Prenosová sústava (mikrofón, reproduktor, prijímač, vysielač)

Prírodné vedy » Fyzika

Autor: ivana123
Typ práce: Referát
Dátum: 21.01.2014
Jazyk: Slovenčina
Rozsah: 5 133 slov
Počet zobrazení: 5 464
Tlačení: 346
Uložení: 392
Prenosová sústava (mikrofón, reproduktor, prijímač, vysielač)
 
1. ŠÍRENIE ZVUKU A ZÁKLADNÉ POJMY
Zvuk vzniká chvením hmotného prostredia, ktoré toto chvenie predáva hmotným časticiam iného prostredia, napríklad vzduchu. Vo vzduchu nastáva zhusťovanie a zrieďovanie častíc. Miesta zhustenia a zriedenia vzduchu postupujú vzduchom ako zvuková vlna určitou rýchlosťou, ktorú nazývame rýchlosť šírenia zvuku a označujeme ju písmenom vz. Vzdialenosť miest maximálne alebo minimálne zriedených častíc nazývame dĺžkou zvukovej vlny, označujeme ju písmenom λ. Počet týchto zhustení alebo zriedení za základnú jednotku času nazývame kmitočet (frekvencia) a označuje sa písmenom f. Ľudské ucho vníma zvuky s frekvenciou od 16 do 20000 Hz.

Zvuk sa šíri iba hmotným prostredím. Napríklad vo vzduchu sú nositeľmi predávanej energie hmotné častice vzduchu. Rýchlosť šírenia zvuku závisí na prostredí, v ktorom sa zvuk šíri. Pri danom prostredí závisí na fyzikálnom stave tohto prostredia. Rýchlosť šírenia zvuku nezávisí od jeho kmitočtu. Vzduch, v ktorom sa zvuk šíri, má vzhľadom k základnému atmosférickému tlaku v miestach zhustenia častíc mierny pretlak a v miestach zriedenia mierny podtlak. Tieto zmeny tlaku sa nazývajú akustický tlak, ktorý označujeme písmenom p. Jednotkou akustického tlaku v sústave SI je 1 Pa. Najrozšírenejší údaj o veľkosti akustického tlaku je tzv. hladina akustického tlaku označovaná písmenom L a udávaná je v decibeloch [dB].
Pojmom akustický výkon, označovaným písmenom P, sa rozumie akustická energia, ktorá prejde ľubovoľnou plochou S za sekundu.
Celkové rozpätie hladiny akustického tlaku je od 0dB (čo súvisí s prahom citlivosti ucha pri 1000 Hz
u dobre počujúcej osoby) až po 130 dB - 140 dB, tzv. prah bolestivosti.

1.1. Hlasitosť zvuku
Hlasitosť zvuku vnímaná ľudským sluchovým orgánom neodpovedá pre všetky kmitočty relatívnej hodnote hladiny akustického tlaku. Preto boli vytvorené tzv. krivky rovnakej hlasitosti. Každý bod týchto kriviek zodpovedá určitej hladine akustického tlaku zvuku, ktorý je vnímaný pri rôznych kmitočtoch ako rovnako hlasitý.
 
1.2. Emile Berliner
sa považuje za vynálezcu prvého mikrofónu. Narodil sa v Hannoveri, Nemecko; odcestoval do USA kde pracoval ako fyzik. Berlinger ako prvý zachytil hlas do zinkovej platne. Neskôr zo zinkového podkladu prešiel na oceľový a z tohto prelisovával drážky so záznamom do tvrdej gumy - vinylu. Hladal ten najvhodnejší základný materiál na výrobu gramoplatní a nakoniec prišiel na šelak, čo je prírodná živica z Thajska. Šelak bol lacný a pred vynájdením nových umelých hmôt bol veľmi vhodný na sériovú výrobu gramoplatní. V amerike predal svoj patent na mikrofón, neskôr aj návrh gramofónu. Založil spoločnosť Deutsche Grammophon a britskú Gramophone Co. Ltd. ktoré predávali gramofóny aj v európe. Okrem iného so synom zostrojili helikoptéru, s ktorou predviedli prvý kontrolovaný let v histórii.

2. Podstata činnosti meničov
Elektroakustický menič premieňa elektrický signál na akustický alebo naopak. Premena sa väčšinou uskutočňuje prostredníctvom mechanických prvkov. Pri zmene akustického signálu na elektrický sa hovorí o prijímači (mikrofóny), pri zmene elektrického signálu na akustický o vysielači (reproduktory, slúchadlá).
Elektromechanický menič, meniaci elektrický signál na mechanický pohyb, alebo mechanický pohyb na elektrický signál, využíva niektorý z princípov premeny elektrickej energie na mechanickú alebo naopak.
 
2.1. Druhy mikrofónov
 
2.1.1. Dynamický mikrofón
Membrána mikrofónu sa pohybuje v závislosti na akustickom tlaku. Toto zároveň spôsobuje aj pohyb cievky, ktorá je spojená s membránou. V cievke, ktorá sa takto pohybuje v magnetickom poli, sa vytvára elektrický signál. Výstupné napätie sa mení v závislosti na pohybe membrány a cievky. U tohto mikrofónu pohybuje membrána cievkou v magnetickom poli permanentného magnetu, čím sa vytvára striedavé napätie respektíve prúd (ide o opačný proces ako sa odohráva v klasických reproduktoroch). Dynamické mikrofóny sú menej citlivé ako kondenzátorové mikrofóny, lepšie preto spracúvajú hlasitý spev pri živých vystúpeniach atď. Nevyžadujú napájanie a sú veľmi odolné voči mechanickému poškodeniu. (Príkladom žijúcej legendy je napríklad mikrofón Shure SM58, ktorý sa veľmi často používa pri verejných vystúpeniach). Smerová charakteristika je srdcová.

2.1.2. Páskový mikrofón
Tento mikrofón pracuje na rovnakom princípe ako dynamický mikrofón. Rozdiel je v tom, že membrána je nahradená tenkým alumíniovým pásikom, ktorý sa v závislosti na akustickom tlaku pohybuje v magnetickom poli. Dynamický mikrofón páskový (tzv. Ribbon). Tu je „membránou“ zvlnený pásik z veľmi tenkej hliníkovej fólie(opäť niekoľko mikrónov), umiestnený v permanentnom poli magnetov. Na prevod z veľmi malej impedancie sa používa transformátor, ktorý je kľúčovou zložkou týchto mikrofónov, podobne ako sila magnetov (dnes väčšinou neodýmové) a kvalita napnutia a zvlnenia hliníkovej fólie. Konštrukcia je jednoduchá ale je veľmi citlivý na mechanické poškodenie a nemôže sa skladovať blízko magneticky citlivých médií, pretože môže dôjsť k ich zmagnetizovaniu. Dnes prežívajú páskové mikrofóny „comeback“, napriek veľmi nízkej citlivosti, a frekvenčnému rozsahu do približne 15kHz. Ich veľkým kladom je príjemný „teplý zvuk“. Dlhodobo sa takéto mikróny musia skladovať v zvislej polohe. Špecifické sú osmičkovou charakteristikou.

2.1.3 Kondenzátorový mikrofón

Tento druh mikrofónu obsahuje dve tenké kovové doštičky, ktoré navzájom tvoria kondenzátor. Napájací obvod vytvára v kondenzátore elektrický náboj. Jedna z týchto doštičiek je pevne uchytená a druhá je pohyblivá má funkciu akustickej membrány. Vzájomné približovanie a odiaľovanie týchto doštičiek spôsobuje zmenu kapacity a tým aj zmenu výstupného napätia. Hrúbka membrány je niekoľko mikrónov a je na nej nanesená vrstva vzácneho kovu, najčastejšie zlata, podobnou metódou ako sa vyrábajú tranzistory. Zmena kapacity sa premieňa na elektrický signál buď pomocou napájania z mäkkého zdroja alebo predzosilňovača s veľmi veľkou vstupnou impednaciou (na toto sú veľmi vhodné elektrónky, ktoré sa používali v prvých mikrofónoch. Dnes je jednoduchšie riešiť taký mikrofón pomocou integrovaného obvodu, resp, tranzistorov). Niekedy je mikrofón súčasť oscilátora rozlaďovaného zmenou kapacity a v nasledujúcich obvodoch je zmena demodulovaná na nízkofrekvenčný signál. Je nutné aby vzdialenosť medzi membránou a predzosilovačom bola čo najmenšia. Priemer membrány je zvyčajne jeden palec (čiže:2,54cm). Kondenzátorové mikrofóny vyžadujú napájanie. Pri vhodnej konštrukcii mikrofónnovej vložky je možné polarizačným napätím meniť smerovú charakteristiku mikrofónu, čo sa využíva pri štúdiových mikrofónoch. Kondenzátorové mikrofóny sa používajú hlavne pre profesionálny štúdiový záznam a na účely merania. Pri živých vystúpeniach sa dnes používajú hlavne dynamické mikrofóny. Kondenzátorový mikrofón patrí medzi akusticky najvierohodnejšie a najcitlivejšie spomedzi rôznych princípov mikrofónov.
2.1.4 Elektretový mikrofón
Elektretový mikrofón je typom kondenzátorového mikrofónu, u ktorého je elektrické pole potrebné pre funkciu, vytvárané elektretom čiže nevodivou hmotou, ktorá je permanentne nabitá. V rytme pohybu membrány sa mení kapacita kondenzátora a tým aj napätie medzi doskami. Zmeny napätia musia byť spracované predzosilovačom s vysokou vstupnou impedanciou, (zvyčajne zabudovaný FET tranzistor, priamo v telese mikrofónu), tým pádom potrebujú aj napájanie. Vyrábajú sa pre náročné meracie účely, pre štúdiá, ale takisto aj pre nenáročné použitie napríklad v počítačoch, telefónoch, spotrebnej elektronike atď. Samotné teleso mikrofónu nie je zvyčajne v priemere väčšie ako 1 cm.
 
 
2.1.5 Uhlíkový mikrofón
Tento typ nie je ani dynamickým ani kondenzátorovým mikrofónom. Mikrofón bol používaný v starých telefónnych prístrojoch, a kvôli odolnosti proti otrasom aj v armádnych vysielačkách a telefónoch. Princip je založený na stláčaní uhlíkových granulí. Ak sú tieto stlačené ich odpor klesá a výstupné napätie rastie. Na princípe uhlíkového mikrofónu boli skonštruované aj prvé akustické zosilňovače pre telefónne ústredne. Takéto zosilňovače mali vysoké skreslenie a malý frekvenčný rozsah. V mikrofónoch tejto konštrukcie sa pri mechanických (aj veľmi jemných) úderoch objavuje chraštenie spôsobené trením uhlíkových zrniek o seba. V začiatkoch rozhlasového vysielania prechádzal uhlíkovým mikrofónom signál vysielača s vysokým výkonom, mikrofóny preto vyžadovali chladenie. Boli umiestňované do ťažkých statívov a do sústav pružín čo eliminovalo mechanické rázy. Nemajú žiadnu smerovú charakteristiku.

2.1.6 Piezoelektrický mikrofón
Mikrofón je založený na piezoelektrickom jave. Kryštálová substancia pri svojej deformácii generuje polarizované elektrické napätie. Na tomto princípe je založený piezoelektrický mikrofón, ktorý sa používa hlavne na snímanie zvuku akustických nástrojov (kontrabas, gitara, husle), pretože sa plochý snímací prvok dá s výhodou upevniť na rezonančnú dosku hudobného nástroja. Vibrácie dosky sa preniesli na snímací kryštál, čo generovalo napätie ekvivalentné vibráciám. Piezoelektrický mikrofón sa používal hlavne v druhej polovici 20. storočia. Nízke náklady na jeho výrobu ho predurčili ako doplnok k páskovým magnetofónom.
 
2.2. VLASTNOSTI REPRODUKTOROV - ZÁKLADNÉ POJMY

2.2.1. Menovitá impedancia

Pretože je reproduktor napájaný striedavým prúdom, zaujíma nás impedancia jeho cievky. Táto impedancia je vždy vyššia ako činný odpor kmitacej cievky. Impedancia je však kmitočtovo závislá a u priamovyžarujúcich reproduktorov má v oblasti nízkych kmitočtov výrazné maximum (v oblasti vlastného rezonančného kmitočtu reproduktora. Najmenšia impedancia, ktorá je len o málo väčšia ako činný odpor cievky reproduktora, sa nazýva menovitá impedancia. Táto impedancia je dôležitá, pretože pri konštantnom napätí je príkon do reproduktora najväčší práve pri najmenšej impedancii. Preto je táto veličina úzko spätá s maximálnym príkonom. Dovolené odchýlky od menovitých impedancií sú –5 až +15%.

2.2.2. Príkon reproduktora
Príkon reproduktora je pri rovnakom napätí kmitočtovo závislý. Najväčší je pri najmenšej elektrickej impedancii, čiže pri menovitej impedancii. Pretože z hľadiska používania je dôležitý maximálny príkon a je jedno pri akom kmitočte nastáva, udáva sa tento príkon s ohľadom na kmitočtové rozloženie signálu a podľa normy sa nazýva štandardný príkon. Veľkosť štandardného príkonu sa mení úmerne so zmenou privádzaného napätia. Čím je napätie vyššie, tým je štandardný príkon väčší. Príkon reproduktora však nemôžeme zvyšovať neobmedzene, preto výrobcovia udávajú tzv. maximálny štandardný príkon, teda taký príkon, ktorý by sa behom používania nemal prekročiť, pretože by došlo k nadmernému skresleniu akustického signálu, alebo k mechanickému poškodeniu kmitacej sústavy reproduktora. Odolnosť voči poškodeniu izolácie alebo prerušeniu vinutia cievky vplyvom zohriatia býva značne veľká, pretože kmitacia cievka je dokonale chladená. Mechanická pevnosť systému, hlavne z hľadiska doby životnosti, je hlavným dôvodom obmedzenia príkonu. Táto mechanická pevnosť však závisí na kmitočtovom spektre signálu. Kmitočty blízke rezonančnému kmitočtu reproduktora, pri ktorých má membrána najväčšiu výchylku, najviac mechanicky namáhajú kmitací systém.

2.2.3. Rezonančná frekvencia (kmitočet)
Každý reproduktor má určitú rezonančnú frekvenciu , ktorá závisí na hmotnosti a poddajnosti kmitacieho systému. Pre návrh ozvučnice reproduktora je znalosť tohto rezonančného kmitočtu veľmi dôležitá. U basových reproduktorov je rezonančná frekvencia tiež jedným z ukazateľov akosti (čím je nižšia, tým je reproduktor kvalitnejší).
 
2.2.4. Frekvenčný rozsah, frekvenčná charakteristika
Frekvenčná charakteristika mikrofónu je závislosť citlivosti od frekvencie. Vyjadruje sa graficky. Fyzikálnym ideálom by bol mikrofón, ktorý by akustický podnet premenil vždy na ekvivalentný elektrický signál bez ohľadu na jeho frekvenciu. Tak tomu však nie je. Dosiahnutie vyrovnanej charakteristiky aspoň vo počuteľné oblasti vyžaduje nákladné opatrenia, napríklad veľmi malé rozmery mikrofónu. Z nedostatku sa však časom stala ctnosť a frekvenčné nevyrovnanosti jednotlivých výrobkov začali byť využívané tak, aby pomohli zvýrazniť alebo potlačiť niektoré charakteristické zvukové odtiene snímaných objektov. Napr. všetky mikrofóny okrem všesmerných pracujú ako prevodníky gradientu tlaku, s približovaním k zdroju signálu zosiľnujú hlboké frekvencie - tzv 'proximity efekt'. Toho využívajú niektorí speváci na dosiahnutie teplej farby zvuku v niektorých pasážach spevu približovaním a oddiaľovaním mikrofónu.

Pre špeciálne účely sa vyrábajú mikrofóny s potlačenou časťou frekvenčnej charakteristiky (napr. pre reportážne snímanie reči alebo pre komunikačné zariadenia pracujúce v hlučnom prostredí), v niektorých prípadoch sú vybavené aj prepínateľnými korekciami priamo vo vlastnom telese mikrofónu, alebo majú zdôrazniť určitú časť spektra potrebnú ku snímaniu zvuku špecifických hudobných nástrojov.

2.2.5. Charakteristická citlivosť
Charakteristická citlivosť udáva priemerný akustický tlak v ose reproduktora vo vzdialenosti 1 m pri príkone 1 VA v určitom frekvenčnom pásme. Príkon sa stanoví s ohľadom na menovitú impedanciu reproduktora a jemu odpovedajúce napätie sa udržuje konštantné.

2.3. REPRODUKTOROVÉ SÚSTAVY

2.3.1. Ozvučnice pre priamovyžarujúce reproduktory
Priamovyžarujúce reproduktory potrebujú ku svojej správnej činnosti ozvučnicu. Piestový pohyb membrány vytvára akustický tlak na obidvoch stranách membrány, ale okamžitá fáza týchto tlakov je opačná - v okamihu vytvorenia pretlaku pred membránou sa vytvára podtlak za membránou. Zvukové vlny s vlnovou dĺžkou väčšou ako je priemer membrány vyrovnávajú pretlak a podtlak a pre tieto kmitočty nastáva akustický skrat, ktorý sa prejaví poklesom frekvenčnej charakteristiky. Aby sa tomuto akustickému skratu zabránilo, upevňuje sa reproduktor na dosku zvanú ozvučnica. Táto doska predlžuje vzdialenosť medzi prednou a zadnou stranou membrány a tým posúva hraničnú frekvenciu, pri ktorej nastáva akustický skrat, k nižším kmitočtom. Akustické obvody vytvorené v ozvučnici môžu priaznivo, niekedy však i nepriaznivo ovplyvniť priebehy frekvenčnej charakteristiky, prevažne na okrajoch prenášaného pásma.
Podľa konštrukčného riešenia sa typy ozvučníc delia na:
- doskové
- skriňové otvorené
- skriňové uzavreté
- typu bass-reflex
- iné

2.3.2. Elektrické výhybky
Elektrická výhybka je neodmysliteľnou súčasťou sústavy, kde jednotlivé reproduktory vyžarujú len časť akustického spektra. Jej úlohou je rozdeliť akustický signál tak, aby každý z reproduktorov dostal len tú časť spektra, ktorú dokáže optimálne vyžariť. Ak pripojíme sústavu s dvomi paralelne zapojenými reproduktormi, jedným hlbokotónovým a jedným vysokotónovým, obidva s rovnakou citlivosťou a impedanciou na zosilňovač s výkonom napr. 10W, zapojenie spôsobí, že sa výkon zosilňovača rozdelí v celom akustickom spektre rovnako do obidvoch reproduktorov (5W na každý reproduktor). Takto by sa polovica vysokotónového výkonu by sa zmarila v hlbokotónovom reproduktore, ktorý nie je schopný vyžariť vysoké tóny a naopak . Výsledkom by bolo len polovičné využitie výkonu zosilňovača. Aby sme teda plne využili výkon zosilňovača, musíme do obvodov jednotlivých reproduktorov zapojiť kondenzátory a tlmivky, s pomocou ktorých budeme môcť využiť plný výkon zosilňovača. Kondenzátory prepúšťajú vysoké tóny a zadržiavajú nízke a tlmivky prepúšťajú nízke a zadržiavajú vysoké tóny. Ak zapojíme kondenzátor s tlmivkou za sebou, budú prepúšťať len stredné kmitočty. Vlastnosti výhybky udáva jej strmosť. Je to vlastnosť výhybky, ktorá určuje ako prudko klesá alebo stúpa príkon do reproduktora od deliaceho kmitočtu. Strmosť výhybky udávame počtom decibelov, o ktoré sa zníži alebo zvýši napätie na reproduktore v jednej oktáve od deliaceho kmitočtu. 

2.4. Priamovyžarujúci elektrodynamický reproduktor
Tento typ reproduktora je v súčasnosti najpoužívanejší. Priamovyžarujúci sa nazýva preto, lebo membrána je s vonkajším vzduchom viazaná priamo, bez pomocných zariadení.
 
2.4.1. Popis činnosti
Ak sa priloží na prívodné svorky reproduktora striedavé napätie, prechádza vinutím cievky prúd nepriamo úmerný impedancii vinutia. Pretože cievka reproduktora je v homogénnom magnetickom poli kolmom na smer vinutia cievky, bude na toto vinutie pôsobiť sila, ktorá sústavu axiálne vychyľuje z rovnovážnej polohy na jednu alebo druhú stranu, podľa okamžitej polarity striedavého prúdu. Smer výchylky závisí na zmysle vinutia, smere magnetických silových čiar a okamžitej polarite striedavého prúdu. Cievky dvoch reproduktorov kmitajú pri paralelnom prepojení vo fáze, ak je zmysel vinutia obidvoch cievok rovnaký a magnetické silové čiary majú rovnaký smer. Z dôvodu fázovania dvoch alebo niekoľkých reproduktorov sú začiatky vinutia cievok označené na vývodoch reproduktorov farebnou značkou, v schémach bodkou. Pretože je cievka reproduktora pevne spojená s membránou, prenesú sa kmity cievky na membránu. Membrána predá toto kmitanie okolitému vzduchu. Pretože okolitý vzduch predstavuje pre membránu priamovyžarujúceho reproduktora veľmi malú záťaž, účinnosť reproduktora je malá 0,5 až 4%.

2.4.2. Magnetický obvod
Táto časť je tou najdrahšou časťou celého reproduktora. Magnetický obvod sa vyrába prevažne s permanentným magnetom. Používané tvrdé magnetické zliatiny vytvoria v medzere dostatočne veľkú magnetickú indukciu aj pri relatívne malých rozmeroch magnetického obvodu. Magnetický obvod sa delí na permanentný magnet a na magneticky mäkké pólové nástavce. Pólové nástavce sústreďujú čo najväčšiu časť energie permanentného magnetu do vzduchovej medzery.

Permanentný magnet sa obvykle vyrába z magneticky tvrdého feritu, no používa sa aj zliatina AlNiCo. Dnes sa vyrábajú reproduktory prevažne s vonkajším magnetom, no používajú sa aj vnútorné magnety, ktoré majú obvykle menší magnetický rozptyl a preto väčšiu účinnosť. Vzduchová medzera má obvykle prstencový tvar určený tromi charakteristickými rozmermi – výškou, šírkou a vnútorným priemerom. Platí, že čím sú tieto rozmery menšie, tým väčší magnetický tok sa dá v medzere dosiahnuť (pokiaľ nie je magneticky mäkký materiál presýtený). Výška vzduchovej medzery je konštrukčne viazaná na výšku kmitacej cievky. Šírka vzduchovej medzery zase závisí od hrúbky kmitacej cievky (priemer drôtu, počet vrstiev a nosný materiál) a oproti tejto hrúbke musí byť zväčšená o bezpečnú vzdialenosť. Táto bezpečná vzdialenosť závisí na výrobných toleranciách a na spôsobe použitia reproduktora.

2.4.3. Kmitacia cievka
Kmitacia cievka býva navinutá na tenkú papierovú podložku smaltovaným drôtom. Po navinutí sa cievka bakelizuje, poprípade sa spevní vhodným lepidlom. Dnes sa však už stretneme aj s hliníkovými alebo kaptonovými formermi (nosičmi cievky), ktoré znesú podstatne väčšiu teplotu.
Kmitacia cievka je pevne spojená s membránou. Vývody cievky sú spravidla vyvedené na membránu blízko samotnej kmitacej cievky a odtiaľ sú vyvedené ohybným káblikom napr. na spájkovacie očká. Ohybný káblik nesmie byť príliš dlhý aby nespôsoboval prípadné pazvuky, no taktiež nemôže brániť membráne v pohybe. Prierez drôtu cievky môže byť malý, pretože teplo vzniknuté stratami v činnom odpore vinutia je dobre odvedené pólovými nástavcami a vyžarené hmotou magnetického obvodu.

2.4.4. Membrána
Membrána sa kedysi vyrábala výlučne zo špeciálne pripravovanej papieroviny. Okraj membrány má niekoľko vlniek, aby sa dosiahla dobrá poddajnosť, a aby membrána kmitala piestovo. V súčasnosti sa namiesto vlniek používajú aj gumené alebo textilné obruby, ktoré majú dlhšiu životnosť. Dnes sa papierové membrány vyskytujú len u lacných reproduktorov, alebo naopak u profesionálnych reproduktorov vysokej účinnosti do PA systémov. Dnes používané reproduktory majú membrány buď z lakovaného papiera, alebo z polypropylénu, výnimočne aj z hliníka alebo kevlaru. Tieto membrány dokážu premieňať na zvuk aj kmity s frekvenciou menšou ako 30 Hz, s čím majú klasické papierové membrány značné problémy. Membrána však musí mať čo najmenšiu hmotnosť, pretože účinnosť reproduktora klesá s druhou mocninou hmotnosti kmitacieho systému. Tvar a materiálové vlastnosti majú veľký vplyv na prenosové vlastnosti reproduktora. Membrána ovplyvňuje nielen kmitočtový priebeh, ale môže spôsobiť rôzne skreslenia. Jedným z nich je vznik subharmonických tónov, ktoré pôsobia v reprodukcii rušivo. Sú to nežiadúce kmity membrány, ktoré majú polovičný kmitočet ako prenášaný signál a vznikajú vplyvom namáhania membrány na vzper. Preto sa používa tzv. nerozvinuteľný tvar membrány (Obr.5).
 
2.4.5. Kôš reproduktora
Kôš reproduktora tvorí mechanicky nosnú časť magnetického obvodu a membrány. Väčšinou to je výlisok z plechu, u reproduktorov veľkých rozmerov je z hliníkovej alebo inej zliatiny. Kôš má veľké otvory, aby za membránou nevznikal nevhodný akustický obvod.

2.4.6. Strediaci prvok
Strediaci prvok udržuje kmitaciu cievku s membránou v ose vzduchovej medzery. Zabraňuje posunutiu kmitacej cievky, ktoré by spôsobilo trenie cievky o časti magnetického obvodu. Umožňuje však voľný pohyb membrány a kmitacej cievky v smere osi vzduchovej medzery. Strediaci prvok musí byť takisto ako membrána čo najľahší. Taktiež však musí byť dokonale priedušný, aby nekládol nežiadúci prídavný odpor.

2.5. Nepriamovyžarujúce reproduktory (reproduktory so zvukovodom)

2.5.1. Popis činnosti
Keďže priamovyžarujúce reproduktory majú malú účinnosť, existujú aj reproduktory nepriamovyžarujúce, u ktorých je záťaž membrány prostredím väčšia. Ak uzatvára membrána trúbku rovnakého priemeru ako je priemer membrány, môže v tejto trúbke vytvoriť postupujúcu rovinnú vlnu. Za týchto podmienok je membrána veľmi dobre prispôsobená prostrediu. Ak má trúbka konečnú dĺžku, chová sa výstupný otvor trúbky ako tenká membrána, ktorá časť energie vyžarí a časť energie sa odrazí späť. V trúbke takto vzniknú stojaté vlny. Ak dáme pred membránu trúbku, ktorej prierez sa smerom od membrány zväčšuje až do prierezu, pri ktorom je odrazená energia na prechode do prostredia minimálna, je membrána viac zaťažená ako pri priamej väzbe s prostredím. Funkciu takejto trúbky, ktorá mení prierez s dĺžkou, plní vhodný zvukovod. Takýmto reproduktorom so zvukovodom je napr. tlakový reproduktor, ktorý dosahuje účinnosť 10 až 30%. Takýto tlakový reproduktor sa vyskytoval aj na starých magnetofónoch. Dnes sa využíva ako vysokotónový reproduktor vo výkonných sústavách.

2.5.2. Delenie reproduktorov podľa prenášaného kmitočtu
Podľa prenášaného kmitočtu delíme reproduktory na:
- širokopásmové
- hlbokotónové (basové)
- stredotónové
- vysokotónové
- špeciálne

2.5.3. Širokopásmové reproduktory
Tieto reproduktory nachádzajú široké uplatnenie v bežnej spotrebnej elektronike ako sú rádiomagnetofóny alebo televízory. Tieto reproduktory môžu mať aj eliptický tvar, čo vyrovnáva ich frekvenčnú charakteristiku, ale na druhej strane znižuje charakteristickú citlivosť. Membrány týchto reproduktorov sa vyrábajú z papiera. Pre zlepšenie reprodukcie sa používajú vysokotónové kužele, ktoré sú pevne spojené s membránou a sú obvykle vyrobené z materiálu tvrdšieho ako samotná membrána. K širokopásmovým reproduktorom možno zaradiť aj reproduktory koaxiálne, kde už síce je reproduktor aj vysokotónový stále však dohromady tvoria jeden nedeliteľný celok. Takéto reproduktory nachádzajú uplatnenie hlavne v automobiloch, kde je na klasické viacpásmové rozloženie málo miesta.

2.5.4. Hlbokotónové reproduktory
Tieto reproduktory sa vyskytujú v každej reproduktorovej ozvučnici, kde je zvuk vytváraný viac ako jedným reproduktorom. Rozmermi sú basové reproduktory najväčšie pretože s veľkosťou membrány stúpa účinnosť reprodukcie nižších kmitočtov. Avšak reproduktory s väčšou výchylkou a menšou membránou sa vyrovnajú väčším reproduktorom. To sa dnes vo veľkom využíva, preto dnešné reproduktory s priemerom 20 cm predbehnú kvalitou reprodukcie niekdajšie 38 centimetrové reproduktory. Okrem toho, že sú najväčšie, sú basové reproduktory aj najvýkonnejšie pretože výkon 1W neznamená pre reproduktor to isté zaťaženie pri kmitočte 50 Hz a pri kmitočte 15000 Hz. Platí, že čím je kmitočet pri danom príkone nižší, tým je zaťaženie pre reproduktor vyššie.

2.5.5. Vysokotónové reproduktory
Takisto ako basové aj tieto reproduktory sa nachádzajú v každej viacpásmovej ozvučnici. Poznáme viac typov týchto reproduktorov. Jedným z nich je klasický typ, ktorý vyzerá podobne ako iné elektrodynamické reproduktory. Tento typ reproduktora však účinne nevyžaruje najvyššie kmitočty. Niekedy sa používali tlakové reproduktory so zvukovodom, dnes sa však kvôli vysokej cene v bežných reprosústavách nevyskytuje. Nahradil ho piezoelektrický reproduktor so zvukovodom, ktorý je vynikajúci čo sa týka hornej hranice frekvenčného rozsahu, no jeho frekvenčná charakteristika nie je až taká vyrovnaná ako je tomu u najnovšieho typu vysokotónového reproduktora, ktorým je kalotový reproduktor. Ten sa dnes zo spomínaných typov používa najviac vďaka jeho nízkej cene, vyrovnanému frekvenčnému rozsahu a taktiež vďaka jeho malým rozmerom.

3. Vysielač
Bezdrôtový prenos signálov sa uskutočňuje pomocou rádiokomunikačnej oznamovacej sústavy, ktorá môže byť rôzne usporiadaná podľa toho kde sa používa. Základnou častou rádiokomunikačnej oznamovacej sústavy je vždy vysielač.
 
Oscilátor O je zdrojom elektromagnetických kmitov s vysokou frekvenciou fV. (rádovo 10-1 MHz až 103 MHz), ktorá je nosnou frekvenciou vysielača. Napríklad nosná frekvencia vysielača rozhlasovej stanice v pásme dlhých vĺn je 272 kHz, v pásme stredných vĺn je 1233 kHz a v pásme veľmi krátkych vĺn je 66,83 MHz. Nosné frekvencie vysielačov sú medzinárodnou dohodou rozdelené do rádiokomunikačných pásiem.
 
Ďalšou časťou vysielača je modulátor M. V modulátore sa uskutočňuje modulácia vysokofrekvenčného kmitania z oscilátora vysielača akustickým signálom s nízkou frekvenciou fn. V rozhlasových vysielačoch sa používajú dva druhy modulácie:

1. amplitúdová modulácia (na dlhých, stredných a krátkych vlnách), 
2. frekvenčná modulácia (na veľmi krátkych vlnách).

Pri amplitúdovej modulácii sa nízkofrekvenčným signálom un mení amplitúda vysokofrekvenčných kmitov uv a vzniká výsledný modulovaný signál um. Pri frekvenčnej modulácii je amplitúda nosných kmitov konštantná a mení sa ich frekvencia (posledný priebeh). Frekvenčne modulovaný signál je zložitý a na jeho prenos treba oveľa širšie frekvenčné pásmo. Preto sa tento druh modulácie používa pri vysielačoch v pásme VKV.
 
Úlohou koncového stupňa vysielača K je zosilniť modulovaný vysokofrekvenčný signál, aby mal potrebný výkon, ktorý vysielacia anténa A vyžaruje do priestoru. Antény rozhlasových vysielačov bývajú zväčša polvlnové dipóly, ktoré sú pri vysokovýkonných vysielačoch konštruované ako oceľový stožiar. Vzhľadom na to, že napätie na koncoch dipólu má kmitňu (miesto, kde má stojaté vlnenie najväčšiu amplitúdu), musí byť päta stožiara oddelená od zeme mohutným porcelánovým izolátorom. Zvislý dipól vyžaruje energiu rovnomerne všetkými smermi pozdĺž povrchu Zeme.
Vysielacie antény rozhlasu na veľmi krátkych vlnách a televízie sa umiesťujú na vrcholy vysielacích veží. Anténové dipóly bývajú zvyčajne orientované tak, že ležia vo vodorovnej rovine. Pri vysielačoch s väčšími výkonmi signál vyžaruje anténová sústava, ktorá sa skladá z väčšieho počtu dipólov. Dipóly sú rozmiestené a navzájom spojené tak. aby interferenciou polí jednotlivých dipólov vzniklo výsledné pole s väčšou intenzitou.
 
3.1. Rádiové a mikrovlnné žiarenie
Elektromagnetické žiarenie je súhrnný názov pre všetky druhy elektromagnetického vlnenia vyžarovaného rôznymi zdrojmi. Spektrum elektromagnetického žiarenia obsahuje tieto druhy: rádiové žiarenie, mikrovlnné žiarenie, infračervené žiarenie, svetlo, ultrafialové žiarenie, röntgenové žiarenie a kozmické žiarenie nazývané tiež gama žiarenie.
My sa budeme venovať základnej charakteristike mikrovlnného a rádiového žiarenia, ich využitiu v praxi a taktiež účinkom na ľudský organizmus.
V nasledujúcej tabuľke sú uvedené základné parametre, t.j. frekvencia a vlnová dĺžka žiarení. Uvedené delenie je iba orientačné a medzi jednotlivými druhmi žiarenia nie sú pevné hranice. Takisto nie sú presne definované hranice pre označenie jednotlivých druhov.
 
3.1.1. Mikrovlnné žiarenie má vlnovú dĺžku v rozmedzí 1 – 10-3 metra. Jeho zdrojom sú špeciálne mikrovlnné generátory (napr. klystróny, magnetróny). Mikrovlnné žiarenie pri pohltení v biologických tkanivách sa premieňa na tepelnú energiu, ktorá sa distribuuje do okolitého tkaniva a môže zvýšiť teplotu o niekoľko desatín stupňa, čo ovplyvňuje činnosť enzýmov. Pre človeka sú najnebezpečnejšie mutácie regulačných génov a proteínov, ktoré kontrolujú delenie – mitózu buniek a sú podstatné pre vznik rakoviny.
V roku 1965 bolo náhodou objavené mikrovlnné žiarenie kozmického pozadia (cosmic mikrovawe background – CMB). CMB detegujeme tam, kde sme donedávna nevedeli rozlíšiť nič okrem čiernej tmy medzi hviezdami a galaxiami, na dne temnoty, kde panuje iba nepatrne vyššia teplota ako absolútna nula (2,73 Kelvinov), CMB je kľúčom k základným kozmologickým problémom, už krátko po objave ho vedci povýšili za hlavný dôkaz teórie big bangu, ktorá doteraz najprijateľnejšie vysvetľuje vznik vesmíru.
Mikrovlny sa používajú na smerové spoje medzi pozemnými stanicami, na satelitné prenosy, v radarovej technike na rádiolokáciu, v mikrovlnkách, atď.
 
3.1.2. Radary
Radar je elektronické zariadenie na zisťovanie a zameriavanie polohy pozemných a vzdušných objektov. Princíp rádiolokácie je založený na priamočiarom šírení mikrovĺn a ich odraze od vodivých prekážok. Radary pracujú na decimetrových alebo centimetrových vlnách, lebo dĺžka použitej vlny musí byť oveľa menšia ako rozmery objektu, ktorý majú zachytiť. Radary slúžia nielen na zisťovanie polohy lietadiel a lodí, ale tiež mrakov v meteorológii, v spojení s počítacím strojom a pomocným zariadením umožňujú navádzanie na dráhu a automatické pristávanie lietadiel aj pri minimálnej viditeľnosti.
 
3.1.3. Masery
Na zvýšenie citlivosti najnáročnejších rádioteleskopov a spojovacích zariadení používaných pri kozmických letoch a diaľkových rádiolokátorov, ktoré majú zachytiť letiace telesá na vzdialenosť väčšiu ako 1000 km sa používajú kvantové paramagnetické zosilňovače nazývané masery. Názov maser pochádza z prvých písmen, označujúcich v angličtine ich funkciu: „Microwave amplification by stimulated emission of radiation“ – mikrovlnné zosilnenie pomocou stimulovanej emisie žiarenia. Princíp činnosti masera objavili a prvý maser navrhli roku 1954 ruskí fyzici N.G.Basov a A.M.Prochorov. Objav bol odmenený Nobelovou cenou.  Rádiové žiarenie má vlnovú dĺžku v rozmedzí 104 – 1 metra. V našom okolí sa nachádza veľa prirodzených aj umelých zdrojov rádiového žiarenia. Obvyklým umelým zdrojom rádiového žiarenia je elektromagnetický oscilátor. Prirodzeným zdrojom sú vesmírne telesá. Štúdiom vesmírneho rádiového žiarenia sa zaoberá rádioastronómia. Každé teleso vo vesmíre vyžaruje okrem iného aj rádiové vlny, ibaže naše dnešné prístroje nezachytia veľmi slabé zdroje. Sú však mnohé telesá, ktorých rádiové emisie pozorujeme. Aktívne eruptívne hviezdy často predvádzajú výrazné erupcie, ktoré pozorujeme aj na rádiových vlnách. Červení obri, hviezdy na sklonku svojho života, prechádzajú veľkými zmenami svojej štruktúry a vyžarujú k nám na rádiových vlnách. Veľmi zaujímavým zdrojom rádiových vĺn sú pulzary, malé neutrónové hviezdy, ktoré rotujú veľkými rýchlosťami. Slnko je slabým rádiovým zdrojom, ale je k nám blízko, takže jeho pozorovanie je relatívne jednoduché. Prístroj na meranie toku rádiových vĺn zo Slnka sa nazýva rádiometer. Rádiové žiarenie sa používa na prenos rozhlasového a televízneho signálu, na rádiokomunikáciu pomocou vysielačiek, na prenos signálu mobilných telefónov.
 
3.1.4.  Šírenie rádiových vĺn v atmosfére
Zemská atmosféra prepúšťa rádiové žiarenie s vlnovou dĺžkou 1 mm až 30 m (tzv. rádiové okno). Dlhé a stredné vlny sa v atmosfére ohýbajú na prekážkach, horstvách a pod., takže môžu byť zachytené pri povrchu Zeme na veľkú vzdialenosť. Krátke vlny sa šíria takmerpriamočiaro. Ohýbajú sa na prekážkach tým menej, čím majú kratšiu vlnovú dĺžku a ich príjem by mal byť teda možný len v pásme „priamej viditeľnosti“. Vieme však, že na krátkych vlnách je možný aj diaľkový príjem. Umožňujú ho odrazené vlny od ionosféry. Účinkom slnečného žiarenia vznikajú vo výške asi 100 km nad zemským povrchom ionizačné vrstvy, ktoré sú trochu vodivé a pôsobia na vlny ako zrkadlo.

4. Prijímač
Prijímače, podobne ako vysielače, majú v rádiokomunikačných oznamovacích sústavách rozličnú funkciu, spôsob použitia i konštrukciu. Každý prijímač má však isté funkčné časti, ktorých princíp vysvetlíme na príklade rozhlasového prijímača. Vstupná časť prijímača je elektromagnetický dipól - anténa A. Elektromagnetické vlnenie vyslané z vysielača vynucuje v anténe kmitanie s veľmi malou amplitúdou napätia. Anténa je väzbou spojená s laditeľným oscilačným obvodom LO, ktorý sa naladí na nosnú frekvenciu vysielača.  Nastáva rezonančné zosilnenie prijatého signálu, ktorý je ešte zosilnený vysokofrekvenčným zosilňovačom VF.   Zosilnený vysokofrekvenčný modulovaný signál (vf) postupuje do demodulátora (detektora) D. Tu sa akustický signál (nf), ktorý nesie príslušnú informáciu, oddelí od nosnej vysokofrekvenčnej zložky. Na demoduláciu sa v prijímačoch používa v najjednoduchšom prípade polovodičová dióda, ktorá vysokofrekvenčný signál jednocestne usmerní.
 
Na pracovnom rezistore R demodulátora dostaneme jednocestne usmernený vysokofrekvenčný signál, ktorý je vyhladeným filtračným kondenzátorom Cf. Kapacita kondenzátora je zvolená tak, aby vysokofrekvenčnú zložku signálu skratoval, ale netlmil nízkofrekvenčnú zložku. Pracovným rezistorom potom prechádza iba prúd s priebehom zodpovedajúcim akustickému signálu. V koncovom nízkofrekvenčnom zosilňovači nf sa akustický signál zosilní a privedie do reproduktora R. Charakteristickou vlastnosťou moderných rozhlasových prijímačov je ich citlivosť' a selektivita. To znamená, že umožňujú príjem vzdialených vysielačov, ktoré majú v mieste príjmu slabý signál a môžu výberovo (selektívne) zachytiť isté frekvencie, kým signály aj málo odlišných frekvencií sú potlačené.

Takéto prijímače pracujú zvyčajne na princípe superheterodynu, ktorý sa zakladá na tom, že signál akejkoľvek frekvencie sa vždy premení na určitú frekvenciu (napr. 455 kHz). Dosiahne sa to tak, že prijatý signál sa zmieša s kmitmi osobitného oscilátora s meniteľnou frekvenciou. Platí, že rozdiel frekvencie fo oscilátora a frekvencie fs signálu je konštantný a rovná sa tzv. medzifrekvencii fm (fm = fo - fs = konšt.). V ďalších častiach prijímača sa potom spracúva iba tento medzifrekvenčný signál, čo umožňuje zvýšiť selektivitu prijímača. 
 
5. Princíp televízie
Televízne vysielanie zabezpečuje sieť televíznych vysielačov, ktoré pracujú vo vymedzených pásmach veľmi krátkych vĺn. Antény vysielačov vyžarujú televízny signál, ktorý má dve zložky: obrazovú (videosignál) a zvukovú (akustický signál). Nosné frekvencie obidvoch zložiek sa odlišujú. Rozdiel je aj v tom, že na prenos videosignálu sa používa amplitúdová modulácia a na prenos akustického signálu frekvenčná modulácia.

Na príjem televízneho signálu sa používa televízny prijímač, ktorý podobne ako rozhlasový prijímač pracuje na princípe superhetu. Televízny signál zachytený anténou sa v televíznom prijímači rozdelí na akustickú a obrazovú zložku. Akustická zložka sa premení na zvuk v podstate rovnakým spôsobom ako v rozhlasovom prijímači. Obrazová zložka televízneho signálu sa spracuje v obrazovej časti televízora. Zosilnený televízny signál sa demoduluje a získaný videosignál sa po zosilnení obrazovým zosilňovačom privádza na riadiacu elektródu televíznej obrazovky. Potenciál elektródy sa mení, čím sa ovplyvňuje prúd elektrónov, ktoré v obrazovke dopadajú na tienidlo a spôsobujú jeho žiarenie. Elektrónový lúč sa opäť pohybuje po tienidle v riadkoch a podľa priebehu videosignálu sa mení jas tienidla a vzniká optický obraz.

Základy televízie sme vysvetlili na príklade televízneho prenosu čierno–bieleho obrazu. Prenos farebného obrazu je oveľa zložitejší. Vyplýva to z toho, že nestačí prenášať len informácie o jase obrazu, ale treba ich doplniť informáciou o farbe, t.j. o jej farebnom tóne a sýtosti. Vychádza sa z poznatku, že miešaním troch farieb – červenej, zelenej a modrej v rozličnom pomere možno utvoriť celú stupnicu farebných odtieňov, vrátane sivej a bielej.
V kamere pre farebnú televíziu sa získavajú tri základné farebné signály, z ktorých sa v prenosovej sústave utvárajú dva signály – jasový a farbonosný. Jasový signál zodpovedá v podstate signálu čierno–bielej televízie, čo umožňuje príjem vysielania farebnej televízie aj prijímačom na čierno-bielu televíziu. Skladba farbonosného signálu je zložitejšia a jeho prenos sa uskutočňuje rozličnými prenosovými systémami. Odlišnosť systémov ja v spôsobe utvárania a prenosu farbonosného signálu. V televíznom prijímači sa farebný obraz utvára na tienidle obrazovky s veľmi jemnou štruktúrou. V nej sú pravidelne rozmiestnené plôšky, ktoré pri dopade elektrónu žiaria červeno, zeleno alebo modro. Vznikajú tak tri základné farebné obrazy, ktoré sa navzájom prelínajú. Keďže jemná štruktúra tienidla nie je z bežnej vzdialenosti okom rozlíšiteľná, vnímame výsledný farebný obraz, ktorý môže mať všetky odtiene farieb.

Oboduj prácu: 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1

Diskusia: Prenosová sústava (mikrofón, reproduktor, prijímač, vysielač)

Pridať nový komentár


Odporúčame

Prírodné vedy » Fyzika

:: KATEGÓRIE – Referáty, ťaháky, maturita:

Vygenerované za 0.013 s.
Zavrieť reklamu