Чудесные кристаллы

ГОВОРЯЩИЙ КРИСТАЛЛ

Как вы уже убедились, электрический преобразователь необходим для приема звуковых волн. Но пьезоэффект обратим. Поэтому пьезоэлектрический преобразователь может быть использован и при воспроизведении принятых звуков, например, в телефонных наушниках или репродукторах. Пьезоэлектрические телефоны очень чувствительны и хорошо воспроизводят все слышимые ухом звуки.

Однако воспроизведение звука — область не гидроакустики, а электроакустика — науки, занимающейся электрической записью и воспроизведением звуковых колебаний. В этой науке пьезоэлектричеству также отведена не последняя роль.

Возьмите пьезоэлектрические телефонные наушники. В каждом из них вы найдете так называемый пьезоэлемент, состоящий из пластинок сегнетовой соли.

А теперь рассмотрим, как работает такой пьезоэлемент. Дело в том, что пьезоэлементы, применяемые в электроакустических приборах, существенно отличаются по своему устройству от пьезоэлектрических пластинок в вибраторах и приемниках гидроакустических станций. Если там пластинки работали на сжатие — растяжение, то здесь они работают на изгиб, кручение и смещение. Этим достигается максимальная чувствительность пластинки.

Пьезоэлектрическую пластинку можно вырезать так, чтобы под воздействием электрического тока она либо удлинялась, либо укорачивалась. Если снабдить две такие пластинки электродами и склеить между собой, то получим так называемый биморфный элемент. Склеивать пластинки нужно так, чтобы при укорочении одной другая удлинялась и наоборот.

Если теперь подвести к электродам переменный ток, то весь элемент в целом будет изгибаться в ту или иную сторону в зависимости от знака зарядов на электродах. Такой биморфный элемент называется пьезоэлементом изгиба (рис. 35, а).

А как сделать пьезоэлемент, работающий на кручение? Для этого из целого кристалла надо вырезать брусок так, чтобы под воздействием электрического тока противоположные углы бруска смещались в разные стороны. Если склеить два таких бруска и закрепить неподвижно один конец, то получим биморфный пьезоэлемент кручения (рис. 35, б).

Если оставить свободным один конец такого пьезоэлемента, а остальные три закрепить, то получим пьезоэлемент смещения (рис. 35, в)

Теперь станет понятно, как работают пьезоэлектрические телефонные наушники, или, как часто их называют, телефоны. Здесь чаще всего используется пьезоэлемент смещения. Свободный конец элемента соединяется с конической мембраной. Переменный ток, подведенный к пьезоэлементу, вызывает колебания свободного конца, которые передаются мембране. Если ток изменяется со звуковой частотой, то будет слышен звук.

Подводная лодка вышла в море на выполнение боевого задания. Непрерывно несется вахта на шумопеленгаторной станции. Внимательно прослушивает водное пространство специалист-гидроакустик. Но что это? Еле слышный шорох в наушниках, потом громче, громче… Конечно! Шум винтов боевого корабля противника! Надо немедленно доложить об этом командиру!

И снова на помощь приходит пьезоэлектричество. Ведь микрофоны громкоговорящей связи, соединяющей командира и гидроакустика, тоже используют это явление.

В пьезоэлектрических микрофонах — приборах, служащих для превращения звука в электрические колебания звуковой частоты, применяются биморфные элементы, работающие на изгиб. Микрофон может состоять из одного или двух элементов. Для повышения чувствительности к пьезоэлементу иногда присоединяют металлическую диафрагму (рис. 36).

Существует еще одна область электроакустики, где широко применяются пьезоэлектрические устройства. Это запись звука и в частности звукосниматели для передачи и воспроизведения граммофонной записи.

Граммофонная пластинка состоит из еле видимых бороздок с извилинами. Это записан звук. Для воспроизведения его по бороздкам движется игла звукоснимателя. Следуя по извилинам, игла колеблется со звуковой частотой. Колебания иглы передаются пьезоэлектрической пластинке и преобразуются в электрический ток такой же частоты. Впоследствии ток усиливается и поступает на громкоговоритель.

Обычно в пьезоэлектрических звукоснимателях применяют один биморфный элемент, работающий на кручение. Однако существуют звукосниматели и с пьезоэлементом изгиба.