LF omzetters

Omzetters : Luidspreker en microfoon

In de meeste gevallen zijn deze omzetters niet zo diepgaand aandacht trekkerd. Het zal je niet verbazen maar zonder luidspreker en microfoon, wat doen we dan?

De luidspreker

Op het einde van de radioketen vinden we bijna steeds dit onderdeel terug. Meestal spendeert men weinig aandacht aan de luidspreker. Nochtans kan een slechte keuze of beschadiging maken dat men naar ketelgeluid luistert en niet naar een zoet gestemde klank. Het is waar, omgekeerd gaat niet op: een prima luidspreker kan een slechte ontvanger niet verbeteren. Enkel mag een zeer kleine verbetering wel gehoopt worden.

De rol van de luidspreker :

De luidspreker (we gebruiken vanaf nu LS ) is een onderdeel dat als doel hheft het goed omzetten van electrische energie naar mechanische. In onze toepassing is deze mechanische energie meer bepaald "accoustische energie".

Hoe gaat dat in zijn werk ?

Een electrisch systeem wordt aan een acoustisch systeem gekoppeld. De afbeelding hiernaast laat een en ander zien. We kunnen drie belangrijke onderdelen merken:

een membraan
een beweeglijke spoel
een permanente magneet

Het membraan , als dit onderdeel op rithme van een bepaalde toon naar voor en achter beweegt zal het niet verbazen dat men een toon gaat horen. Vergelijk het trillen van een lat op de rand van een tafel. De trilling verplaatst de lucht waarmee het membraan in contact is naar voor en achter. Het product is een geluidsgolf die onze oren beroeren en door onze hersenen als geluid wordt ervaren.
De beweeglijke spoel is hecht (vast en mechanisch ) met het membraan verbonden. Men kan dit zien als een soort motor. Door invloed van laag frequent electrisch signaal en de magneet zal zich op identieke wijze verplaatsen.
De permanente magneet (maar van een sterk kaliber) staat vast aan de behuizing en mag niet bewegen. Men kan dit zien als de mechanische referentie waarnaar de spoel en membraan (of conus) beweegt.

Samengang electriciteit, magnetisme en dynamiek :

Mijnheer Faraday M. was een verstandig man want hij toonde de samengang electriciteit, magnetisme en dynamiek. Hij toonde aan dat als men een magneet langs een spoel beweegt dat een spanning op de klemmen van de spoel meetbaar werd.

We zagen het voordien reeds dat als we een stroom doorheen een draad sturen in een magnetisch veld gelegen er een meetbare mechanische kracht op die geleider ontstaat. Het was de verdienste van een zekere Laplace waardoor deze kracht Laplace kracht wordt genoemd.

Deze kracht drukt men als volgt uit:
F = I B l sin a
Met F in newton
I in Ampere
B in Tesla
l in meter (lengte van het veld)

Dit is wat bij een LS zal gebeuren. De laagfrequent eindversterker zorgt voor voldoende spanning (energie) aan de beweegbare spoel hecht aan de connus vastgezet. Door het sterk maar vast magnetisch veld zal de beweegbare spoel onder invloed van dit LF energie op een zelfde manier gaan bewegen. (volgens het laag frequent dat we gaan opmerken als geluid)

De ls electrisch bekeken :

Hiernaast ziet U de equivalente electrische kring. R is de ohmse weerstand van de beweegbare spoel. L is natuurlijk de inductantie van deze.

Impedantie van de LS :

De grafiek toont een paar merkwaardige punten :

Voor de zeer lage frequenties (tot punt A) zal de impedantie ongeveer de Ohmse weerstand van de spoel zijn (3 Ω). We kunnen dit met een gewoon multimeter meten.
Rond het punt B, zal de impedantie sterk toenemen. Dit is gemakkelijk te begrijpen daar de spoel inductantie voor die hoge frequentie aanzienlijk wordt. Als (Z = Lω) als F vergroot, vergroot Z (10 Ω).
Het punt C vertegenwoordigt de impedantie bij 1 kHz en dit is per definitie. Merk dat Z een weinig groter is dan R (4 Ω).
Het punt D laat een tamelijk grote impedantie zien te wijten aan de mechanische resonantie.

Een paar bemerkingen op het mechanisch vlak :

Audiofielen weten het, in het domein van de HI FI worden bijzondere of gespaecialiseerde luidsprekers gebruikt. De weergaven van een zo perfect mogelijk LF over de ganse frequentie band is een moeilijk probleem. Het is maar bij de reklame jongens dat dit niet zo is. Zelfs in het geval zoals wij, radio amateurs een LS zien blijft het probleem complex. Zeker beperkt moet toch een bepaalde band liefst zonder vervorming weergegeven worden. Een LS is een mechanisch ding met ook beperkingen. Het membraan heeft een bepaalde massa en speelt de traagheid mee. Een zekere "delay" 't' , tijd om te reageren op een electrisch signaal is een andere element maar bovendien voor elke frequentie verschillend. Eigen resonantie en het optreden van staande golven (mechanisch) zorgt er verder voor dat een simpel luidspreken toch weer niet zo simpel is.

Gelukkig is het niet zo moeilijk als we ons aan een bepaalde reeks regels houden om er een te gebruiken. In onze toepassing hoeven we het laatste detail niet echt aan te trekken.

Wist U dat :

Het gebruik van de luidspreker omkeerbaar is. Als men zeer luid voor een luidspreker gaat brullen is de kans groot dat U op een oscilloscoop Uw gebrul kan zien... De LS wordt een microfoon, mooi toch. Vroeger werd dit bij interfoons veelvuldig gebruikt.

Hoe kan je de kwaliteit van de geluidsweergave verbeteren :

Commerciële radio's worden meestal met een klein maar fijn LS uitgerust. De kwaliteit is dan ook meestal bedroevend. Indien U beter wenst zoek in Uw recuperatiebak (nagelenbak) een groter formaat maar hou toch maar rekening met de specificaties. Indien nog nodig maak er een mooi kastje rond van voldoende grootte en voldoende zwaar. U kan nog om ongewenste resonantie te vermijden het kastje met geluidabsorberende stof vullen. Sluit aan, maar let nogmaals dat de impedantie en maximaal vermogen aangepast zijn.

Heb je geen kastje dan kan je volgende proef doen: Plaats de luispreker zonder het kastje dan half over de rand van Bv de rand van de tafel en verplaats LS. Merk het verschil van klank en kwaliteit maar dit is een onderwerp voor audiofielen.

De microfoon

Een micro is een toestel dat accoustische energie (mechanisch) naar electrische omzet.

U bent in het zenden geïnteresseerd, dan kan U niet zonder. Er bestaan meerdere soorten met elk hun specifieke eigenschappen. We gaan hier wat nader op in.

Verschillende soorten microfoons :

De kool (koolstof) microfoon :

Vroeger was gedurende tientallen jaren dit type DE microfoon. Dit kwam door zijn bijzondere eenvoud, lage kostprijs en groot afgeleverd lf signaal. Dit type is nog niet totaal verleden tijd en kan men Bv terugvinden op plaatsen waar electrisch en een hoog stoorniveau's aanwezig is. Een andere toepassing van nog niet zo lang geleden: de gewone micro van de telefoon op de oudere tf centrales.

Zoals meestal is het principe eenvoudig. Koolstofkorrels worden vervat in een doosje dat langs een zijde een geïsoleerde aansluiting bevat. Met wat verbeelding merk je tussen twee aansluitingen de weerstand door de koolstof gevormd. Doordat de korrels toch wat losjes liggen zal bij spreken voor het doosje de weerstand op ritme van de spraak in waarde veranderen. Indien een gelijkstroom werd aangelegd moet het niet verwonderen dat boven op de DC stroom er nog een betrekkelijk groot AC (Uw spraak) staat.

Wanneer hebben we dat nog gehoord, dit systeem bevat ook wat mankementen, haha!. Eigen aan de werkwijze gaat het hier om een niet erg kwalitatief toestel. De bandbreedte is beperkt en bovendien is het geluid eerder naar de metaal klank. Er is redelijk wat vervorming aanwezig. (de oude telefoons weet U). U kan zich voorstellen als dit ype in een vochtige omgeving wordt gebruikt. Vocht zal de korrels doen samenklonteren en je zal wel hard moeten roepen... Opwarmen en wat loskloppen kan hulp bieden om de zaak enigziens te herstellen.

Het werd reeds verteld, het rendement is groot en volgens gebruik wordt een spanning van 0,2 V tot 0,3 in 100 Ohm geleverd maar in het geval van telefonie wordt dat 0,6 à 0,7 V maar in 600 Ohm tel impedantie).

Piësoëlectrisch of ceramische microfoon:

Piëdzoëlectriciteit is die eigenschap van een materiaal dat als er mechanische kracht op dat materiaal wordt uitgeoefend er ladingen op de klemmen verschijnen. Het omgekeerde is ook waar (cfr oscillator met Xtal) . Deze eigenschap wordt bij de microfoon gebruikt. Zie de figuur links. Trillingen van de stem zullen over het ceramisch materiaal een wisselspanning vertaling van de spraak doen ontstaan. Het kristal trilt gestuurd door de spraak.

Zoals te verwachten is dit type microfoon hoog van weerstand. Vocht en warmte beïvloeden de werking niet (ja zeker, binnen limieten). Een ander voordeel is dat dit soort micro goedkoop in serie kan gefabriceerd worden. Ook hier geld dat de kwaliteit samen met de kostprijs gaat. Een spot goedkoop model zal een doorlaat band om van te wenen hebben, U kiest maar.

De dynamische of electrodynamische microfoon :

Het gaat hier werkelijk om een omgekeerde luidspreker als het waren. Identiek de zelfde elementen vinden we terug. Als micro zullen de geluidgolven het membraan en de daarop vast gezette spoel in een magnetisch veld doen bewegen. Het wordt eentonig maar op de klemmen van de spoel vinden we het equivalent electrisch signaal terug. Dit type wordt in onze omgeving radio veel gebruikt.

Electrodynamisch is die variante waarbij het magnetisch veld door een electromagneet wordt opgewekt. Een groter veld is dan mogelijk (groter signaal prductie) hoewel de huidige magneet materialen dit niet altijd waar maken.

Dynamische microfoon zijn laag impedantie en men voorziet dan ook in een transfo welke de impedantie op een waarde van bv: 50 kW brengt. Kwalitatief mogen we gerust dit type als zeer goed beschouwen. Door de traagheid van membraan en spoel is de frequentie tot rond 15 KHz beperkt maar gezien onze wens (3KHz) ruim voldoende.

De electrostatische microfoon :

Een condensator waarvan één plaat op ritme van laag frequent trilt zal volgens dat signaal in waarde veranderen. De capaciteits verandering kan verder gebruikt worden als onderdeel van HF oscillator. Kwalitatief zeer goed is hun frequentie responce vlak. Het kan niet anders of de impedantie moet hoog zijn.

De genaamde electret microfoon :

Min of meer wordt bij dit type als juist hierboven het zelfde principe gebruikt. Een permanente en lading is aanwezig (VDC). Door invloed van drukgolven (geluid) zal de lading veranderen. De fabricatie en hierdoor de constante lading veranderen in de tijd en dus ook de werking. Vooral de kostprijs is aantrekkelijk.

Directiviteit van de microfoon :

Door in te grijpen op de constructie kan men bepaalde eigenschappen inbouwen. Het is mogelijk om meerdere soorten richtmicrofoons te maken. Volgen hieronder een paar voorbeelden:

Omnidirectionneel Bidirectionneel

Hartvormig Hyper hartvormig

Onthoud deze vormen want we zullen de zelfde benamingen nog tijdens de studie van antennes tegen komen. Een zefde eigenschap kan aan het stralingspatroon van een antenne toegekend worden door de specifieke bouw ook hier is dat het geval..

Directionneel

U kent hiermee voldoende over de accoustische omzetters LS en MIC. U bent instaat onderscheid te makken in kwaliteit en eigenschap. Voor een oordeelkundige keuze is dit voldoende.

Terug naar RCL Home page.

Bewerking : ON4AWN, Herman Van Meerbeeck

In de meeste gevallen zijn deze omzetters niet zo diepgaand aandacht trekkerd. Het zal je niet verbazen maar zonder luidspreker en microfoon, wat doen we dan?

De luidspreker
	Op het einde van de radioketen vinden we bijna steeds dit onderdeel terug. Meestal spendeert men weinig aandacht aan de luidspreker. Nochtans kan een slechte keuze of beschadiging maken dat men naar ketelgeluid luistert en niet naar een zoet gestemde klank. Het is waar, omgekeerd gaat niet op: een prima luidspreker kan een slechte ontvanger niet verbeteren. Enkel mag een zeer kleine verbetering wel gehoopt worden.



De rol van de luidspreker :

De luidspreker (we gebruiken vanaf nu LS ) is een onderdeel dat als doel hheft het goed omzetten van electrische energie naar mechanische. In onze toepassing is deze mechanische energie meer bepaald "accoustische energie".

Hoe gaat dat in zijn werk ?
Een electrisch systeem wordt aan een acoustisch systeem gekoppeld. De afbeelding hiernaast laat een en ander zien. We kunnen drie belangrijke onderdelen merken: een membraan een beweeglijke spoel een permanente magneet
Het membraan , als dit onderdeel op rithme van een bepaalde toon naar voor en achter beweegt zal het niet verbazen dat men een toon gaat horen. Vergelijk het trillen van een lat op de rand van een tafel. De trilling verplaatst de lucht waarmee het membraan in contact is naar voor en achter. Het product is een geluidsgolf die onze oren beroeren en door onze hersenen als geluid wordt ervaren. De beweeglijke spoel is hecht (vast en mechanisch ) met het membraan verbonden. Men kan dit zien als een soort motor. Door invloed van laag frequent electrisch signaal en de magneet zal zich op identieke wijze verplaatsen. De permanente magneet (maar van een sterk kaliber) staat vast aan de behuizing en mag niet bewegen. Men kan dit zien als de mechanische referentie waarnaar de spoel en membraan (of conus) beweegt.

Samengang electriciteit, magnetisme en dynamiek :
Mijnheer Faraday M. was een verstandig man want hij toonde de samengang electriciteit, magnetisme en dynamiek. Hij toonde aan dat als men een magneet langs een spoel beweegt dat een spanning op de klemmen van de spoel meetbaar werd.
	We zagen het voordien reeds dat als we een stroom doorheen een draad sturen in een magnetisch veld gelegen er een meetbare mechanische kracht op die geleider ontstaat. Het was de verdienste van een zekere Laplace waardoor deze kracht Laplace kracht wordt genoemd. Deze kracht drukt men als volgt uit: F = I B l sin a Met F in newton I in Ampere B in Tesla l in meter (lengte van het veld)
Dit is wat bij een LS zal gebeuren. De laagfrequent eindversterker zorgt voor voldoende spanning (energie) aan de beweegbare spoel hecht aan de connus vastgezet. Door het sterk maar vast magnetisch veld zal de beweegbare spoel onder invloed van dit LF energie op een zelfde manier gaan bewegen. (volgens het laag frequent dat we gaan opmerken als geluid)

De ls electrisch bekeken :
	Hiernaast ziet U de equivalente electrische kring. R is de ohmse weerstand van de beweegbare spoel. L is natuurlijk de inductantie van deze.

Impedantie van de LS :

De grafiek toont een paar merkwaardige punten :
Voor de zeer lage frequenties (tot punt A) zal de impedantie ongeveer de Ohmse weerstand van de spoel zijn (3 Ω). We kunnen dit met een gewoon multimeter meten. Rond het punt B, zal de impedantie sterk toenemen. Dit is gemakkelijk te begrijpen daar de spoel inductantie voor die hoge frequentie aanzienlijk wordt. Als (Z = Lω) als F vergroot, vergroot Z (10 Ω). Het punt C vertegenwoordigt de impedantie bij 1 kHz en dit is per definitie. Merk dat Z een weinig groter is dan R (4 Ω). Het punt D laat een tamelijk grote impedantie zien te wijten aan de mechanische resonantie.

Een paar bemerkingen op het mechanisch vlak :
Audiofielen weten het, in het domein van de HI FI worden bijzondere of gespaecialiseerde luidsprekers gebruikt. De weergaven van een zo perfect mogelijk LF over de ganse frequentie band is een moeilijk probleem. Het is maar bij de reklame jongens dat dit niet zo is. Zelfs in het geval zoals wij, radio amateurs een LS zien blijft het probleem complex. Zeker beperkt moet toch een bepaalde band liefst zonder vervorming weergegeven worden. Een LS is een mechanisch ding met ook beperkingen. Het membraan heeft een bepaalde massa en speelt de traagheid mee. Een zekere "delay" 't' , tijd om te reageren op een electrisch signaal is een andere element maar bovendien voor elke frequentie verschillend. Eigen resonantie en het optreden van staande golven (mechanisch) zorgt er verder voor dat een simpel luidspreken toch weer niet zo simpel is. Gelukkig is het niet zo moeilijk als we ons aan een bepaalde reeks regels houden om er een te gebruiken. In onze toepassing hoeven we het laatste detail niet echt aan te trekken.

Wist U dat :
Het gebruik van de luidspreker omkeerbaar is. Als men zeer luid voor een luidspreker gaat brullen is de kans groot dat U op een oscilloscoop Uw gebrul kan zien... De LS wordt een microfoon, mooi toch. Vroeger werd dit bij interfoons veelvuldig gebruikt.

Hoe kan je de kwaliteit van de geluidsweergave verbeteren :
Commerciële radio's worden meestal met een klein maar fijn LS uitgerust. De kwaliteit is dan ook meestal bedroevend. Indien U beter wenst zoek in Uw recuperatiebak (nagelenbak) een groter formaat maar hou toch maar rekening met de specificaties. Indien nog nodig maak er een mooi kastje rond van voldoende grootte en voldoende zwaar. U kan nog om ongewenste resonantie te vermijden het kastje met geluidabsorberende stof vullen. Sluit aan, maar let nogmaals dat de impedantie en maximaal vermogen aangepast zijn. Heb je geen kastje dan kan je volgende proef doen: Plaats de luispreker zonder het kastje dan half over de rand van Bv de rand van de tafel en verplaats LS. Merk het verschil van klank en kwaliteit maar dit is een onderwerp voor audiofielen.



De microfoon

Een micro is een toestel dat accoustische energie (mechanisch) naar electrische omzet.
	U bent in het zenden geïnteresseerd, dan kan U niet zonder. Er bestaan meerdere soorten met elk hun specifieke eigenschappen. We gaan hier wat nader op in.

Verschillende soorten microfoons :

De kool (koolstof) microfoon :
Vroeger was gedurende tientallen jaren dit type DE microfoon. Dit kwam door zijn bijzondere eenvoud, lage kostprijs en groot afgeleverd lf signaal. Dit type is nog niet totaal verleden tijd en kan men Bv terugvinden op plaatsen waar electrisch en een hoog stoorniveau's aanwezig is. Een andere toepassing van nog niet zo lang geleden: de gewone micro van de telefoon op de oudere tf centrales.
	Zoals meestal is het principe eenvoudig. Koolstofkorrels worden vervat in een doosje dat langs een zijde een geïsoleerde aansluiting bevat. Met wat verbeelding merk je tussen twee aansluitingen de weerstand door de koolstof gevormd. Doordat de korrels toch wat losjes liggen zal bij spreken voor het doosje de weerstand op ritme van de spraak in waarde veranderen. Indien een gelijkstroom werd aangelegd moet het niet verwonderen dat boven op de DC stroom er nog een betrekkelijk groot AC (Uw spraak) staat.
Wanneer hebben we dat nog gehoord, dit systeem bevat ook wat mankementen, haha!. Eigen aan de werkwijze gaat het hier om een niet erg kwalitatief toestel. De bandbreedte is beperkt en bovendien is het geluid eerder naar de metaal klank. Er is redelijk wat vervorming aanwezig. (de oude telefoons weet U). U kan zich voorstellen als dit ype in een vochtige omgeving wordt gebruikt. Vocht zal de korrels doen samenklonteren en je zal wel hard moeten roepen... Opwarmen en wat loskloppen kan hulp bieden om de zaak enigziens te herstellen. Het werd reeds verteld, het rendement is groot en volgens gebruik wordt een spanning van 0,2 V tot 0,3 in 100 Ohm geleverd maar in het geval van telefonie wordt dat 0,6 à 0,7 V maar in 600 Ohm tel impedantie).



Piësoëlectrisch of ceramische microfoon:
	Piëdzoëlectriciteit is die eigenschap van een materiaal dat als er mechanische kracht op dat materiaal wordt uitgeoefend er ladingen op de klemmen verschijnen. Het omgekeerde is ook waar (cfr oscillator met Xtal) . Deze eigenschap wordt bij de microfoon gebruikt. Zie de figuur links. Trillingen van de stem zullen over het ceramisch materiaal een wisselspanning vertaling van de spraak doen ontstaan. Het kristal trilt gestuurd door de spraak.
Zoals te verwachten is dit type microfoon hoog van weerstand. Vocht en warmte beïvloeden de werking niet (ja zeker, binnen limieten). Een ander voordeel is dat dit soort micro goedkoop in serie kan gefabriceerd worden. Ook hier geld dat de kwaliteit samen met de kostprijs gaat. Een spot goedkoop model zal een doorlaat band om van te wenen hebben, U kiest maar.



De dynamische of electrodynamische microfoon :
	Het gaat hier werkelijk om een omgekeerde luidspreker als het waren. Identiek de zelfde elementen vinden we terug. Als micro zullen de geluidgolven het membraan en de daarop vast gezette spoel in een magnetisch veld doen bewegen. Het wordt eentonig maar op de klemmen van de spoel vinden we het equivalent electrisch signaal terug. Dit type wordt in onze omgeving radio veel gebruikt. Electrodynamisch is die variante waarbij het magnetisch veld door een electromagneet wordt opgewekt. Een groter veld is dan mogelijk (groter signaal prductie) hoewel de huidige magneet materialen dit niet altijd waar maken.
Dynamische microfoon zijn laag impedantie en men voorziet dan ook in een transfo welke de impedantie op een waarde van bv: 50 kW brengt. Kwalitatief mogen we gerust dit type als zeer goed beschouwen. Door de traagheid van membraan en spoel is de frequentie tot rond 15 KHz beperkt maar gezien onze wens (3KHz) ruim voldoende.



De electrostatische microfoon :
	Een condensator waarvan één plaat op ritme van laag frequent trilt zal volgens dat signaal in waarde veranderen. De capaciteits verandering kan verder gebruikt worden als onderdeel van HF oscillator. Kwalitatief zeer goed is hun frequentie responce vlak. Het kan niet anders of de impedantie moet hoog zijn.

De genaamde electret microfoon :
Min of meer wordt bij dit type als juist hierboven het zelfde principe gebruikt. Een permanente en lading is aanwezig (VDC). Door invloed van drukgolven (geluid) zal de lading veranderen. De fabricatie en hierdoor de constante lading veranderen in de tijd en dus ook de werking. Vooral de kostprijs is aantrekkelijk.



Directiviteit van de microfoon :
Door in te grijpen op de constructie kan men bepaalde eigenschappen inbouwen. Het is mogelijk om meerdere soorten richtmicrofoons te maken. Volgen hieronder een paar voorbeelden:

Omnidirectionneel	Bidirectionneel

Hartvormig	Hyper hartvormig
	Onthoud deze vormen want we zullen de zelfde benamingen nog tijdens de studie van antennes tegen komen. Een zefde eigenschap kan aan het stralingspatroon van een antenne toegekend worden door de specifieke bouw ook hier is dat het geval..
Directionneel

U kent hiermee voldoende over de accoustische omzetters LS en MIC. U bent instaat onderscheid te makken in kwaliteit en eigenschap. Voor een oordeelkundige keuze is dit voldoende.