Микрофон и громкоговоритель

Определения и обозначения

Микрофон — устройство, которое преобразует звуковые колебания в электрический сигнал. Проще говоря, он улавливает звук и передаёт его в виде изменений тока или напряжения. Благодаря этому речь можно записать или отправить по телефону.

Громкоговоритель — устройство, которое преобразует электрический сигнал в звуковые колебания. Он принимает сигнал и заставляет колебаться свою мембрану. Такие колебания помогают услышать звук из радио, телевизора или колонки.

Звуковой сигнал — распространяющиеся в среде колебания, воспринимаемые слухом. Например, голос создаёт колебания воздуха, которые доходят до уха. Понятие сигнала помогает проследить, как звук передаётся от источника к слушателю.

Электрический сигнал — изменяющийся электрический ток или напряжение, передающие информацию о звуке. Он меняется вслед за звуком, поэтому может переносить особенности голоса или музыки. Такой сигнал можно передавать по проводам и усиливать.

Как это устроено

Когда человек говорит, его голос вызывает колебания воздуха. Эти колебания доходят до микрофона и давят на его чувствительную часть — мембрану, которая может двигаться. Вместе с ней движется преобразующий элемент, превращающий механическое движение в электрические изменения. Так звук становится сигналом, который можно передать или записать.

Электрический сигнал меняется вслед за движением мембраны, а мембрана движется вслед за звуковой волной. Поэтому в сигнале сохраняется рисунок колебаний исходного звука. Более сильные колебания обычно создают более заметные изменения сигнала, а быстрые колебания — более частые изменения. Так сигнал передаёт сведения и о громкости, и о высоте звука.

В громкоговорителе электрический сигнал поступает к катушке, расположенной рядом с магнитом. Из-за тока катушка взаимодействует с магнитом и начинает двигаться, а вместе с ней движется соединённая мембрана. Когда сигнал меняется, меняются и движения мембраны. Поэтому она повторяет колебания, записанные в сигнале.

Двигаясь вперёд и назад, мембрана то сжимает воздух перед собой, то разрежает его. Сжатия и разрежения передаются дальше от громкоговорителя в виде звуковой волны. Дойдя до уха, эта волна вызывает ощущения звука. Так колебания мембраны превращаются в слышимое звучание.

При передаче голоса микрофон сначала превращает звук говорящего в электрический сигнал. Если сигнал нужно сделать сильнее, его направляют в усилитель, который увеличивает его. Затем сигнал поступает в громкоговоритель и вызывает колебания мембраны. Она создаёт звуковую волну, которую слышат слушатели.

Сравнение микрофона и громкоговорителя

Сравнивая устройства, сначала найдите, что поступает на вход: звук или электрический сигнал. Затем проследите, что происходит с мембраной и какой результат появляется на выходе. Это помогает не перепутать назначения двух приборов.

Разбор задач

1. Какое устройство записывает голос на компьютер?

Нужно определить устройство, которое улавливает голос и передаёт его компьютеру. Голос — это звук, а компьютер может принять информацию в виде электрического сигнала. Поэтому следует найти прибор, который выполняет именно такое преобразование.

1. Определяем, что поступает на вход: звуковые колебания голоса.
2. Вспоминаем, какое устройство превращает звук в электрический сигнал: это микрофон.
3. Подключаем микрофон к компьютеру, который записывает полученный сигнал.

Ответ: чтобы записать голос человека на компьютер, нужен микрофон. Громкоговоритель здесь не подходит: он действует в обратном направлении и воспроизводит звук из электрического сигнала.

2. Почему звук прекращается, если отключить громкоговоритель от источника сигнала?

Нужно проследить, откуда берётся звук громкоговорителя. Сам по себе прибор не получает сведений о том, как должна двигаться его мембрана: эти сведения передаёт электрический сигнал. Без подключения сигнал не поступает.

1. Источник создаёт электрический сигнал и направляет его в громкоговоритель.
2. Сигнал вызывает движение мембраны.
3. Мембрана колеблет воздух, и возникает слышимый звук.
4. После отключения сигнал перестаёт поступать, поэтому мембрана больше не создаёт нужных колебаний.

Ответ: при отключении громкоговорителя от источника электрического сигнала звук прекращается. Причина не в том, что прибор перестал «хотеть» звучать, а в том, что исчезло воздействие, заставлявшее мембрану колебаться.

3. Как голос передаётся слушателю через микрофон, усилитель и громкоговоритель?

Здесь нужно описать путь звука от говорящего к слушателю. На каждом шаге происходит передача или преобразование сигнала. Усилитель нужен, если сигнал требуется сделать сильнее для воспроизведения.

1. Голос говорящего создаёт звуковую волну в воздухе.
2. Микрофон улавливает её и преобразует звук в электрический сигнал.
3. Усилитель увеличивает этот сигнал, не заменяя его исходную информацию.
4. Громкоговоритель превращает сигнал в колебания своей мембраны.
5. Мембрана создаёт звуковую волну, которая доходит до слушателя.

Ответ: голос проходит цепочку «звук — микрофон — электрический сигнал — усилитель — громкоговоритель — звук». Сначала звук превращается в электрическую форму, затем снова становится звуковыми колебаниями.

Типичные ошибки

Ошибка: называть микрофон усилителем звука. Так думают, потому что после включения микрофона голос иногда становится слышен через колонку громче. Но микрофон прежде всего преобразует звук в электрический сигнал, а усилитель увеличивает сигнал. Проверьте себя: спросите, какое устройство выполняет каждое действие.

Ошибка: считать, что громкоговоритель может звучать без электрического сигнала. Так можно подумать, если забыть, что мембране нужно что-то сообщить, как двигаться. Сигнал приводит её в колебание, а без него обычное воспроизведение прекращается. Проверьте цепочку: сигнал — мембрана — колебания воздуха — звук.

Ошибка: путать направления преобразования микрофона и громкоговорителя. Оба устройства связаны со звуком, поэтому их назначение легко перепутать. Микрофон работает от звука к электрическому сигналу, громкоговоритель — от электрического сигнала к звуку. Проверка простая: представьте, что нужно записать голос или, наоборот, услышать запись.

Ошибка: думать, что громкость и высота определяются одинаково. Их могут спутать, потому что оба свойства связаны с колебаниями. Громкость связана с амплитудой — размахом колебаний, а высота тона — с частотой, то есть частотой повторения. Проверьте себя: сильнее колебания — обычно громче, чаще колебания — выше тон.

Связь с другими темами

Для понимания темы нужно знать, что звук — это колебания, которые распространяются в упругой среде, например в воздухе. Также пригодится представление о том, что электрический ток и напряжение могут изменяться со временем и передавать информацию. Эти знания помогают проследить путь звука через устройства.

Микрофоны и громкоговорители применяют в связи, звукозаписи, радиоприёмниках, телефонах и музыкальной аппаратуре. Та же цепочка преобразований помогает понять, как голос собеседника доходит до телефона или как звучит запись. Поэтому тема связывает изучение звука с повседневной техникой.

Что запомнить

• Микрофон преобразует звук в электрический сигнал.
• Громкоговоритель преобразует электрический сигнал в звук.
• В микрофоне звуковая волна вызывает колебания мембраны.
• В громкоговорителе электрический сигнал вызывает колебания мембраны.
• Микрофон и громкоговоритель выполняют противоположные преобразования.
• Усилитель может увеличить электрический сигнал, но сам по себе не заменяет микрофон или громкоговоритель.