Рудольф Сворень - Ваш радиоприемник

Телеграфная передача очень напоминает разговор с помощью двух переводчиков — сначала мы переводим слова на язык условных знаков — точек и тире, затем превращаем эти знаки в электрические сигналы, то есть, образно говоря, переводим их на электрический язык. В этом отношении телефон — система более простая и, конечно, более удобная. Здесь нет никаких промежуточных превращений — в электрический сигнал преобразуются сами звуковые волны, соответствующие тем или иным словам. Прибор, который осуществляет такой перевод на электрический язык, называется микрофоном.

Чаще всего встречаются два типа микрофонов — угольный и электродинамический (динамический). Если не вдаваться в подробности, то можно сказать, что первый из них — это просто коробочка с угольным порошком, который с помощью двух плоских электродов включается в электрическую цепь последовательно с обычной батарейкой (рис. 12).

Рис. 12

Когда вы говорите перед микрофоном, то звуковые волны воздействуют на угольный порошок. Любое изменение звукового давления меняет плотность порошка, а с изменением плотности меняется и его электрическое сопротивление. Чем сильнее прижаты друг к другу крупинки угля, тем легче двигаться электрическим зарядам, тем, следовательно, меньше сопротивление порошка. Ну, а если меняется сопротивление цепи, то по закону Ома меняется и ток в ней. При этом изменение тока в точности повторяет все изменения сопротивления, а значит и все изменения звукового давления. Так, если на микрофон попадает звук с частотой 400 гц, то ток в цепи будет изменяться также с частотой 400 гц. Если произнести перед микрофоном какое-либо слово, а затем построить два графика — график звука и график тока в микрофонной цепи, то форма кривой на обоих графиках окажется одинаковой. Одним словом, микрофон в точности переводит звук на «электрический язык», создает своего рода электрическую копию звука.

Это преобразование нужно нам лишь для того, чтобы с помощью тока передать сообщение по проводам. Совершенно ясно, что на другом конце линии необходим еще один «переводчик» — нужно совершить обратное преобразование, то есть с помощью изменяющегося тока получить звук. Такой обратный перевод может совершить простейший прибор, в быту называемый наушником, а в литературе головным телефоном или просто телефоном.

Основой телефона являются две соединенные последовательно катушки с большим числом витков медного провода и сердечниками в виде постоянных магнитов. К катушкам, точнее к слегка выступающим сердечникам, прилегает тонкая стальная пластинка — мембрана. Когда по катушке телефона проходит ток, то сердечник дополнительно намагничивается и сильней притягивает к себе мембрану. В простейшей линии телефонной связи наушник (телефон) можно включить последовательно с микрофоном и батарейкой. В этом случае при изменении тока, который проходит через микрофон, меняется и ток в катушке телефона — во всех участках последовательной цепи течет один и тот же ток. При этом, естественно, меняется и сила притяжения мембраны к сердечнику, мембрана колеблется и создает звуковые волны. Все движения мембраны будут в точности следовать за изменениями тока в цепи. Если, например, ток в цепи изменяется с частотой 400 гц, то мембрана создаст звук, имеющий частоту также 400 гц. Достаточно точно сохранится и спектральный состав звука, хотя, откровенно говоря, в этом отношении телефон весьма далек от совершенства.

Кроме угольного микрофона и наушника, «переводчиками» могут служить более совершенные электродинамические системы — динамический микрофон и динамический громкоговоритель. Работают эти, казалось бы, разные приборы на одном и том же принципе и содержат одинаковые основные узлы. Это прежде всего сильный постоянный магнит, расположенная между его полюсами легкая катушка (ее обычно называют звуковой) с небольшим числом витков и прикрепленный к этой катушке диффузор, изготовленный из специального материала, очень напоминающего бумагу или тонкий картон (рис. 13).

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.