Рис. 13
Еще в начале XIX века замечательный английский физик Фарадей открыл явление электромагнитной индукции, которое сейчас используется практически во всех типах электрогенераторов и двигателей. На этом явлении основана также работа электродинамического микрофона и громкоговорителя. Первый из них можно считать своеобразным генератором, второй — двигателем.
Явление электромагнитной индукции можно коротко описать так. Если в магнитное поле поместить проводник и затем каким-то образом менять это поле, то на концах проводника появится электродвижущая сила. Менять магнитное поле можно по-разному, в том числе, перемещая магнит относительно проводника или, что то же самое, перемещая проводник относительно магнита. Именно это и происходит в динамическом микрофоне. Под действием звуковых ваш диффузор микрофона колеблется. Вместе с диффузором движется в магнитном поле звуковая катушка, и в результате электромагнитной индукции на ней появляется э. д. с. При этом величина э. д. с. и характер ее изменения полностью определяются характером движения диффузора, то есть в конечном итоге звуковыми волнами. Таким образом, микрофон довольно точно «переводит» звук на «электрический язык», используя энергию звука, создает электрический ток. Этим микрофон и похож на генератор, который вырабатывает электрическую энергию также за счет механической работы, например работы, которую выполняет расширяющийся пар или падающая вода.
Громкоговоритель, как мы уже отмечали, похож на электродвигатель— к нему подводится электрическая энергия и он превращает ее в механическую работу, двигая диффузор.
Электромагнитная индукция — явление обратимое. При движении проводника в магнитном поле на нем наводится переменная э. д. с. и, наоборот, под действием переменной э. д. с. проводник начинает двигаться в магнитном поле. Последнее объясняется тем, что проводник, по которому течет ток, обладает магнитными свойствами (стр. 11) и поэтому взаимодействует с постоянным магнитом точно так же, как взаимодействуют друг с другом (притягиваются или отталкиваются) два магнита. В результате такого взаимодействия проводник, а в нашем случае это звуковая катушка, колеблется в магнитном поле, увлекает за собой диффузор, который и создает звуковые волны. Здесь, так же как и в микрофоне, сохраняется соответствие между звуком и током — звук будет своеобразной копией того переменного тока, который протекает в звуковой катушке громкоговорителя. Как сами видите, машина, которая создает голоса и даже имитирует целый симфонический оркестр, устроена довольно просто.
Вся сложность состоит в том, чтобы передать этой машине достаточно точный электрический «шаблон», по которому будет воспроизводиться нужный звук, то есть, проще говоря, подвести к звуковой катушке переменный ток необходимой формы, ну и конечно, достаточно сильный для того, чтобы, преодолевая сопротивление воздуха, двигать диффузор.
Два слова об обратимости. В ряде случаев динамический микрофон и громкоговоритель действительно могут заменить друг друга. Когда в продаже не было маленьких громкоговорителей для карманных приемников, радиолюбители с успехом использовали вместо них некоторые типы микрофонов. И наоборот, громкоговорителю иногда приходится работать вместо микрофона (стр. 150).
* * *
КОРОТКО и ЯСНО
Для того чтобы не загромождать схему длинными надписями, применяется система сокращенной записи величии сопротивлений и емкости конденсаторов.
Сопротивления. Когда сопротивление указано в омах, то просто пишут цифру без каких-либо дополнительных обозначений. Если возле цифры стоит обозначение ком, значит сопротивление выражено в килоомах. Десятичная дробь говорит, что величина сопротивления приведена в мегомах.
Конденсаторы. Цифра без запятой означает, что емкость указана в пикофарадах. Цифра с запятой, то есть десятичная дробь, говорит, что емкость конденсатора приведена и микрофарадах.
Примеры:
R — 200 означает 200 ом
R — 200 ком означает 200 килоом
R — 0,2 означает 0,2 Мом
R — 10,0 означает 10 Мом
С — 200 означает 200 пф
С — 0,002 означает 0,002 мкф, или, что то же самое, 2 000 пф
С — 20,0 означает 20 мкф.
В особых случаях рядом с конденсатором указывают напряжение, на которое он должен быть рассчитан. Рядом с переменными и подстроечными конденсаторами обычно указывают их минимальную и максимальную емкость.
* * *
Знакомясь с микрофоном и громкоговорителем, мы с вами как-то незаметно ввели еще одно действующее лицо — переменный ток. Рассматривая карманный фонарик, мы говорили, что в его цепи течет постоянный ток. При этом имелось в виду, что этот ток всегда течет в одну и ту же сторону и величина тока также остается неизменной. В карманном фонаре иначе и быть не могло — источником тока там является батарейка, которая всегда дает постоянную э. д. с.
Другое дело в микрофоне. Согласно законам электромагнитной индукции, величина э. д. с., которая наводится на проводнике, прежде всего зависит от скорости движения этого проводника в магнитном поле — чем быстрее движется проводник, тем больше наведенная э. д. с. Различной может быть и полярность электродвижущей силы — плюс и минус на концах проводника будут меняться местами, если двигать этот проводник то в одну сторону, то в другую. Теперь представьте себе, что получается, когда звуковая катушка микрофона под действием звуковых волн, падающих на диффузор, непрерывно колеблется. Электродвижущая сила, которая при этом возникает на концах звуковой катушки, непрерывно меняется — меняется и ее величина и полярность. Одним словом, на концах катушки действует переменная э. д. с. (рис. 14), которая и создает в цепи переменный ток (помните закон Ома? Ток в цепи зависит от э. д. с.).
Рис. 14
Так же как и любая переменная величина, в частности звук, переменный ток и переменное напряжение (э. д. с.) имеют следующие главные характеристики: наибольшее значение — амплитуду, период — время полного цикла колебаний, частоту — число периодов за секунду и, наконец, форму кривой, которую можно четко охарактеризовать суммой гармонических составляющих. Описать какой-либо переменный ток проще всего с помощью графика. Здесь кверху от оси времени откладывается какое-нибудь одно, причем совершенно безразлично какое, направление тока или напряжения, а книзу от оси — противоположное направление. Фактически получаются два графика с обшей осью времени — один график нормальный, другой перевернутый вверх ногами. Совершенно очевидно, что в нашем случае график переменного тока в цепи должен быть точной копией графика звуковых колебаний, которые мы хотим передать. Точно так же график звука, созданного громкоговорителем, должен точно соответствовать графику тока, который прошел по линии и попал в звуковую катушку громкоговорителя. Одним словом, оба преобразования, или, как мы их назвали, оба перевода: звук — ток (переводчик микрофон) и ток — звук (переводчик громкоговоритель) должны происходить без искажений. В этом случае в месте приема мы получим копию звука, который воздействовал на микрофон на передающей стороне нашей линии.
Раз уж зашел разговор об искажениях, стоит сказать о них более подробно. В звуковоспроизводящей аппаратуре встречается в основном два вида искажений — нелинейные и частотные. Вскрыть их причины мы пока не имеем возможности — об этом пойдет речь несколько позже. Сейчас можно говорить лишь о том, как проявляют себя различные искажения, каковы их результаты.
И в том и в другом случае искажается форма сигнала, например, график звука уже оказывается не похожим на график тока, который подводится к громкоговорителю. При этом в результате нелинейных искажений появляются новые гармонические составляющие, которые мы воспринимаем в виде посторонних хрипов и шумов. Частотные искажения не приводят к появлению новых составляющих, они лишь изменяют соотношение амплитуд существующих гармоник. В результате этого звук меняет свой тембр, меняет окраску.
