Transcript

1 ΓΙΑΝΝΗΣ Ν. ΜΟΥΡΤΖΟΠΟΥΛΟΣ ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ ΟΜΑΔΑ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΗΧΟΥ & ΑΚΟΥΣΤΙΚΗΣ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΕΝΣΥΡΜΑΤΗΣ ΤΗΛΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΑΣ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ-ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ & ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΑΤΡΩΝ

2 εισαγωγή συνέχεια

3 ηλεκτρο-μηχανο-ακουστικά συστήματα π λ ά τ ο ς χρόνος

4 ηλεκτρο-μηχανο-ακουστικά συστήματα ηλεκτρική τάση μηχανική ταλάντωση ακουστική πίεση π λ ά τ ο ς χρόνος Είσοδος Χ(f) Η/Α Σύστημα H(f) Θόρυβος Ν(f) H 1 (f) H 2 (f)... H M (f) + Έξοδος Ψ(f)

5 ακουστικά μηχανικά ηλεκτρικά συστήματα συνέχεια

6 ακουστικά συστήματα Εγκλωβισμένος όγκος αέρα με ενδοτικότητα C Κίνηση μάζας αέρα έχει αντίδραση Μ Απώλεια λόγω τριβής R pt () S, R R 2 k c 2 M L R 2 L V C V c R 2 2 4

7 ακουστικά συστήματα 2 dy ( t) dy( t) 1 M R ( ) ( ) 2 y t f t dt dt C pt () S, R R c 2 k 2 M L R 2 L V C V c R 2 2 4

8 μηχανικά συστήματα y(t) απομάκρυνση, y(t) t y (t) ταχύτητα, y (t) t y (t) επιτάχυσνη, y (t) t

9 μηχανικά συστήματα απομάκρυνση y(t) ταχύτητα y (t) επιτάχυνση y (t)

10 μηχανικά συστήματα 0dB -3dB 20log Y(f) φ=0 0 φ=-90 0 φ= dB -3dB 20log Y (f) απομάκρυνση, y(t) f 0 1 k 2 m Q = αποθηκευμένη ενέργεια / χαμένη ενέργεια φ=90 0 φ=0 0 φ= dB -3dB 20log Y (f) φ=0 0 φ=-90 0 φ= ταχύτητα, y (t) επιτάχυσνη, y (t) Q Q e m 2 f 0 L R C m 2 f0 Rm f/f 0

11 ισοδύναμες ποσότητες p R ακουστικό Ακουστικό ηλεκτρικό Hλεκτρικό Mηχανικό μηχανικό C M L V I R K R m C m f C x ακουστικό ηλεκτρικό μηχανικό αντίδραση M opposes change in volume velocity ενδοτικότητα C opposes change in applied pressure αντίσταση R converts acoustic energy to heat επαγωγή L opposes change in current flow χωρητικότητα C opposes change in volume velocity αντίσταση R converts electrical energy to heat μάζα m opposes change in mass velocity ενδοτικότητα C m =1/k opposes change in applied force απόσβεση R m converts mechanical energy to heat

12 ισοδύναμες ποσότητες Αντίσταση Αυτο-επαγωγή / μάζα Χωρητικότητα / απόθήκευση Ηλεκτρικό Μετατρέπει ηλεκτρική ενέργεια σε θερμότητα με τη γνωστή σχέση V R E I Αντιτίθεται στην αλλαγή ροής του ρεύματος και η ενέργεια του πεδίου αποθηκεύεται στο πηνίο. di V L dt Αντιτίθεται στην αλλαγή τάσης (χωρίζει θετικά και αρνητικά φορτία), η ενέργεια του πεδίου αποθηκεύεται στον πυκνωτή. dv 1 I CE V Idt dt C E Μηχανικό Μετατρέπει κινητική ενέργεια σε θερμότητα με την τριβή F R m u Αντιτίθεται στην αλλαγή ταχύτητας της μάζας (από το νόμο του Newton). du F m dt Το μηχανικό στοιχείο που χαρακτηρίζεται από την «Ενδοτικότητα» (Compliance), αντιτίθεται στην αλλαγή της ασκούμενης δύναμης (ελατήριο) x F C m Ακουστικό Μετατρέπει ακουστική ενέργεια σε θερμότητα με το πέρασμα του ελαστικού μέσου από μια ακουστική αντίσταση R p U Αντιτίθεται στην αλλαγή ροής όγκου του ελαστικού μέσου διάδοσης., du p M dt Είναι το στοιχείο της ακουστικής χωρητικότητας που συσχετίζεται με τη δυναμική ενέργεια που προκύπτει από την συμπίεση του ρευστού και αντιτίθεται στην αλλαγή της ασκούμενης πίεσης, δηλαδή: dp U C dt

13 ισοδύναμες ποσότητες Σχέσεις βασικών μεγεθών Σύνθετη αντίσταση Συχνότητα συντονισμού Ηλεκτρικό Σύστημα Μηχανικό Σύστημα Ακουστικό Σύστημα E E E E t j Z V C j L j R Ve dt dq t I 1 ) ( E E E E C j L j R Z E E E C L f 2 1 M m m M t j Z f C j m j R Fe dt dx t u 1 ) ( M m m C j m j R Z m m mc f j t p dx pe U( t ) dt Z R j M j C C j M j R Z C M f 2 1

14 ισοδύναμες ποσότητες αναλογίες εμπεδησης (impedance) Ηλεκτρικό Σύστημα Μηχανικό Σύστημα Ακουστικό Σύστημα Τάση V (Volt) Δύναμη f (Newton) Ακουστική πίεση p (N/m 2 ) Επαγωγή L (Henry) Μάζα m (kg) Αντίδραση M (kg/m 4 ) Φορτίο Q (Coulomb) Απομάκρυνση x (m) Μετάβ. Όγκο X (m 3 ) Ρεύμα I (mpere) Ταχύτητα u (m/s) Ταχύτητα όγκου U (m 3 /s) Αντίσταση R (Ohm) Απόσβεση C (kgs/m) Αντίσταση R (Ns/m) 1/Χωρητ. 1/C (Farad) Σταθερά Ελατηρίου K (kg/m) 1/Ενδοτικότητα 1/C (Nm -5 ) Σύνθετη Αντ. Z E (Ohm) Σύνθετη Αντίσταση Z Μ Σύνθετη Αντίσταση Z αναλογίες κινητικότητας (mobility) Ηλεκτρικό Σύστημα Μηχανικό Σύστημα Ακουστικό Σύστημα Τάση V (Volt) Ταχύτητα u (m/s) Ταχύτ.ητα όγκου U (m 3 /s) Επαγωγή L (Henry) Ενδοτικότητα C m = 1/k Ενδοτικότητα C (N -1 m 5 ) Φορτίο Q (Coulomb) Απομάκρυνση x (m) Μετάβ. Όγκου X (m 3 ) Ρεύμα I (mpere) Δύναμη f (Newton) Ακουστική πίεση p (N/m 2 ) Αντίσταση R (Ohm) Απόσβεση C (kgs/m) 1/Αντίσταση 1/R (Ns/m) 1/Χωρητ. C (Farad) Μάζα m (kg) Αντίδραση M (kg/m 4 )

15 Η μετατροπείς (ιστορικά & τεχνολογίες) συνέχεια

16 Η-Α μετατροπείς Η/Α δέκτης, π.χ. μικρόφωνο ακουστικό σήμα Ακουστικομηχανική μετατροπή μηχανικό σήμα Μηχανικοηλεκτρική μετατροπή ηλεκτρικό σήμα Η/Α πηγή, π.χ. μεγάφωνο ηλεκτρικό σήμα Ηλεκτρομηχανική μετατροπή μηχανικό σήμα Μηχανικοακουστική μετατροπή ακουστικό σήμα

17 τύποι μετατροπέων Αμεση μετατροπή Ηλεκτρο-ακουστική ή Ακουστο-ηλεκτρική μετατροπή Έμμεση μετατροπή Ιονισμός Θερμοακουστική μετατροπή Μηχανοακουστική ή Ακουστομηχανική μετατροπή Ηλεκτρομηχανική ή Μηχανοηλεκτρική μετατροπή Αναλογικό ή ψηφιακό ηλεκτρικό σήμα Επιφάνειες DML (NXT) Ταλάντωση συμπαγούς στοιχείου Ηλεκτροδυναμικός (ηλεκτρομαγνητικός) κινητήρας Ηλεκτροστατικός κινητήρας Διάφραγμα / κώνος Απευθείας ακουστική εκπομπή / λήψη Μεμβράνη / πλάκα πυκνωτή Ταινία / χορδή Έμμεση ακουστική εκπομπή / λήψη Κόρνα Χοάνη / οπή / δίαυλος Κινητός οπλισμός Κινητό πηνίο Πυκνωτικό στοιχείο Μαγνητοστατικός κινητήρας Πιεζοηλεκτρικό στοιχείο

18 ιστορία

19 ιστορία: lexander Graham Bell from Bell s notes, February-March 1876

20 ιστορία: Thomas Edison

21 ιστορία Siemens loudspeaker (1874, 1878) Oliver Lodge and loudspeaker (1889) Magnavox (1915) Bell loudspeakers ( ) Rice & Kellogg loudspeaker (1925) bass reflex patent bythuras (1930) coustic suspension box by R-1 (1957) NXT speakers (1996)

22 , συστήματα ηχείων (ηλεκτροδυναμικά)

23 , συστήματα ηχείων (μη ηλεκτροδυναμικά)

24 ηλεκτροστατικά ηχεία insulation frame 525V 475V suspension, Fixed electrode moving electrode acoustic pressure 500V moving electrode diaphragm insulation a.c. electric signal +25V a.c. electric signal -25V Fixed plate electrode -stator

25 μεγάφωνα ταινίας, magnet plate transformer (optional) audio signal ribbon

26 πιεζοηλεκτρικά μεγάφωνα, metallic diaphragm crystal holes fixing l box

27 μεγάφωνα ιονισμού, electrode a.c. electric signal acoustic pressure d.c. voltage

28 μεγάφωνα υπερηχητικής εκπομπής, ultrasonic coverage conventional coverage audience Reflected ray reflector

29 , πιεζοηλεκτρικά & DML στοιχεία

30 θερμοακουστικό μεγάφωνο thermoacoustic module, University of Patras, May 2005,

31 ψηφιακές συστοιχίες μεγαφώνων (DT), στοιχεία εκπομπής 1 bit ακουστική πίεση

32 udio & coustic Technology Group, Wire Communications Laboratory Elecrical & Computer Engineering Department University of Patras