje ograniczony, dlatego jakość dźwięku jest umiarkowana. Dobrze, gdy charakterystyka częstotliwościowa przebiega możliwie liniowo, ponieważ wtedy brzmienie zachowuje większą naturalność.
Jakie są zalety małych głośników?
Niewielkie rozmiary ułatwiają montaż nawet w bardzo ograniczonej przestrzeni i w urządzeniach przenośnych. Komponenty tego typu dają dużą swobodę zastosowań, dlatego chętnie sięgają po nie również osoby realizujące własne projekty. Przy tym pozostają niedrogie i zużywają niewiele energii.