Elektroakustički pretvarači

MikrofoniZvučniciZvučnici

SlušaliceProf. dr Vlado Delić

P t čiPretvaračiPretvaraju jedan vid energije u drugiPretvaraju jedan vid energije u drugi

mehaničkoakustičkimembrane, žice, štapovi, , p

vibriraju i zrače (primaju) akustičku energijuelektromehanički

č i ib t i hid f i lt č i j kt izvučnice, vibratori, hidrofoni, ultrazvučni projektorielektroakustički (posredstvom membrane)

mikrofoni, zvučnici i slušalicemikrofoni, zvučnici i slušaliceSvi su analogni pretvarači

talasni oblik signala ostaje sačuvang j

Mikrofoni

Podela mikrofonaKarakteristikeKarakteristike

Režimi radaPrincip rada

Mik fMikrofonKovanica od dve grčke rečiKovanica od dve grčke reči

mikros (mali) + phone (zvuk)microphone (na engleskom)p ( g )

Razvoj uz radio, zvučni film i muzičku industrijuAlexander Graham Bell (1847-1922)

prvi analogni telefon – patent iz 1876. godinegrafitni mikrofon i elektromagnetni zvučnik

P i ik fPrimena mikrofonaTelefoni (fiksni mobilni VoIP)Telefoni (fiksni, mobilni, VoIP)Diktafoni (za govor)Snimači zvuka: na magnetne trake kaseteSnimači zvuka: na magnetne trake, kaseteStudija: radio i televizijski, govorni i muzičkiOzvučenje koncerti razglasOzvučenje – koncerti, razglasMerni mikrofoni (npr. fonometri)Mikrofonski nizoviMikrofonski nizoviUređaji koji primaju govorne komande

roboti igračke aparati u domaćinstvu industriji kolimaroboti, igračke, aparati u domaćinstvu, industriji, kolimaRačunari koji razgovaraju sa ljudima

P d l ik fPodele mikrofona

Po nameni: merenje snimanje ozvučavanjePo nameni: merenje, snimanje, ozvučavanje...Po karakteristici usmerenosti (akustička podela)

i i d či t j k tičk h ičkzavisi od načina pretvaranja akustičke u mehaničku en.neusmereni, usmereni (razne k-ke)

P k t k iji ( l kt ič d l )Po konstrukciji (električna podela)zavisi od načina pretvaranja mehaničke u električnu en.

ugljeni elektromagnetni piezoelektričniugljeni, elektromagnetni, piezoelektričnielektrodinamički, kondenzatorski

K d t ki ik f iKondenzatorski mikrofoniKvalitetniji ali skuplji od dinamičkihKvalitetniji, ali skuplji od dinamičkihKoriste audio miksere sa «fantomskim napajanjem» Interesantni su za radio stanice i studijaInteresantni su za radio stanice i studija (profesionalni)

informativne emisije autorski programi sa više ušesnika emisije sa «živom» muzikom iz studija

i di d iprimene u radio drami

El kt di ički ik f iElektrodinamički mikrofoniKoriste jednostavnije audio miksere kojiKoriste jednostavnije audio miksere koji nemaju «fantomsko napajanje»Dobro rešenje za manje radio staniceDobro rešenje za manje radio stanice

kraće informativne emisijemuzičke DJ programip gkontakt programi sa slušaocima i povremeno autorske programe sa više ušesnika

Studijski i broadcast dinamički mikrofonipribližavaju se kondenzatorskim po k kt i tik i ikarakteristikama i ceni

Ak tičk d l ik fAkustička podela mikrofonaPresioni (neusmereni omnidirekcioni)Presioni (neusmereni - omnidirekcioni)

Gradijentni (dvosmerni bidirekcioni)Gradijentni (dvosmerni - bidirekcioni)

Kombinovani mikrofon (jednosmerni kardioidni)Kombinovani mikrofon (jednosmerni - kardioidni)

Isti mikrofon može da ima više k-ka usmerenostipreklopnik koji otvara kućište na određen načinpreklopnik koji otvara kućište na određen način

Presioni mikrofon ( i)(neusmereni)

Zvučni pritisak deluje na membranuZvučni pritisak deluje na membranudeluje samo na jednu stranu membrane

druga strana membrane je zaštićena kutijomkućište

druga strana membrane je zaštićena kutijom

Sila koja deluje na membranu: F S

membrana

F = pSS - površina membrane

Presioni mikrofoni su neusmereni

p+p0 p0

Presioni mikrofoni su neusmerenireaguju na pritisak koji je skalarna veličinaizvesna usmerenost na višim frekvencijamaizvesna usmerenost na višim frekvencijama

membrana je u zvučnoj senci kućišta

Gradijentni mikrofon (d i b i ki)(dvosmerni, brzinski)

Zvučni pritisak deluje s obe straneZvučni pritisak deluje s obe stranekućište otvoreno s obe straneili realizacija sa dve membraneili realizacija sa dve membrane

Sila je srazmerna razlici (gradijentu) pritiska(g j ) p

F = (p1 - p2) Sfazna razlika zbog kašnjenja i putne razlikekašnjenja i putne razlike

Karakteristika usmerenostidvokružna (osmičasta)dvokružna (osmičasta)

αcosTpE =

K bi i ik fKombinovani mikrofonKarakteristika usmerenosti je kardiodaKarakteristika usmerenosti je kardioda

zbir signala presionog i gradijentnog mikrofonauski otvori slabe p2p2

Osetljivost sa zadnje strane je nulanaziva se i jednosmerni mikrofon

cos1)cos1(αα

++= TpE

na

2cos12 α+

= Tp

mem

bra

p1 p2p2' pp

Karakteristike mikrofona ( l kt k tičk )(elektro-akustičke)

1 Osetljivost (Sensitivity)1. Osetljivost (Sensitivity)2. Frekvencijski opseg (Frequency Range)3. Karakteristika usmerenosti (Polar Pattern)4. Izobličenja5. Dinamički opseg (max SPL i S/N ratio)6. Impedansap

1. Osetljivost(f kt t j )(faktor pretvaranja)

(Nivo) signala na izlazu iz mikrofona (e m s )(Nivo) signala na izlazu iz mikrofona (e.m.s.)pri odgovarajucem zvučnom pritisku ispred membrane (1m, 1kHz)( , )

Pokazuje koliko je mikrofon dobar pretvaračE EpET =

pEdBT log20][ =

izražava se u V / Pa ili češće u mV / Pareferentna osetljivost 1V / 1Pa je nedostižna

vrednost u dB pokazuje koliko treba pojačanje

2 F k ij ki2. Frekvencijski opsegPrikazuje nivo osetljivosti po frekvencijamaPrikazuje nivo osetljivosti po frekvencijama

referenca je osetljivost na 1 kHzKarakteriše kvalitet (ujednačenost)Karakteriše kvalitet (ujednačenost) reprodukcije glasa ili instrumenata

što ravnija sa minimalnim odstupanjima j p ju što širem frekvencijskom opsegu

Govorni treba da budu dobri bar do 7-8 kHzZa snimanje muzike

treba ravna karakteristika u celom audio opsegu

(Ne)zavisnost osetljivosti d f k ijod frekvencije

Osetljivost zavisi od e m s po frekvencijamaOsetljivost zavisi od e.m.s. po frekvencijamapotrebna je ravna frekvencijska karakteristikae m s zavisi od pomeraja ili brzinee.m.s. zavisi od pomeraja ili brzine

potrebno je da brzina ili pomeraj ne zavise od frekvencijepomeraj ne zavise od frekvencije

)( fET ϕ≠=

)(ili)()( ili )(

)(

ffvE

fp

ξξϕϕ

ϕ

==)( ili )( ffv ϕξϕ ≠≠

3 K kt i tik ti3. Karakteristika usmerenostiNeusmereni (omnidirectional) kružna k kaNeusmereni (omnidirectional) – kružna k-kaDvostrano usmereni – karakteristika u obliku osmiceUsmereni (cardioid hypercardioid)Usmereni (cardioid, hypercardioid)Superusmereni (ultra-directional)

pomeramo zvučnik po k-ki a na izlazu mikrofona isti naponpomeramo zvučnik po k ki a na izlazu mikrofona isti naponKarakteristika usmerenosti

osetljivost iz ugla α u odnosu na ugao 00

)(TTαα =Γ

Stepen usmerenostiindeks usmerenosti je u dB

0

m Ω==

∫ππγ π

444Ωm je efektivni prostorni ugao

iz njega T0, izvan 0m

md ΩΩΓ∫

γ π4

0

2

Tipične karakteristike ti ik fusmerenosti mikrofona

Neusmerena (kružna) Zavise od konstrukcijeNeusmerena (kružna)Jednosmerna (kardioida)Dvosmerna (osmičasta)

Zavise od konstrukcijeZavise i od učestanosti

pokazano kod osmičasteDvosmerna (osmičasta)izbor prema potrebama

pokazano kod osmičasteslično i kod ostalih

4 I blič j4. Izobličenja

Postoje jer je mikrofon nelinearni pojačavačPostoje jer je mikrofon nelinearni pojačavačprvi u elektroakustičkom lancu

dalje se samo pojačavaju ta izobličenjadalje se samo pojačavaju ta izobličenjazato moraju biti što manja – do 0,1 % ili 0,2 %rastu sa pojačanjem signala

Mera za nelinearna izobličenjaukupna harmonijska izobličenja

THD (total harmonic distortion)

5 Di ički5. Dinamički opsegOpseg u dB koji daje uvid u najjači i najslabiji zvukOpseg u dB koji daje uvid u najjači i najslabiji zvuk

koji mikrofon može da pretvori bez smetnji i izobličenjaGornja granica - maksimalni zvučni pritisak

najviši nivo zvuka ispred membrane mikrofona za koji su na njegovom izlazu ukupna harmonijska izobličenja THD < 1% (to je obično iznad granice bola)izobličenja THD 1% (to je obično iznad granice bola)

Donja granica određena je nivoom šumaosnovni (termički šum) ]Hz[][1064,1][ 20 fRVEn Δ⋅Ω⋅⋅= −

10 dB ispod din. opsegaZa govor dovoljno 40 dBZa snimanje muzike 80 90 dBZa snimanje muzike 80-90 dBZa laboratorijska merenja 140-150 dB

6 I d6. ImpedansaVažna za priključivanje na pojačaloVažna za priključivanje na pojačalo

potrebno prilagođenje po snazida bi se izvukao maksimum korisne snage signalag g

Kreće se u širokom opsegu vrednostireda Ω - kod elektrodinamičkih mikrofonareda MΩ - kod kondenzatorskih mikrofona

Poželjne iste impedanse mikrofona i pojačalakoriste se transformatori a (nad)prilagođenjekoriste se transformatori za (nad)prilagođenje

preslikana ulazna impedansa potrošača kao imp. mikrofonaproblem što reaktivni deo zavisi od frekvencijep j

nadprilagođenjem uzima se 10 puta veća imp. potrošača

Zavisnost impedanse d f k ij 2

⎞⎛od frekvencije 22 1

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛⋅

−⋅+=m

mm CmRZ

ωω

Rezonansa iznad radnog opsegarežim elastičnog kočenja

r

Z

<<ωω1režim elastičnog kočenja

Rezonansa ispod radnog opsega

mm C

Z⋅

=ω

<<ωωRezonansa ispod radnog opsegarežim inercijalnog kočenja mZm

r

⋅=<<ωωω

Rezonansa u radnom opsegurežim otpornog kočenja

r

RZ =≅ ωω

režim otpornog kočenja mm RZ

B i i j bBrzina i pomeraj membrane

Pomeraj membrane je p p veličina tje ωξ =Pomeraj membrane je p.p. veličinačestice vazduha osciluju po istom p.p. zakonu

M h ičk b i b j liči

eξ =

Mehanička brzina membrane je p.p. veličina

ξωωξ ω ⋅=⋅=∂

= jejv tj ξω ⋅=v

Brzina se može izraziti preko eq. el. šeme

ξ∂

jjt

ξω

21 ⎟

⎞⎜⎛

==m

FZFv

2 1⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛⋅

−⋅+m

m

m

CmR

ωω

Sil bSila na membranu

Presioni mikrofon SFPresioni mikrofonGradijentni mikrofon

li d i

SpF ⋅=

SppF ⋅−= )( 21 ω⋅⋅⋅=cdSpF

amplitude se isterazlikuju se faze

ličit tλπωω

ω/2/)cos(ˆ

cosˆ

2

1

==−==

ckkdtpptpp

različit putnajveća razlikaza izvor u osi ( )−−=

−=ωω kdtptpS

ppSF)cos(ˆcosˆ

)( 21

napon je u protivfaziza izvore sa 2 strane

razlika je 0 za izvore⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ −+=

λω dTtkdpS 21

2cos

2sinˆ2

razlika je 0 za izvoresa strane

22sin0

2kdkdkd

≅⇒→

R ži l tič k č jRežim elastičnog kočenja11i1

Presioni mikrofon Gradijentni mikrofon

mm

mm

mr C

ZC

RC

m⋅

=⇒⋅

<<⋅

<<⋅⇒<<ωωω

ωωω 11 i 1

Presioni mikrofon Gradijentni mikrofon

=ZFvSpF ⋅= ω⋅⋅⋅=

cdSpF

ξω ⋅=mZ

mCSpv ⋅⋅⋅= ω mCcdSpv ⋅⋅⋅⋅= 2ω

c

)(ωϕξ ≠⋅⋅= mCSpc

mCdSp ⋅⋅⋅⋅= ωξc

R ži i ij l k č jmZmRm ⋅=⇒⋅<<>>⋅⇒>> ωωωωω i1

Režim inercijalnog kočenjamZmR

Cm mm

mr ⋅=⇒⋅<<

⋅>>⋅⇒>> ωω

ωωωω i

Presioni mikrofon Gradijentni mikrofonPresioni mikrofon Gradijentni mikrofon

=ZFvSpF ⋅= ω⋅⋅⋅=

cdSpF

ξω ⋅=mZ

mSpv⋅⋅

=ω

)(ωϕ≠⋅⋅=

mcdSpv

c

m⋅ω ⋅mc

dSp ⋅⋅=ξSp ⋅

= 2ξmc ⋅⋅ωm⋅2ω

ξ

Režimi rada mikrofonskih bmembrana

Presioni mikrofon Gradijentni mikrofonPresioni mikrofon Gradijentni mikrofonv

dB dB

v

octdB6+

octdB6−

octdB12+

ffr

ξffr

ξ

octdB12− oct

dB6+octdB6−

ffr ffr

R ži t k č jRežim otpornog kočenjaRm ⇒⇒ Z1ωωω

Presioni mikrofon Gradijentni mikrofon

mm

r RC

m =⇒⋅

=⋅⇒= mZ ω

ωωω

Presioni mikrofon Gradijentni mikrofon

=ZFvSpF ⋅= ω⋅⋅⋅=

cdSpF

ξω ⋅=mZ

)(ωϕ≠⋅=

mRSpv ω⋅

⋅⋅⋅

=Rc

dSpv

c

mRmRc

)(ωϕξ ≠⋅⋅

=Rc

dSpRSp ⋅

=ξ⋅ mRcmR⋅ω

Princip rada i karakteristike kih ik fnekih mikrofona

Grafitni (ugljeni)Grafitni (ugljeni)Dinamički (sa trakom i kalemom)Kondenzatorski (i elektret)Kristalni – piezoelektični efekat

pločica kristala se naelektriše kad se savija

U lj i ( fit i) ik fUgljeni (grafitni) mikrofon⎤⎡ Δ⎤⎡ ⎞⎛ ΔΔ

2RERREE⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡ Δ−≅

⎥⎥⎦

⎤

⎢⎢⎣

⎡−⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛ Δ+

Δ−=

Δ+=Δ+

00

0

000

0

0

00 1...1

RR

RE

RR

RR

RE

RREII

EERE Δ ξhRER

RERRIE

RREI

0

0

0

002

0

0 )( =Δ=Δ+⋅Δ=Δ

≅Δ

CShEE

Presioni radi u režimu elastičnog kočenja0

0

RpShCEECSp m

m =⇒⋅⋅=ξ0

0

RCShE

pET m⋅⋅⋅==

Presioni, radi u režimu elastičnog kočenjaVelika osetljivost, loša frekvencijska k-ka

50-100 mV/Pa, pojačava 30-40 dB, napon 4-12Vp j p10-400 Ω, fr = 2000 Hz, robustan, mala dinamika

Elektrodinamički mikrofon( k l )(sa kalemom)

Provodniku se kreće u polju stalnog magnetaProvodniku se kreće u polju stalnog magnetaindukuje se e.m.s. srazmerna proizvodu B, l i v

Presioni, brzina se pretvara u e.m.s. ETPresioni, brzina se pretvara u e.m.s.režim otpornog kočenja

radni opseg npr. 200 do 8000 Hz vlBp

T

⋅⋅=

=

Osetljivost 1-5 mV/Padovoljno za odvojen pretpojačavač

tiž t i d k ij BSplB

p⋅

⋅⋅

=

postiže se sa magnetnom indukcijom Bopada pri udaru (padu) mikrofona

Velika dinamika (120 dB) mala izobličenja

m

SlBp

R=

Velika dinamika (120 dB), mala izobličenjaograničeno kretanje = smanjena dinamika

mRSlB ⋅⋅

=

Elektrodinamički mikrofon( t k )(sa trakom)

Starija varijanta elektrodinamičkog mikrofonaStarija varijanta elektrodinamičkog mikrofonaGradijentni mikrofon

brzinu prevara u e m s pET =

brzinu prevara u e.m.s.biramo režim inercijalnog kočenja

Osetljivost 0,2-0,5 mV/Pa pvlB

p⋅⋅

=

mala (mana)Mala impedansa cm

dSplB

p

⋅⋅⋅

⋅⋅=

neophodan trafo za prilagođenjediže osetljivost na 3 mV/Pa

Skupi su i vrlo osetljivi cmdSlB

p⋅⋅⋅

=Skupi su i vrlo osetljivi cm ⋅

K d t ki ik fKondenzatorski mikrofonKretanjem ploče kondenzatora (membrane)Kretanjem ploče kondenzatora (membrane)

menja se kapacitivnost i količina elektricitetanaelektrisanje se menja u ritmu zvukaj j

struja punjenja/pražnjenja stvara napon na otporniku

EdQ 1

CEQCCEQQQ Δ⋅=Δ⇒Δ+⋅=Δ+= 0000 )(

CCEI

CjECEj

dtdQI

m

Δ⋅=⋅⋅

=⇒Δ⋅⋅==0

00

1ω

ω

bCSpE

bEE

bCC

EE m⋅⋅

==⇒=Δ

= 0000

ξξ

bCSE

pET m⋅⋅== 0

Karakteristike k d t k ik fkondenzatorskog mikrofona

Presioni pomeraj se pretvara u e m s CSE ⋅⋅Presioni, pomeraj se pretvara u e.m.s.režim elastičnog kočenja (kao i ugljeni)(može se konstruisati i kao gradijentni)

Osetljivost do 10 mV/Pa

bCSET m⋅⋅

= 0

Osetljivost do 10 mV/Paali se ne može podići sa trafoom za prilagođenjepostiže se velikim DC naponom E0 = 100-200 V

d E /b ič b b j k d todnos E0 /b ograničen zbog proboja kondenzatoraRavna frekvencijska karakteristikaVeliki dinamički opseg (npr. 140 dB)p g ( p )Stabilan, otporan, skup (profesionalni)Velika impedansa 0,5-1 MΩ

ki d l ik t t f ( d) il đ jnaponski razdelnik umesto trafoa za (nad)prilagođenje

El kt t ik fElektret mikrofonDielektrik između obloga kondenzatoraDielektrik između obloga kondenzatora

elastični poliester (rešenje za veliki DC napon)ubaci se pod velikim pritiskom na visokoj temperaturip p j pu radnim uslovima ostaje polarisan – 100-150 V

Male dimenzije, lagan i čvrst, odlične k-keIma jako veliku impedansu, reda GΩ

mora se pažljivo vršiti prilagođenje impedansei kid k R ( t t f )generisana e.m.s. skida se preko R (umesto trafa)

C0 = 100 pF na niskim audio frekvencijama daje MΩčesto se u kućište stavlja pretpojačavač da snizi Rj p p j

da ne bi Z kabla u paraleli oborila R

K kt i tik ik fKarakteristike mikrofonaMikrofon Osetljivost Impedansa Izlazni naponMikrofon Osetljivost

dBImpedansa

ΩIzlazni naponmV za p=1Pa

Ugljeni -45 10-400 56g j

Elektrodinamičkisa kalemom

-85 10-100 0,56sa kalemomElektrodinamičkisa trakom

-105 <1 0,056

Kondenzatorski -50 500.000 32

Kristalni 50 100 000 32Kristalni -50 100.000 32

Zvučnici

KarakteristikePrincip radaPrincip radaKonstrukcija

N č ikNamena zvučnikaZvučnik je elektroakustički pretvaračZvučnik je elektroakustički pretvarač

pretvara električnu energiju u akustičnuelektrične signale pretvara u zvučne talaseelektrične signale pretvara u zvučne talase

posrednik je membrana (mehanički element)Norme za kvalitetnu reprodukciju zvukap j

reprodukovani zvuk što vernija kopija orginala (bez izobličenja)

bi iti k tne bi smeo unositi nove komponente (kolorisati) s frekvencijama koje ne postoje u električnoj pobudi

P d l č ikPodela zvučnikaPo principima rada:Po principima rada:

elektromagnetni – najstariji, primena u telefonimapiezoelektrični (kristal pod naponom vibrira)p ( p p )elektrostatički (kondenzatorski) – tanak, kvalitetan, skup

membrana je pokretna ploča kondenzatora; visokotonacl kt di ički č ik j iš k i tielektrodinamički zvučnik – najviše se koristi

zvučni direktni emiteri, zvučnici sa trubom

U odnosu na namenu:U odnosu na namenu:komercijalni i profesionalni

U odnosu na frekfencijski opseg:U odnosu na frekfencijski opseg:širokopojasni i pojasni

Elektroakustičke k kt i tik č ikkarakteristike zvučnika

1 Odziv ili reprodukcija1. Odziv ili reprodukcija2. Efikasnost3. Frekvencijska karakteristika4. Karakteristika direktivnosti5. Stepen iskorišćenja6. Izobličenjaj7. Nazivna (nominalna) snaga8 Impedansa8. Impedansa

1. Reprodukcija(f kt t j )(faktor pretvaranja)

Sposobnost zvučnika da U pretvori uSposobnost zvučnika da U pretvori u ppokazuje koliko je zvučnik dobar pretvarač

N č ik d d U 1 kHNa zvučnik se dovede napon U na 1 kHzmeri se zvučni pritisak na rastojanju 1 m

UpT =

UpdBT log20][ =

referenca za dB je zamišljeni zvučnik 1V-1Pa

U U

2 Efik t p2. Efikasnost

Slična k ka kao i odzivIU

pe m

⋅= 1

Slična k-ka kao i odzivumesto napona posmatra se električna snaga

M i l j biMeri se u gluvoj sobipredviđen je samo direktni zvučni talas

K i i č č jKoristi se za proračun ozvučenjau otvorenom prostoru na rastojanju r

mrme ppPe ⇒=⋅ 1

3 F k ij k k kt i tik3. Frekvencijska karakteristika

Nivo odziva na pojedinim frekvencijamaNivo odziva na pojedinim frekvencijamaTeško je napraviti membranu koja produkuje

f k ij i ti k lit tsve frekvencije sa istim kvalitetomtreba cela da osciluje na niskim frekvencijama

membrana treba da bude krutamembrana treba da bude krutana višim frekvenc. osciluju neki segmenti

membrana treba da bude elastičnamembrana treba da bude elastična

Više membrana (zvučnika) u istoj kutijifiltri (NF SF i VF) skretnicefiltri (NF, SF i VF), skretnicezbirna k-ka je ravna (odstupanja ±0,05dB)

4. Karakteristika direktivnosti ( ti)(usmerenosti)

Prostorna karakteristikaProstorna karakteristikaNa niskim frekvencijama svi su neusmereni

sve jedno je gde su i kako su okrenuti basovisve jedno je gde su i kako su okrenuti basovidok su dimenzije manje od talasne dužine (λ100=3,5m)

Na višim frekvencijama sužava se ugao zračenjapostaje usmerenije zračenje (linije istog zv. pritiska)najveće zračenje je u pravcu normalnom na membranu

referentna vrednost za zračenje u ostalim pravcimareferentna vrednost za zračenje u ostalim pravcima

Direktivnost zavisi od frekvencije i dimenzija

5 St i k išć j P5. Stepen iskorišćenjaOdnos akustičke i električne snage

%100⋅=e

a

PPη

Odnos akustičke i električne snagekoristi se u proračunu potrebne električne snage

važno pri ozvučavanju zatvorenog prostorap j g pbitan nivo zvuka (akustička snaga)nebitni odziv u smeru ose i karakteristika usmerenosti

Stepen iskorišćenja je mali – 1-3%Stepen iskorišćenja je mali – 1-3%zvučnik je loš (neefikasan) pretvarač

Eksponencijalni levak smanjuje ugao zračenjap j j j g jpovećava stepen iskorišćenja i do 50%koristi se u mornarici, na stadionima, mitinzimakraći levak može samo sa manjim membranama

6 I blič j6. IzobličenjaZvučni signal nije verna slika električnogZvučni signal nije verna slika električnog

izobličenja: nelinearna, intermodulaciona, fazna, ...Vezuju se za električnu snaguVezuju se za električnu snagu

naglo se uvećavaju kada se zvučnik preopteretikalem izlazi iz homogenog magnetnog polja

pri suviše velikoj pobudi (velike amplitude kretanja)Postoji i Doplerov efekat

NF il j l ši bna NF osciluje cela površina membranena VF proosciluju delovi membrane

Membrana nije savršeno centriranaMembrana nije savršeno centriranatreba da osciluje paralelno celom površinom

7 N i ( i l )7. Nazivna (nominalna) snagaElektrična snaga koja se može dovoditi na zvučnikElektrična snaga koja se može dovoditi na zvučnik

može da radi neprekidno bez trajnih oštećenjaOpterećenje zvučnikaOpterećenje zvučnika

0,1; 0,2; 0,5; 1; 3; 5; 10; 25; 100 Wnpr. 3W kod TV prijemnika

U projektovanju ozvučenja ne treba ići na max nominalnu snagu

najbolje radi pri opterećenju 30 50% od max snagenajbolje radi pri opterećenju 30-50% od max snagekvalitetnija ozvučenja idu na manju snagu

8 I d8. Impedansa

Podatak za pravilno priključenje na pojačavačPodatak za pravilno priključenje na pojačavačdaje ga proizvođač, može se izmeriti

Ni k ki 4 8 ( 16)ΩNiskoomski 4-8 (-16)ΩVisokomski 600-800Ω (npr. u TV)Zavisi od žice u namotajima

ta impedansa sadrži otpornost i induktivnostzavisi i od mehaničke konstrukcije i frekvencije

K t i dKomponente impedanse

Električna impedansa (kalem) LjRZ + ωElektrična impedansa (kalem)dolazi do izražaja na visokim frekvencijama

M h ičk i d

LjRZe ⋅+= ω

⎞⎛ 1Mehanička impedansa (membrana)

t ć j č ik iži f k ij

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛⋅

−⋅+=m

mm CmjRZ

ωω 1

opterećuje zvučnik na nižim frekvencijamau nju je preslikana i akustička impedansa ⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−⋅+= aaa C

mjRZω

ω 1akustička impedansa ⎟

⎠⎜⎝ ⋅ aCω

Kako mehanička impedansa t ć j k i l t l kt ičopterećuje ekvivalentnu električnu

Radni opseg se bira tamo gde je ravna k kaRadni opseg se bira tamo gde je ravna k-karezonantna frekvencija zavisi od svih impedansi

Sil k j k ć bSila koja pokreće membranuNapon na krajevima kalema k ji k ć t lj vlBU ⋅⋅=

IlBF ⋅⋅=

koji se kreće u magnetnom poljuMehanička impedansa se preslikava

vlBU =

recipročno u električnue Z

lBF

lBF

vlBI

UZ22 )()( ⋅

=⋅

=⋅⋅

==mZ

vF

lBFI⋅

Frekvencijska zavisnost k i dukupne impedanseImpedansu čini električna i u nju preslikanaImpedansu čini električna i u nju preslikana mehanička impedansa (obuhvata i akustičku)Na DC sve se svodi na R kalema (deklarisanih 4Ω)Na DC sve se svodi na R kalema (deklarisanih 4Ω)Ispod mehaničke rezonanse dominira Cm

kapacitivno Zm opterećuje Ze kao induktivno (raste sa f )e

Na mehaničkoj rezonasi Zm je minimalnominimum Zm znači maksimum Ze

Iznad mehaničke rezonanse dominira masa minduktivno Zm opterećuje Ze kao kapacitivno (opada sa f )

I d f k ij d d i i Z j d iIznad frekvencija gde dominira Zm je radni opsegNa visokim frekvencijama dominira L kalema

El kt di ički č ikElektrodinamički zvučnikIsti principi kao kod el dinamičkog mikrofonaIsti principi kao kod el.dinamičkog mikrofonaNa provodnik sa strujom u magnetnom polju

deluje sila u pravcu ose zvučnikadeluje sila u pravcu ose zvučnikasmer se menja sa naizmeničnom strujompomera membranu naprad-nazad

IlBF ⋅⋅=

veća sila povećanjem magnetne indukcijeduža žica bi imala veći otpor (manja I i manja F)deblja žica (manji otpor) bi razmakla polove magnetastalni magneti od specijalnih legura

Dobra reprodukcija u celom audio opsegumala izobličenja i bolji stepen iskorišćenja od drugih zvučnikamala izobličenja i bolji stepen iskorišćenja od drugih zvučnikarazne veličine i snage – nekoliko cm do više desetina cm

Ugrađivanje b k tijmembrane u kutiju

Sama membrana zrači kao akustički dipolSama membrana zrači kao akustički dipolneželjene pozitivne i negativne superpozicije

zavise od talasne dužine i udaljenosti mikrofonasuzbija se ugradnjom u kutiju ili u zidodbijeni talasi remete oscilovanje membrane

kutija se ispuni rastresitim materijalomj p jAkustička elastičnost kutije

menja karakter impedanse zračenjapojavljuje se C na red sa C snižava Cpojavljuje se Ca na red sa Cm – snižava Cekvpovećava mehaničku rezonansu puta

to se kompenzuje sa tzv. bas-refleks otvorom2

B fl kBas-refleks

U eq el šemi se ak masa otvora javlja uU eq. el. šemi se ak. masa otvora javlja u paraleli sa ak. impedansom (Ca i Zaz)

VF ne prolaze kroz mωVF ne prolaze kroznema promena na VF zbog otvora

na NF reaktansa otvora kratko vezuje C

am⋅ω

na NF reaktansa otvora kratko vezuje Caeliminiše uticaj ugradnje u kutiju (Ca)kroz otvor korisna superpozicija bas tonova

otvor može biti i sa strane i kao lavirintProširuje se radni opseg na NFj p g

Z č i t b iZvučni stuboviViše zvučnika u vertikalnom nizuViše zvučnika u vertikalnom nizu

veća snaga (i potrošnja)Usmereno zračenjeUsmereno zračenje

u horizontalnoj ravni krug (auditorijum)u vertikalnoj ravni uži ugao zračenja

nema nekorisnog zračenja gore i dole

Sa strane minimalno zračenjedobro mesto a mikrofonedobro mesto za mikrofone(izbegava se mikrofonija)

Z č i i k j tZvučnici za kompjuterComputer Speakers ili Multimedia SpeakersComputer Speakers ili Multimedia Speakers

imaju pojačalo integrisano unutar zvučnikamogu se direktno spojiti na priključak zvučne kartice

PC speakerPC speakermali zvučnik koji unutar kućišta kompjutera

spojen je na matičnu pločunaziva se još i PC beepernaziva se još i PC beeper

ispušta samo jedan ton (beep)služi za upozorenja PC sistema

Princip radaPrincip radavibrirajuća membrana i magnet u zvučnikuzvučna kartica u kompjuteruzvučna kartica u kompjuteru

V t č ikVrste zvučnika

Stoni i podni zvučniciStoni i podni zvučniciZvučnici koji se ugrađuju u plafonZvučnički sistemi (2.1, 5.1, 7.1)Bežični zvučniciUSB zvučnici

Raznič i izvučnici

Slušalice

KonstrukcijaKarakteristikeKarakteristike

Princip rada

N l š liNamena slušalicaPretvara akustičku u električnu energijuPretvara akustičku u električnu energiju

isti principi kao i zvučnikRazlike u obliku i konstrukcijiRazlike u obliku i konstrukciji

proizvodi daleko manju akustičku snaguozvučava nekoliko cm3 (ušna školjka i slušni kanal)( j )zvučnik ozvučava više desetina ili stotina m3 prostora

Primene slušalicanajšira u telefoniji u održavanju radio veza

RTV t diji i i i j ku RTV studijima i pri snimanju zvukaza reprodukciju stereo muzike

El kt t l š liElektromagnetne slušalicePrimenjuje se i usavršava od 1878 g (Bel)Primenjuje se i usavršava od 1878. g. (Bel)Membrana je od savitljivog feromagnetnog materijala

na stalni magnet namotana žica (provodnik)na stalni magnet namotana žica (provodnik)superpozicija magnetnog fluksa privlači membranu

Namotaji su od bakarne žiceniskoomske – nekoliko desetina omavisokoomske – nekoliko kilooma

El kt ič d d t k WElektrična snaga do desetak mWKoeficijent efikasnosti oko 0,1%F k ij ki 200 3500 HFrekvencijski opseg 200-3500 Hz

zadovoljava potrebe samo za telefoniju

K i t l l š liKristalne slušaliceMinijaturni kristalni zvučnikMinijaturni kristalni zvučnik

mala membranaPod dejstvom napona osciluje bimorfna kristalnaPod dejstvom napona osciluje bimorfna kristalna ćelija

oscilacije se prenose na membranuManja izobličenja od elektromagnetnih slušalicaImpedansa je kapacitivnog karaktera 10-20 kΩ

ne provodi DC pa se vezuje uz prigušnicu ili bar otpornik

El kt di ičk l š liElektrodinamičke slušaliceMinijaturni elektrodinamički zvučnikMinijaturni elektrodinamički zvučnik

stalni magnet, pokretni kalem i membranaMekani jastučići na kućištuMekani jastučići na kućištu

izoluju od spoljne bukeKvalitet reprodukcijeKvalitet reprodukcije

ne zaostaju za najboiljim zvučnicimafrekvencijski opseg 30Hz do 20kHzj p g

reprodukcija basova se kvari ako jastučići ne naležuRazlika u slušanju sa zvučnika i slušalica

Da li je zvuk obojen prostorijom u kojoj slušamo?

Stereo prezentacija i binauralna lokalizacija

Koncept stereofonijeSistemi stereo snimanjaSistemi stereo snimanja

Stereo reprodukcija

K t t f ijKoncept stereofonijeSlušajući sa oba uhaSlušajući sa oba uha

određuje pravac i smer gde se nalazi izvor zvukana osnovu razlika u jačini i fazi zvuka u oba uha

Grčki: stereo = prostor fon = zvukGrčki: stereo = prostor, fon = zvukStereofonska reprodukcija dočarava prostornu sliku

snimanje, prenos i reprodukcija u stereo tehniciu mono tehnici se ne čuje razlika u položaju izvora zvukau mono tehnici se ne čuje razlika u položaju izvora zvuka

Razlikuje se intenzitet zvuka iz levog (L) i desnog (D) kanalaL zvučnik emituje jače zvuke iz izvora koji su bili bliže L mikrofonu

i i i di i d k j i ti i t it tzvuci iz izvora na sredini reprodukuju se istim intenzitetomslušalac čuje imaginarni izvor između L i D zvučnika

Ambijent se razlikuje na mestu snimanja i mestu reprodukcijeil i l ž iji i t i č j ili l š liprevazilazi se složenijim sistemima za ozvučenje ili slušalicama

Si t i t i jSistemi stereo snimanjaAB sistemAB sistem

dva ista mikrofona na rastojanju 1,5 - 2 mkarakteristike usmerenosti kružne ili usmerene

zvuci iz jednog izvora dolaze različito do 2 mikrofonazvuci iz jednog izvora dolaze različito do 2 mikrofonarazlika u intenzitetu snimka na 2 kanala daje prostornu sliku

XY sistemprevazilazi problem vremenskih razlika AB sistemaprevazilazi problem vremenskih razlika AB sistemamikrofonske kapisle smeštene u isto kućište

jedna iznad druge – koincidentni stereo mikrofoniste usmerene karakteristike (u obliku osmice ili bubrega)( g )međusobno pod uglom 900

MS sistemjedan mikrofon (M) ima kružnu k-ku i snima L+D kanal (mono)j ( ) ( )drugi mikrofon (S) ima osmičastu karakteristiku i snima L-D kanal

njihov zbir je 2×L, a razlika 2×D kanal

St t ijStereo prezentacijaNajizrazitiji stereoefekat

aNajizrazitiji stereoefekat

b = (1-1,5) aα = 300-450

Zvučnici nisu u uglovimabili bi preistaknuti basovi

Membrane da budu u fazib = 1-1,5 a

Membrane da budu u faziprovera pomoću baterije

membrane se pomere nai t tistu stranu

ako nije izvršeno faziranjegubi se u NF opsegu