ЗВУКОВЫЕ  ВОЛНЫ  В  КАЧЕСТВЕ  ИСТОЧНИКА  ЭНЕРГИИ

Худяков  Иван  Юрьевич

студент  2  курса  колледжа,  специальность  «Цирковое  искусство»  ПККИиК, 
РФ,  г.  Пермь

E-mail:  stenno-perm@mail.ru

Садовникова  Елена  Николаевна

научный  руководитель,  педагог  первой  категории,  преподаватель  естествознания  ПККИиК

РФ,  г.  Пермь

Цель  работы:  исследовать  способ  получения  электрического  тока  из  звуковых  волн. 

Объект  исследования:  процесс  преобразования  звуковых  волн  в  электрический  ток.

Предмет  исследования:  источник  звуковых  волн  и  преобразователь  звуковых  волн  в  электрический  ток. 

Задачи:

1.  Определить  эффективность  интервала  частот  акустической  колонки; 

2.  Исследовать  зависимость  силы  тока  от  площади  электродинамического  громкоговорителя; 

3.  Исследовать  зависимость  силы  тока  в  громкоговорителе  от  расстояния  до  источника  звука.

Методы  исследования:  лабораторный  эксперимент,  анализ  табличных  данных  полученных  в  ходе  эксперимента. 

Практическая  значимость  исследования:  при  помощи  метода  предложенного  в  работе  можно  получать  электроэнергию  от  внешних  источников  шума.

Глава  1.  Теория  получения  электрического  тока  при  помощи  преобразователей  звуковых  волн

Электрический  громкоговоритель  –  это  громкоговоритель,  в  котором  преобразования  электрического  сигнала  в  звуковой  происходит  благодаря  перемещению  катушки  с  током  в  магнитное  поле  постоянного  магнита  (реже  электромагнита)  с  последующим  преобразованием  полученных  механических  колебаний  в  колебания  окружающего  воздуха  при  помощи  диффузора  (рис.  1).

Диффузор  –  основной  излучающий  элемент  электродинамического  громкоговорителя,  который  должен  обеспечивать  линейную  (амплитудно-частотную  характеристику)  в  заданном  диапазоне  частот.

Центрирующая  шайба  –  шайба,  которая  должна  обеспечивать  стабильность  резонансной  частоты  низкочастотных  громкоговорителей  в  условиях  динамических  и  температурных  нагрузок.

Звуковая  катушка  –  катушка  с  проводом,  которая  находится  в  зазоре  магнитной  цепи  и  обеспечивает  совместно  с  магнитной  системой  динамика  преобразование  электрической  энергии  в  энергию  механическую.

Пылезащитный  колпачок  –  сферическая  оболочка,  которая,  выполняя  функцию  защиты  рабочего  зазора  магнитной  цепи  от  попадания  пыли,  является  также  окружным  ребром  жёсткости  [5;  6;  7].

Рисунок  1.  Электрический  громкоговоритель

Микрофон  –  электроакустический  прибор,  преобразовывающий  звуковые  колебания  в  колебания  электрического  тока,  устройство  ввода  (Рис.  2)  [1]. 

Рисунок  2.  Микрофон

Шумомер  –  прибор  для  объективного  измерения  уровня  звука  (Рис.  3)  [3].

Усилитель  –  элемент  системы  управления,  предназначенный  для  усиления  входного  сигнала  до  уровня,  достаточного  для  срабатывания  исполнительного  механизма.

Интегратор  –  это  устройство,  выходной  сигнал  которого,  пропорционален  интегралу  от  входного  сигнала. 

Рисунок  3  Шумомер

Глава  2.  Исследование  процесса  преобразования  звуковых  волн  в  электрический  ток

В  качестве  источника  звуковых  волн  использовался  звуковой  генератор  и  акустическая  колонка  2.0  TDS-501  [2;  4].  В  качестве  преобразователя,  электродинамический  громкоговоритель  ГОСТа  9010-7903-79  1гд-40фе-100  с  сопротивлением  в  8Ом. 

Опыт  №  1.  «Определение  эффективного  интервала  частот  акустической  колонки»

Гипотеза:  Акустическая  колонка  лучше  воспроизводит  спектр  звуковых  колебаний,  чем  отдельный  динамик.

  Методика  проведения  эксперимента:

Собрать  схему  установки  (звуковой  генератор,  акустическая  колонка  2.0  TDS-501.  Динамики  –  преобразователи  звука:  ГОСТа  9010-7903-79  1гд-40фе-100  и  0.5гд-52  ГОСТа  900-78.  с  сопротивлением  в  8Ом).

Воспроизводимая  мощность  акустической  колонки  (RMS)  –  2x15  Вт,  Диапазон  воспроизводимых  частот  –  40–20000  Гц 

В  акустическую  колонку  подавалось  10  В  переменного  напряжения  от  ЗГ-10.

Расстояние  от  источника  до  генератора  10  см. 

В  первой  части  эксперимента  был  использован  диапазон  частот  500–3000  Гц  с  шагом  500  Гц,  а  во  второй  части  –  50–500  с  шагом  50

Рисунок  4.  Зависимость  силы  тока  от  частоты

Рисунок  5.  Зависимость  силы  тока  от  частоты

Вывод  1:  На  первом  графике  мы  видим,  что  самая  эффективная  частота  от  50  до  500  Гц  (Рис.  4).  Поэтому  мы  решили  сделать  вторую  часть  эксперимента. 

Вывод  2:  Во  второй  части  сужается  диапазон  эффективности,  на  втором  графике  он  показан  в  районе  от  250  Гц  до  300  Гц  (Рис.  5).

Примечание:  В  последующих  опытах  я  буду  использовать  частоту  от  250  Гц  до  300  Гц,  так  как  она  самая  эффективная. 

Опыт  №  2.  «Зависимость  I  от  S  падения  звуковых  волн»

Гипотеза:  Если  увеличить  площадь,  на  которую  падают  звуковые  волны,  то  должна  увеличиться  сила  тока.

Методика  проведения  эксперимента:

Собрать  схему  установки  (звуковой  генератор,  акустическая  колонка  2.0  TDS-501.  Динамики  –  преобразователи  звука:  ГОСТа  9010-7903-79  1гд-40фе-100  и  0.5гд-52  ГОСТа  900-78.  с  сопротивлением  в  8Ом)

В  колонку  (источник  звука)  подавалось  10  В  переменного  напряжения.

Частота  подавалась  в  250  Гц.

Расстояние  в  10  см

Рисунок  6.  Зависимость  I  от  S  падения  звуковых  волн

Вывод  1:  Сила  тока  в  электродинамических  громкоговорителях  зависит  от  площади  падения  звуковых  волн  прямо  пропорционально  (Рис.  6).

Опыт  №  3.  «Зависимость  I  от  r  »

Гипотеза:  Сила  тока  преобразователя  уменьшается  при  увеличении  расстояния  до  источника  звука.

Методика  проведения  эксперимента:

Собрать  схему  установки  (звуковой  генератор,  акустическая  колонка  2.0  TDS-501.  Динамики  –  преобразователи  звука:  ГОСТа  9010-7903-79  1гд-40фе-100  и  0.5  гд-52  ГОСТа  900-78.  с  сопротивлением  в  8Ом) 

В  колонку  (источник  звука)  подавалось  10  В  переменного  напряжения.

Частота  подавалась  в  250  Гц.

Расстояние  от  5  см  до  50  см  с  шагом  в  5  см. 

Рисунок  7.  Зависимость  I  от  r

Вывод  1:  Сила  тока  зависит  обратно  пропорционально  квадрату  расстояния  от  источника  звуковых  волн  (Рис.    7).

Практическая  часть
Практическая  значимость  работы  заключается  в  следующем,  при  помощи  исследованного  процесса  можно  использовать  звуковые  волны  в  качестве  источника  энергии.  Как  для  промышленного  производства,  так  и  для  частного  пользования.  В  частности,  в  качестве  звукоизолирующего  устройства,  при  строительстве  домов,  заводов,  трасс,  железных  дорог  или  при  работе  машин,  а  также  разговорах  между  людьми  и  не  только.  Таким  образом,  можно  заряжать  батареи  для  их  дальнейшего  использования.

Заключение 

В  процессе  подготовки  к  исследованию,  я  прочитал  много  литературы  и  узнал  состав  акустической  колонки  промышленного  производства.  А  также  области  их  применения.  В  ходе  работы  с  электродинамическим  громкоговорителем,  всесторонне  изучил  качественные  и  количественные  характеристики  акустической  колонки. 

Список  литературы:

1. Микрофон  [Электронный  ресурс].  –  Режим  доступа.  –  URL:  http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9C%D0%B8%D0%BA%D1%80%D0%BE%D1%84%D0%BE%D0%BD
2. Характеристики  акустической  колонки  [Электронный  ресурс].  –  Режим  доступа.  –  URL:  http://xn--80adfewzhvb.xn--p1ai/catalog1/speakers_20/tds500/
3. Шумомер  [Электронный  ресурс].  –  Режим  доступа.  –  URL:  http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A8%D1%83%D0%BC%D0%BE%D0%BC%D0%B5%D1%80
4. Электродинамический  громкоговоритель  [Электронный  ресурс].  –  Режим  доступа.  –  URL:  http://ru.wikipedia.org/wiki/Электродинамический_громкоговоритель 
5. Энциклопедический  словарь  юного  физика/Сост.  В.А.  Чуянов  –  2-е  изд.,  испр.  и  доп.  –  М.:  Педагогик,  1991  –  336  с.:  ил.
6. Энциклопедический  справочник  школьника.  Том  I,  Естественные  науки.  –  М.:  Русское  энциклопедическое  товарищество,  2003.  –  923  с.
7. Я  познаю  мир:  Дет.  энцикл.:  Физика  /  Сост.  А.А.  Леонович;  Под  общ.  ред.  О.Г.  Хинн.  –  М.:  ООО  «Фирма  «Издательство  АСТ»».  1999.  –  480  с.