NAG O NIENIE

Dominik Zieliński
Sebastian Gierłowski
Krystian Łepkowski

Dźwięk – wrażenie słuchowe, spowodowane
falą akustyczną rozchodzącą się w ośrodku
sprężystym (ciele stałym, cieczy, gazie).
Częstotliwości fal, które są słyszalne dla
człowieka, zawarte są w paśmie między
wartościami granicznymi od ok. 16 Hz do ok.
20 kHz.
Jest to zespół czynności mający na celu
wzmocnienie źródła dźwięku i prezentacja w
czasie rzeczywistym.


Pierwsze elementy nagłośnienia możemy
spotkać w starożytnej Grecji, gdzie specyficzne
położenie oraz kształt teatrów pozwalał na
wzmocnienie głosu bez zwiększonego wysiłku
ze strony aktora.
Wiele wieków później zaczęto stosować
specjalne tuby nagłaśniające które dzięki
rezonansowi, wzmacniały głos człowieka


Wynalezienie lamp elektronowych pozwoliło
na silniejsze wzmocnienie głosu oraz
instrumentów.
Odkrycie zjawiska półprzewodnikowego a
potem wynalezienie tranzystora pozwoliło na
minimalizację układów nagłaśniających.


Głośnik – przetwornik elektroakustyczny
(odbiornik energii elektrycznej) przekształcający
prąd elektryczny w falę akustyczną.
Pierwszy głośnik elektryczny - dictograph,
prototyp większości dzisiejszych systemów, został
skonstruowany w 1906 roku, przez Millera Reese'a
Hutchinsona i Kelly'ego Turnera z Hutchinson
Acoustic Co. z Nowego Jorku. Pierwszy raz
publicznie użyto elektrycznych głośników we
wrześniu 1912 roku, kiedy firma Bell Telephone
Co. we współpracy z Western Electric
zainstalowała dwa chłodzone wodą nadajniki
głośnikowe, induktor i dziesięć głośników w
teatrze Olympic w Chicago.


Magnetoelektryczne (dynamiczne) - w polu
magnetycznym magnesu umieszcza się
przewodnik (cewkę magnetyczną) w którym
płynie prąd elektryczny. Oddziaływanie magnesu
i przewodnika z prądem wywołuje ruch
przewodnika, do którego przymocowana jest
membrana.
Elektromagnetyczne - przepływ prądu o
częstotliwości akustycznej powoduje powstanie
zmiennego pola magnetycznego. Pole to
magnesuje rdzeń ferromagnetyczny połączony z
membraną. Przyciąganie i odpychanie rdzenia
powoduje drgania membrany.


Elektrostatyczne - na naelektryzowaną membranę
z cienkiej folii (mającą napyloną warstwę
metaliczną z jednej lub dwu stron, bądź będącą
elektretem) oddziałują dwie perforowane
elektrody, umieszczone z obu stron folii (jedna
elektroda ma odwróconą fazę sygnału o 180 stopni
w stosunku do drugiej), w ten sposób wywołując
drgania folii w takt sygnału.
Magnetostrykcyjne - pole magnetyczne wywołuje
zmianę wymiarów materiału ferromagnetycznego
(zjawisko magnetostrykcyjne). Ze względu na
duże częstotliwości drgań własnych elementów
ferromagnetycznych, tego typu głośniki stosowane
są do otrzymywania ultradźwięków.


Piezoelektryczne - pole elektryczne wywołuje
zmianę wymiarów materiału
piezoelektrycznego, stosowane w głośnikach
wysokotonowych i ultradźwiękowych,
Głośnik plazmowy – rodzaj głośnika
bezmembranowego, w którym funkcję
membrany pełni łuk elektryczny wytwarzający
plazmę.


Mikrofon – przetwornik elektroakustyczny
służący do przetwarzania fal dźwiękowych na
przemienny prąd elektryczny.
Pierwszy mikrofon został skonstruowany w
1827 roku przez Charlesa Wheatstone'a. Jednak
pierwsze mikrofony, tzw. mikrofony kwasowe,
które pojawiły się w latach 70. XIX wieku za
sprawą Graya i Bella wykorzystano w
początkach telefonii


Mikrofon kwasowy-W latach 70. XIX wieku za sprawą
Graya i Bella pojawiły się pierwsze mikrofony kwasowe, w
których połączona z membraną iglica porusza się w
rozcieńczonym kwasie. Wykorzystano je wówczas w
raczkującej telefonii.
Mikrofon stykowy (węglowy) - Mikrofony węglowe
zostały opracowane przez Thomasa Alve Edisona jako
rozwinięcie mikrofonu kwasowego, w którym kwas
zastąpiono granulkami węgla, zmieniającymi swą
rezystencję pod wpływem ciśnienia wywieranego przez
membranę na granulat. Stosowano je przeważnie w
telefonach. Zakres przetwarzania jest bardzo wąski, węższy
niż widmo mowy ludzkiej, a zniekształcenia w porównaniu
do innych typów mikrofonów są bardzo duże. Jednak
konstrukcja mikrofonów jest tak prosta więc są one prawie
bezawaryjne, posiadają one także dużą skuteczność oraz są
trwałe i tanie.

Mikrofon piezoelektryczny - Pod względem
elektrycznym mikrofony piezoelektryczne są
kondensatorami. Przetwarzają one sygnał
akustyczny w sygnał napięciowy. Są bardzo
wrażliwe na wilgoć i zmiany temperatury, gdyż
zbyt wysoka temperatura powoduje trwałe zmiany
w ich działaniu. Wykazują one także bardzo dużą
impedancję wewnętrzną o charakterze
pojemnościowym, co utrudnia łączenie ich długimi
przewodami. Szeroko natomiast stosowane są jako
mikrofony, a ściślej - przetworniki, w
instrumentach akustycznych. Szczególnie wiernie
odtwarzają wysokie tony i są także stosowane jako
czujniki ultradźwięków.

Mikrofon dynamiczny (magnetoelektryczny) - Drgania
powietrza wytwarzane przez fale dźwiękowe poruszają
cienką elastyczną membranę i połączoną z nią cewkę
umieszczoną w silnym polu magnetycznym wytwarzanym
przez magnes. W wyniku tego generowane jest napięcie na
zaciskach cewki - siła elektrodynamiczna, czyli drgania
umieszczonej pomiędzy biegunami magnesu cewki,
wzbudzają w niej prąd elektryczny o częstotliwości
odpowiadającej częstości drgań fal dźwiękowych.
Podstawową zaletą tej konstrukcji jest prostota i brak
konieczności zewnętrznego zasilania. Aby uzyskać wyższe
napięcie na wyjściu mikrofonu, należy zastosować cewkę o
większej ilości zwojów, która z kolei jest cięższa i ma
większą rezystancję, a zatem i większą bezwładność i szumy
termiczne, co w konsekwencji utrudni mikrofonowi
przetwarzanie wyższych częstotliwości i szybkich
impulsów.

Mikrofon pojemnościowy (elektrostatyczny) - Mikrofon
pojemnościowy składa się z dwóch elektrod podłączonych
do źródła napięcia stałego. Jedna z elektrod jest nieruchoma,
natomiast drugą stanowi membrana wystawiona na
działanie fal dźwiękowych, które wprawiają ją w drgania.
Elektrody mikrofonu pełnią rolę okładek kondensatora więc
zmiana odległości pomiędzy elektrodami powoduje zmianę
pojemności takiego kondensatora, co z kolei powoduje
powstanie składowej zmiennej w stałym napięciu
zasilającym kondensator. Jej częstotliwość jest równa
częstotliwości padającej fali dźwiękowej. Aby uzyskać duży
sygnał wyjściowy, membrana mikrofonu musi być na dość
wysokim potencjale względem elektrody nieruchomej.
Zwykle jest to napięcie 48V, doprowadzone z zewnątrz
ekranowanym kablem zasilającym, który jest jednocześnie
kablem sygnałowym (tzw. zasilanie Phantom).


Mikrofon laserowy - Wiązka lasera odbijając się od drgającej
powierzchni pada na element światłoczuły odbiornika. Wartość
sygnału jest zależna od miejsca padania wiązki odbitej na
elemencie światłoczułym. Dzięki wysokiej spójności wiązki lasera,
membrana może znajdować się w znacznej odległości od
nadajnika i odbiornika wiązki laserowej. Drgającą powierzchnią
może być na przykład szyba w oknie - stąd możliwe są
zastosowania tego typu mikrofonu przez służby specjalne.
Mikrofon światłowodowy - Wiązka światła przesyłana przez
pierwszy światłowód po odbiciu od środka membrany pada na
początek drugiego światłowodu. Drgania membrany powodują
zmiany natężenia światła, które następnie zostaja zamienione na
sygnał elektryczny. Ze względu na małą masę membrany, która
może być wykonana z cienkiej folii metalowej charakterystyka
częstotliwościowa takiego przetwornika jest podobna jak
mikrofonu pojemnościowego.

Układ elektroniczny, którego zadaniem jest
wytworzenie na wyjściu sygnału analogowego,
będącego wzmocnionym sygnałem
wejściowym, kosztem zużycia energii
pobieranej ze źródła prądu.


Wzmacniacz Analogowy – rodzaj
wzmacniacza w którym wzmocnienie sygnału
następuje bez zmiany kształtu. Następuje tylko
wzmocnienie amplitudy sygnału.
Wzmacniacz cyfrowy – rodzaj wzmacniacza w
którym wzmocnieniem sygnału zajmuje się
dedykowany układ cyfrowy. Sygnał
analogowy jest konwertowany do postaci
cyfrowej. Dodatkowo może być modyfikowany
(dodanie echa itp.).

Wzmacniacz impulsowy, wzmacniacz przełączający,
wzmacniacz klasy D– układ elektroniczny wzmacniający, w
którym tranzystory wyjściowe (zazwyczaj tranzytory polowe typu
MOSFET) działają jako przełączniki dwustanowe (binarne):
naprzemienne całkowicie przewodzą lub są całkowicie
wyłączone. Odbiornik energii (np. zestaw głośnikowy w
przypadku wykorzystania jako wzmacniacz elektroakustyczny)
podłączony jest do wyjścia wzmacniacza impulsowego przez
odpowiednio dobrany filtr dolnoprzepustowy. Kluczujący sygnał
okresowy (przełączający) ma postać przebiegu przemiennego
prostokątnego o częstotliwości przekraczającej 2-krotność górnej
częstotliwości granicznej przyjętego pasma przenoszenia
wzmacniacza impulsowego (zobacz: twierdzenie o próbkowaniu).
Wypełnienie impulsów kluczujących uzależnione jest od
wejściowego sygnału analogowego, zazwyczaj w układzie
sprzężenia zwrotnego dla sygnałów analogowych mieszanych
uzyskiwanych z pomocą modulatora delta-sigma, filtrów i
dodatkowych wzmacniaczy.

Klasa A wzmacniacza występuje wszędzie tam gdzie
poprzez tranzystory lub lampy stopnia końcowego zawsze
płynie prąd spoczynkowy, bez względu na to czy
podawany jest sygnał czy nie. I to jest cecha
charakterystyczna tej klasy wzmacniaczy. Przepływ prądu
jest duży i dlatego wzmacniacze te pobierają dużo energii,
przy małej sprawności. Teoretycznie powinna ona wynosić
50%, praktycznie często nie przekracza 10 - 20%. Jest to
poważna wada, bowiem stosować musimy dużej mocy
zasilacze i potężne radiatory. Jeżeli sygnał nie jest
podawany, wzmacniacz pracuje jako grzejnik. We
wzmacniaczach lampowych dochodzi jeszcze żarzenie
grzejników lamp. Ale wzmacniacze takie mają też zalety dają nam czysty, niezniekształcony dźwięk (pomijając
wpływ innych elementów toru). Dlatego marzeniem wielu
audiofilów jest posiadanie wysokiej klasy wzmacniacza
klasy A.


Klasa B.
Od wzmacniacza klasy A różni się tylko tym, że polaryzacja układu jest tak dobrana,
aby tranzystory w stanie spoczynku nie przewodziły prądu. Dzięki temu nie grzeją się, a
sprawność wzmacniaczy w klasie B jest wysoka - do 78%. W tej klasie każdy tranzystor
wyjściowy (lampa) wzmacnia odpowiednio tylko jedną połówkę - albo dodatnią, albo
ujemną. Na wyjściu połówki są sumowane, dając pełny, wzmocniony sygnał.
Dokładne zsumowanie obu połówek wymaga doskonałej jakości elementów i
dokładnego ich zestrojenia. Największym problemem wzmacniaczy tej klasy są tzw.
zniekształcenia skrośne. Ponieważ tranzystor czy lampa jest elementem nieliniowym, a
małe sygnały są wzmacniane na najmniej liniowej części charakterystyki, po złożeniu
obu połówek sygnał wyjściowy różni się od podanego na wejście wzmacniacza.
Największe zniekształcenia powstają przy przejściu sygnału przez zero.
Czystej klasy B nie stosuje się w sprzęcie Hi-Fi. Spotkać ją możemy w sprzęcie
estradowym, gdzie ważna jest duża sprawność i moc, a mniejsze znaczenie ma
wysoka jakość odtwarzania.
Klasa AB
Wzmacniacze klasy A wykorzystywane są rzadko, a wzmacniacze czystej klasy B nigdy. Większość współczesnych wzmacniaczy pracuje w klasie mieszanej - AB.
Tranzystory (lampy) są spolaryzowane tak, aby w stanie spoczynku przepływał przez
nie niewielki prąd. Przy słabych sygnałach wzmacniacz pracuje w klasie A, a przy
większych - w klasie B. Wzmacniacze klasy AB łączą zalety klas A i B: mają nieduże
zniekształcenia i stosunkowo dużą sprawność, rzędu 50 - 70%. W zależności od wartości
prądu spoczynkowego mówimy o płytszej lub głębszej klasie AB. Czym większy prąd
spoczynkowy, tym mniejsza sprawność, ale i mniejsze zniekształcenia.


Klasa AA
Jest to sposób budowy wzmacniacza "dwa w jednym", czyli dobrej
jakości wzmacniacz małej mocy, pracujący w klasie A, i drugi,
który pracuje w klasie B, o większej mocy. Oba wzmacniacze są
połączone specjalnym mostkiem tak, aby przy małych sygnałach
pracował ten o mniejszej mocy, przy większym zaś sygnale
płynnie włączany jest drugi, mocniejszy. Wzmacniacze takie mają
niskie zniekształcenia nieliniowe i bardzo małe przesunięcia
fazowe. Wzmacniacze takie propaguje m.in. Technics. Jest to
bardziej klasa marketingowa, niemająca wiele wspólnego z
tradycyjnym podziałem wzmacniaczy na klasy.
Klasa C
W tej klasie wykorzystuje się całą szerokość charakterystyki, także
tą nieliniową. Wzmacniacze takie dają dużą moc, lecz o bardzo
dużych zniekształceniach. Małe sygnały nie są wzmacniane.
Wykorzystuje się je w układach generacyjnych, alarmowych, itp.

Klasa D
Producenci dążąc do polepszenia sprawności wzmacniaczy, zwrócili swoją
uwagę na technikę impulsową. Jeżeli tranzystory będą na przemian albo
całkowicie otwierane, albo całkowicie zamykane, uzyskamy tryb pracy w
klasie D. Wykorzystuje się fakt, iż głośniki dynamiczne mają pewną
bezwładność, ponadto pole magnetyczne w cewce głośnika nie zanika
natychmiast w chwili przejścia tranzystorów w stan wyłączenia (zatkania).
Ponadto stosuje się prosty filtr LC, dzięki któremu uzyskuje się
niezniekształcony sygnał. Warunkiem otrzymania prawidłowego przebiegu
sygnału jest to, że otwieranie i zamykanie tranzystorów odbywa się z dużą
częstotliwością (kilku lub kilkunastokrotna maksymalna częstotliwość
sygnałów audio), a współczynnik wypełnienia impulsów jest proporcjonalny
do chwilowej wartości sygnału audio. Wzmacniacze te nazywamy
wzmacniaczami impulsowymi lub wzmacniaczami o modulowanej
szerokości impulsu (PWM, Pulse Width Modulation). Poziom głośności
ustalany jest za pomocą regulacji napięcia wyjściowego z
wzmacniacza. Sprawność takiego wzmacniacza jest bardzo wysoka,
teoretycznie do 100%, praktycznie wynosi 90-95%, co i tak jest rewelacyjną
wartością.

Klasa H
Wzmacniacze tej klasy czasami znajdują zastosowanie w samochodowych
zestawach nagłaśniających. Jak wiemy instalacja pokładowa samochodu podczas
pracy silnika jest zasilana napięciem 14,4V. Umożliwia to uzyskanie mocy 25 W
przy głośnikach o impedancji 4 Ohm. By uzyskać większe moce, zmniejsza się
impedancję głośników do 2 Ohm, lub stosuje przetwornice, by uzyskać większe
napięcia zasilania (np. +/-25V).
Innym rozwiązaniem jest zastosowanie wzmacniacza klasy H, który jest
rozwinięciem wzmacniacza klasy G. Podczas normalnej pracy wzmacniacz pracuje
w klasie AB i jest zasilany napięciem pokładowym, czyli 14.4V. Gdy następuje
zapotrzebowanie na większą moc, napięcie jest zwiększane za pomocą "ładunku
pomp". Jest to układ zawierający dodatkowe wzmacniacze i baterie
kondensatorów. Można powiedzieć, że pracujący wzmacniacz klasy H sam
wytwarza w szczytach wysterowania wyższe napięcie, które umożliwia uzyskanie
znacznie większej mocy wyjściowej. Warto zauważyć, że napięcie zasilające
zwiększane jest w takt sygnału tylko w tym kanale i tylko wtedy, gdy jest to
konieczne. Oprócz zwiększenia mocy, tak skonstruowany wzmacniacz daje też
poprawę sprawności energetycznej.

Megafon - głośnik lub (często)
zestaw kilku głośników
znacznej mocy (na ogół łącznie
kilkudziesięciu lub kilkuset
watów), służących do
nagłaśniania otwartych
przestrzeni (stadionów
sportowych, ulic itp.) oraz
bardzo obszernych wnętrz (np.
hale dworców kolejowych,
portów lotniczych itp.)
Zazwyczaj montowane są na
wysokości kilku metrów nad
ziemią (na masztach lub pod
stropem), aby zapewnić
słyszalność także ze stosunkowo
dużej odległości.

Średniej wielkości i mocy głośniki do
zastosowania wewnątrz budynków.

Kolumny
głośnikowe dużej
mocy do
zastosowań
estradowych.

Wzmacniacz
gitarowy (głośnik
zintegrowany z
dedykowanym
wzmacniaczem
lampowym lub
tranzystorowym

Wzmacniacz ze zintegrowanym 10 kanałowym
mikserem mono i 2 kanałami stereo

6 kanałowy wzmacniacz mono

Mikrofon
bezprzewodowy z
odbiornikiem