УПРАВЛЯЕТ ЗВУК

Сказочное «Сим-сим, открой дверь!» легко реализовать с помощью даже простейшего угольного микрофона, электронного реле и исполнительного механизма. Особенно эффектен автомат открывания дверей гаража. Стоит подъехавшей автомашине «подать голос», как под действием звуковых волн угольный порошок микрофона изменит свое сопротивление и связанное с микрофоном электронное устройство включит электродвигатель. Створки ворот послушно раздвинутся: добро, мол, пожаловать!

Правда, отличить «своего» от «чужака» акустическое реле, выполненное в изначально элементарном виде, не в силах. Чтобы оно реагировало лишь на определенный звуковой сигнал, приходится идти на усложнения: от ввода частотных фильтров до использования кодов, дешифраторов и прочих микросхемных премудростей. Желательно и остроту электронного «слуха» у такого реле повысить, заменив угольный микрофон более чувствительным, например, электродинамическим, пьезоэлектрическим, электромагнитным, конденсаторным или электретным.

Принцип работы катушечного электродинамического микрофона основан на взаимодействии движущегося проводника с постоянным магнитным полем. А каждая из реальных типовых конструкций выполнена таким образом, что диафрагма, воспринимающая колебания воздуха, соединена с катушкой, витки которой располагаются в узком кольцевом зазоре компактной магнитной системы. В результате с появлением звука мобильная часть электродинамической системы приходит в возвратно-поступательное движение, ось которого проходит через керн микрофона, и в витках катушки возникает электрический ток.

Не менее перспективным для преобразования звуковых колебаний в электрические оказался так называемый пьезоэлектрический эффект. Суть его в том, что при сжатии, растяжении или изгибе пластин из титаната бария, сегнетовой соли и ряда других кристаллов на их поверхности возникают электрические заряды, пропорциональные силе деформации. Остается прикрепить к такому пьезоэлементу чуткую к звуковым колебаниям мембрану, предусмотреть соответствующие выводы для снятия получающихся электрических колебаний — микрофон готов.

Внутреннее сопротивление у пьезоэлектрических микрофонов довольно-таки высокое. Это создает неудобства при схемном согласовании, скажем, с усилителями на биполярных транзисторах, имеющими низкоомный вход. Но ведь полупроводниковые устройства с небольшим входным сопротивлением хорошо «стыкуются» с другими, электромагнитными микрофонами.

Принцип работы любого прибора электромагнитной системы зиждется на взаимодействии якоря (из специальных ферромагнитных сплавов или мягкой стали) с полем, образованным постоянным магнитом, и микрофон здесь не исключение. В типовой конструкции микрофона якорь находится в зазоре магнитной системы. Он жестко связан с диафрагмой, воспринимающей звук, и, колеблясь вместе с ней, вызывает изменение магнитного поля. В результате в катушке, намотанной поверх якоря или полюсных наконечников, возникают электрические колебания, соответствующие звуковым.

Широкое распространение у радиолюбителей получил дифференциальный электромагнитный микрофон ДЭМШ-1. Он состоит из завальцованной в едином корпусе двухкольцевой магнитной системы с фланцами и полыми полюсными наконечниками, мембраны и располагающихся по обе стороны от нее витков катушки. Модернизированный ДЭМШ-1А имеет дополнительные полюсные наконечники. Ввинчиваемые во фланцы, они обеспечивают удобную регулировку зазора, в котором колеблется мембрана.

К электромагнитным приборам относится и унифицированный капсюль ДЭМ-4м. Во многих радиолюбительских конструкциях он выступает в двух ипостасях: как чувствительный микрофон и неплохой динамик, популярности которого способствуют его приемлемые для компактных устройств габариты (диаметр корпуса 55 мм, высота 30 мм) и масса (125 г).

В профессиональной аудиоаппаратуре наибольшее распространение получили конденсаторные микрофоны, имеющие лучшие (по сравнению с аналогами других типов) параметры. По сути своей это плоские воздушные конденсаторы, у которых одна из обкладок служит мембраной, воспринимающей звуковые колебания. Выполняется она из дюралюминиевой фольги толщиной 10—30 мк или из еще более тонкой, металлизированной с одной стороны полимерной пленки. Вторая обкладка, массивная и неподвижная, располагается на расстоянии 20—40 мк от мембранной.

Под воздействием звуковых колебаний номинал такого конденсатора изменяется. Чтобы улавливать эти емкостные вариации, необходимо обкладки конденсаторного микрофона подключить последовательно с нагрузочным резистором к источнику постоянного (поляризующего) напряжения 60—70 В. В результате даже малейшие изменения заряда, возникающие под воздействием звуковых волн, вызывают «ощутимый» переменный электрический ток в микрофонной цепи, а на RH появляется сигнал, достаточный для подведения ко входу усилителя.

На принципиальных схемах микрофоны обозначают символом в виде окружности с вертикальным отрезком, напоминающим мембрану. Линии-выводы направляют в одну или диаметрально противоположные стороны, а рядом проставляют буквенное обозначение «ВМ» с соответствующим порядковым номером. Если хотят подчеркнуть принцип действия и другие основные особенности микрофона, то в центр символа-окружности вписывают соответствующие мнемонические знаки.

Например, угольный микрофон выделяют небольшим кружком, электродинамический — символом двухвитковой катушки, электромагнитный дополняют жирной чертой — «магнитопроводом». В обозначении пьезоэлектрического микрофона присутствует пиктограмма пьезоэлектрического преобразователя — узкий прямоугольник с двумя короткими черточками. Конденсаторный микрофон выделяют символом электроемкости. Хорда, параллельная вертикальной линии-«мембране», схематично указывает на отличительный признак ларингофонов — специальных микрофонов, прикладываемых к шее возле гортани и предназначенных для телефонных переговоров в шумных условиях. А чтобы подчеркнуть, что в какой-то конструкции следует непременно использовать стереофонический микрофон, внутрь символа-окружности вводят две стрелки, отходящие под углом 45° от оси симметрии.

Вооружившись этими сведениями и имея хотя бы минимальные навыки пайки, можно испытать себя в качестве конструктора-сборщика акустического реле. Успех гарантирует адаптированная для новичков принципиальная электрическая схема. При монтаже ее на самодельной печатной плате из 1,5-мм фольгированного текстолита или гетинакса нужен лишь минимум довольно распространенных радиодеталей.

Действительно, резисторы МЛТ-0,25 (МЛТ-0,125) или конденсаторы МБМ, К50-16 (К50-6), полупроводниковый диод Д9, а также транзисторы КТ315 с любым индексом в наименовании к ультрасовременным не относятся. Значит, найдутся в любой «глубинке». То же самое можно сказать о реле РЭС55А (паспорт РС4.569.603) и РЭС22, тумблере, 9-вольтном источнике электропитания, микрофоне ДЭМШ-1. Да и «дальнобойный электретник» МКЭ389-1 раздобыть при желании — не проблема, зато каков результат!

Входя, скажем, в темное помещение, в котором установлено самодельное (смонтированное в пластмассовом корпусе-мыльнице) акустическое реле, достаточно хлопнуть в ладоши или даже кашлянуть — и свет, повинуясь этой звуковой команде, тотчас включится!

При тщательно выполненной сборке схема никакой дополнительной настройки не требует. С подключением к источнику электропитания она готова к работе, «покаскадную» суть которой можно представить следующим образом.

Акустический сигнал преобразуется микрофоном в электрический и через разделительный конденсатор С1, представляющий для звуковых частот незначительное сопротивление, следует на базу полупроводникового триода VT1, включенного по типовой схеме с общим эмиттером. Усиленная транзистором электрическая команда снимается с коллекторной нагрузки (резистора R3) и по цепи R4C2 подается на второй каскад усиления, выполненный на VT2. Требуемый режим здесь задает базовый резистор R5. В качестве коллекторной нагрузки выступает зашунтированная полупроводниковым диодом VD1 обмотка реле К1. Срабатывая, оно своими контактами К1.1 включает самоблокирующееся «сильнотоковое» реле К2. Контакты К2.2 тут же замыкаются, приводя в действие исполнительный механизм (в приведенном примере — включая электроосвещение).

Чтобы возвратить в дежурный режим такое акустическое реле, надо кратковременно его обесточить, выключив и тут же включив тумблер SA1 в общей цепи электропитания.

А. ГРИДНЕВ (RA6LGS),

г. Владикавказ