Рис. 5.5. Схематический поперечный разрез изодинамического преобразователя:

а) конструкция магнитной системы:

1 - магнит; 2 - пластина;

б) расположение полюсов магнитов: / - магнит; 2 -мембрана; 3-проводник;

в) конфигурация плоского проводника на мембране

В изодинамическом преобразователе проводник расположен па мембране в виде меандра. Магнитная система состоит из магнитных стержней, нз-магни-ченных в поперечном направлении с чередующейся полярностью. Проводники расположены на мембране между магнитами, т. е. в поле рассеяния магнитной цепи. Схематический поперечный разрез изодинамического преобразователя представлен на рис. 5.5.

Схематический пoпepeчн,fi разрез электростатического преобразователя показан на рис. 5.6. Преобразователь содержит мембрану / из металлизированной полимерной пленки, расположенной между двумя перфорированными металлическими электродами 2. Между неподвижными электродами и

Рис. 5.6. Принцип действия электростатического преобразователя:

/ - мембрана ; 2 - неподвижный электрод; 3 -прокладка; 4 - источник постоянного напряжения; 5-повышающий трансформатор; 6 - усилитель

мембраной расположены две прокладки 3, обеспечивающие воздушный зазор для свободного движения .мембраны. На мембрану подается постоянное напряжение поляризации величиной в несколько сот вольт. При подаче на неподвижные электроды напряжения .звуковой частоты мембрана начинает совершать колебания. Движение всех точек мембраны происходит синфазно, так как сила, действующая на ме.мбрану, равномерно распределена по всей ее поверхности. Электростатические телефоны имеют очень высокое качество звучания, но они имеют сложную конструкцию, так как содержат источник высокого напряжения поляризации 4 и повышающий трансформатор 5.

Разновидностью электростатических преобразователей являются электретные, отличающиеся тем, что в них в качестве мембраны используется полимерная пленка, способная длительное время сохранять электрический заряд, вследствие чего не требуется внешнего источника постоянного напряжения. На поверхность электретной пленки методом напыления наносится металлический слой, выполняющий роль подвижного электрода. На нем индуцируется заряд со знаком, противоположным примыкающей к нему поверхности пленки. Подвижный электрод через сопротивление R соединен с неподвижным электродом. На

неподвижном электроде скапливается заряд, равный по величине и обратный по знаку заряду подвижного электрода. В воздушном зазоре между неподвижным электродом и электретом возникает постоянное электрическое поле (рис. 5.7)

В пьезоэлектрических преобразователях телефонов используется принцип обратного пьезоэффекта [5.2]. При подведении к материалу, обладающему пьезоэлектрическими свойствами, переменного напряжения, материал претерпевает растяжения и сжатия, т. е. деформируется в соответствии с подводимым напряжением. В конструкциях телефонов в качестве материала для мембраны используют ориентированную пленку на основе поливинилидеифто-рида, которая после поляризации в сильном электрическом поле приобретает пьезоэлектрические свойства. Для использования в качестве пьезоэлемента плеи-

++++++

Рис. 5.7. Схема рас- Рис. 5.8. Схематический поперечный

пределения зарядов разрез пьезоэлектрического преобра-

в электретном преоб- зователя:

разовате.пе / - мембрана; 2 - картонная рамка;

3, 4 -рамка; 5 - пенополиуретан; 6, 7- контактные пластины

ку металлизируют с обеих сторон. Поливннилиденфторид представляет собой синтетическую смолу с высокой степенью полимеризации и кристаллизации. Пьезоэлектрические свойства пленки получает путем вытягивания вблизи температуры размягчения и поляризации при воздействии сильного электрического поля. Поливннилиденфторид также применяется в качестве электрета, однако разница между пьезоэлементом и электретом заключается в том, что электрический заряд э.пектрета создается только на его поверхности, тогда как пьезоэлектрические свойства вещества обусловлены внутренней молекулярной деформацией, поэтому свойства электретов зависят от влажности и температуры окружающей среды, а свойства пьезоэлемента стабильны. Пьезоэлемент из поливинилиденфторидной пленки может работать в широком диапазоне частот и пригоден для высококачественного звуковоспроизведения.

На рнс. 5.8 приведен схематический поперечный разрез пьезопленочного преобразователя. Мембрана 1 приклеена к картонной рамке 2 и помещена между двумя пластмассовыми прямоугольными рамками 3 и 4. В рамку 4 вкладывается кусок пенополиуретана прямоугольной формы б. Сигналы снимаются с обеих сторон мета.плизированной поверхности мембраны с помощью контактных пластин 6 и 7. Детали преобразователя имеют радиусный изгиб, необходимый для обеспечения симметричного колебания мембраны в поперечном ее поверхности направлении. При подведении к металлизированным поверхностям мембраны переменного напряжения звуковой частоты пленка претерпевает растяжения и сжатия, что вызывает колебания мембраны в направлении, перпендикулярном ее поверхности. При этом сила, действующая на мембрану, распределена по всей ее поверхности, что приводит к синфазным колебаниям отдельных ее участков. Телефоны с пьезоэлектрическими преобразователями очень просты по конструкции и имеют высокое качество звучания, трудность заключается в разработке пьезоп-пенки с величиной пьезомодуля, необходимой для обеспечения требуемого уровня звукового давления те.пефона.

По принципу акустической нагрузки, т. е.- акустической связи телефона с ухом слушателя, телефоны разделяются иа два типа: закрытые и открытые. Закрытые телефоны имеют кожаные амбушюры и корпус без отверстий, т. е, они нагружены на замкнутый объем. В зависимости от формы амбушюра закрытые телефоны могут быть либо охватывающими, либо прижимными. Ох-

ватывающим называется телефон, амбушюр которого охватывает ушную раковину и прижимается к голове. Прижимным называется телефон, прижимаемый снаружи к ушной раковине. Открытыми называются телефоны, электроакустический преобразователь которых сообщается с открытым пространст-ством как со стороны уха, так и с обратной стороны. Эта связь с передней стороны обеспечивается пористым амбушюром, а сзади - отверстиями в маг-иитопроводе и корпусе телефона. К этому же типу относятся телефоны, вкладываемые в ушную раковину и удерживающиеся в ней с помощью амбушюра либо оголовья. Каждый тип конструктивного оформления телефонов имеет свои преимущества и недостатки.

Закрытые охватывающие тепефоны почти полностью изолируют слушателя от окружающей среды. Это явление действует на слушателя отрицательно и вызывает у него быструю утомляемость, которая усугубляется еще двумя причинами, вызывающими дискомфортность: это чувство давления на уши , возникающее из-за герметичности объема под амбушюрами и давления амбушюров на голову, которое трудно уменьшить, так как при этом может нарушаться герметичность и эффективность воспроизведения нижних частот. Уменьшить прижим охватывающих телефонов, не нарушая при этом герметичности объема, можно, используя специальный мягкий амбушюр и оголовье с шарнирным устройством, обеспечивающим плотное прилегание амбушюра к голове. Амбушюры отечественных охватывающих телефонов, перечисленных в справочнике, не обладают достаточной мягкостью и эластичностью, позволяющей ослабить прижим оголовья. Кроме эргономических недостатков конструкция закрытых охватывающих телефонов не позволяет обеспечить хорошее воспроизведение высоких частот и получить равномерную ЧХЗД в среднечастотном диапазоне из-за возникновения продольных и поперечных стоячих волн, образующихся в объеме под амбушюром. Неравномерность ЧХЗД можно отчасти уменьшить пористым вкладышем в объем под амбушюром, но при этом несколько ухудшается воспроизведение высоких частот.

Прижимные закрытые телефоны не вызывают у слушателя чувство оторванности от окружающей среды, так как объем под амбушюром, вследствие сложной конфигурации ушной раковины, не. может быть герметичным. Однако это в свою очередь уменьшает эффективность воспроизведения низких частот. Неудовлетворительные эргономические показатели закрытых телефонов, а также общая тенденция к уменьшению размеров и облегчению веса звуковоспроизводящей аппаратуры привели к широкому распространению открытых головных телефонов для прослушивания записей от бытовой радиоаппаратуры. Однако в некоторых случаях, например/для контрольного прослушивания при записи магнитных фонограмм, а также для учебных целей с тем, чтобы сидящие рядом учащиеся не мешали друг другу, по-прежнему широко используются охватывающие телефоны.

Открытые телефоны, имеющие по сравнению с закрытыми значительно меньшие размеры и массу, используются, как правило, для работы от малогабаритной носимой звуковоспроизводящей аппаратуры. Вследствие малых размеров преобразователя и применения пористого пенополиуретаиового амбушюра, малогабаритные телефоны не могут обеспечить высококачественного воспроизведения низких частот. Конструкция полуоткрытых телефонов, имеющих амбушюры из плотного эластичного материала, оптимально сочетает в себе достоинства вышеперечисленных типов телефонов.

5.2. Основные характеристики. Методы измерений

Минимальные требования к электроакустическим параметрам стереотелефонов категории HI-FI, методы их измерения и оценки качества звучания изложены в международных документах МЭК - публикации 268.Ч.7 [б.З], 581.Ч.10 [5.4], 268.Ч.13 [5.51 соответственно.

Качество воспроизведения различных звуковых программ через стереоте.пе-фоны зависит от вносимых ими линейных и нелинейных искажений. Основным критерием линейных искажений является форма амплитудно-частотной характеристики звукового давления или уровня звукового давления (ЧХЗД), развиваемого телефоном. Под амплитудно-частотной характеристикой звукового