Як "чисто" електричні кола можуть видавати звук?

Рухомі мембрани або п'єзоелектричні матеріали очевидно видають звукові хвилі, але як "чисто" електричні ланцюги, такі як трансформатори або подрібнювачі DCDC (та інші), часто можуть чути шум? Чи матеріал мікроскопічно розширюється і скорочується зі струмом?

Що ви насправді запитуєте - як електричні кола можуть викликати невеликі рухи. Зрештою, звук - це рух повітря.

Відповідь полягає в тому, що існують різні способи електричних полів чи електричних струмів, які можуть викликати сили чи рухи. Ці ефекти використовуються в конструкції різних перетворювачів , які існують для навмисного спричинення або відчуття невеликих рухів. Однак закони фізики, які дозволяють цим перетворювачам функціонувати, не зупиняються поза корпусом перетворювача. Вони існують скрізь, тому багато речей є ненавмисними перетворювачами. Різниця полягає в тому, що зазвичай ефект досить слабкий, не будучи навмисно розробленим, як у перетворювачі.

Деякі з цих ефектів:

1. Електростатична сила . Два об'єкти при різній напрузі матимуть силу між ними. Сила пропорційна напрузі і обернено пропорційна відстані. Це та сама сила, яка дозволяє повітряній кулі прилипати до волосся після того, як натирає її на кішку чи щось таке. Для звичайних схем ця сила дуже слабка, а провідники утримуються на місці набагато сильніше, ніж вона. Тим не менш, іноді ви можете чути звук від цього за допомогою ланцюгів високої напруги.

2. Електродинамічна сила . Рухомий заряд створює навколо себе кругле магнітне поле. Магнітне поле пропорційне струму, і його можна зробити досить сильним, закрутивши дріт у котушку. Це магнітне поле можна зробити для переміщення речей і є основою для роботи соленоїдів, двигунів та гучномовців.

   Рух зарядів також відчуває силу, якщо тече через магнітне поле правильної орієнтації. Більшість гучномовців насправді працюють за цим принципом; вони зроблені так, що фіксується сильний постійний магніт і котушка рухається, яка в свою чергу переміщує центр конуса динаміка. Те саме відбувається в будь-якому індукторі. Кожен шматок дроту зі струмом через нього відчуває певну силу завдяки загальному магнітному полі. Деякі звуки, які ви чуєте від трансформаторів, - це окремі шматочки дроту, які трохи рухаються.

3. П'єзоелектричний ефект . Деякі матеріали, наприклад, наприклад, кварц, трохи змінять свій розмір або форму в залежності від прикладеного електричного поля. Деякі маленькі навушники працюють за цим принципом. Існують також "кришталеві" мікрофони, які працюють за цим принципом у зворотному порядку, тобто застосування сили до кристала змушує його створювати напругу. Загальні барбекю-гриль-розпалювачі працюють за цим принципом, вдаривши кварцовий кристал важко і раптово, щоб створити достатньо високу напругу, щоб викликати іскру.

   Деякі матеріали конденсаторів виявляють достатньо цього ефекту, що при жорсткому встановленні на друкованій платі може викликати чутний звук. Мені довелося один раз нанести дошку і замінити керамічну кришку на електролітичну лише тому, що кераміка викликала дратівливий чутний свист.

4. Магнітострикційна дія . Це магнітний аналог п'єзоелектричного ефекту. Деякі матеріали змінюють форму або розмір залежно від застосованого магнітного поля, і цей ефект також працює в зворотному напрямку. Я працював над магнітними датчиками, які експлуатували цей ефект.

   Матеріали в трансформаторах та індукторах вибрані таким чином, щоб вони не мали цього ефекту, але все-таки невелика кількість є. Ядро індуктора насправді дуже незначно змінює розмір, коли змінюється магнітне поле. Це може викликати чутний звук, особливо якщо індуктор механічно з'єднаний з чимось, що представляє більшу площу для повітря, як плата.

Ідеальний індуктор або трансформатор може бути суто електронним компонентом, але справжній індуктор або трансформатор створює (швидко мінливе) магнітне поле. Метою проектування такого компонента є утримання цього магнітного поля в складі компонента (наприклад, всередині феромагнітного ядра), але це не буде досягнуто на 100%. "Витікаюче" магнітне поле призведе до того, що речі рухаються (вібрують), і ці речі змусять повітря навколо них так само переміщатися. Presto: (небажаний) електромагнітний динамік.

Подібний ефект, мабуть, мав би у високовольтних конденсаторах, де провідні пластини притягують одна одну залежно від напруги. Це відповідає електростатичному динаміку :)

Третій ефект - це (небажані) п'єзоелектричні ефекти в компонентах. Я не впевнений, чи справді це є на спостережуваному рівні.

Матеріал не розширює і не стискає звук в трансформаторних або індукторних схемах. Однак деталі рухаються.

Трансформатори піддаються значним механічним силам, викликаним альтернативними полями електромагніту. Це призводить до переміщення проводів і планок, а отже, видає звук. Перетворювачі постійного струму часто мають індуктори намотування, які також рухаються з тієї ж причини.

Ось ще один

Звук, змінюючи властивості навколишньої плазми або газу внаслідок впливу електричного поля та / або електричного розряду

На основі "Співаючої дуги", яку було відкрито Вільям Дадделлом близько 1900 року, іонофон або, як його в основному називають плазмовим динаміком / твітером (фактично використовується в динаміках), видає звукові хвилі, заряджаючи плазму, щоб змінити розмір плазми в межах зазвичай вузьке поле між електродами. Завдяки дуже низькій масі, яку потрібно перемістити, цей динамік може виробляти дуже точне відтворення подачі хвиль до електродів, особливо добре для високих частот.

Ще один ефект, який ще не торкнувся - це випрямлення дроту під навантаженням - дроти , як правило, випрямляються при проходженні через них струму, будь то мікроскопічно чи видимо. Провід в обмотках силового трансформатора намагається випрямити дуже незначно 100-120 разів за секунду (залежно від частоти комунального живлення).

Це явище можна легко спостерігати, коли «стрибає старт» транспортного засобу з дрібними джемперами, особливо якщо у запущеного автомобіля є акумуляторна батарея. Коли стартер вмикається, часто буває легко побачити, як кабелі перемичок «стрибають» і жорсткі, коли вони злегка випрямляються при сильному навантаженні.

Рухомі мембрани або п'єзоелектричні матеріали очевидно видають звукові хвилі, але як "чисто" електричні ланцюги, такі як трансформатори або подрібнювачі постійного струму (та інші), часто можуть чути шум? Чи матеріал мікроскопічно розширюється і скорочується зі струмом?

Хоча інші пояснюють частину про те, що матеріал добре рухається, одним із ключових моментів є те, що звуковий шум вимагає руху в чутному діапазоні людини . Зазвичай це означає від 20 Гц до 20 кГц, але може бути дещо нижчим або вище, а також облік втрат віку / слуху. Все, що коливається вище та нижче цього діапазону (інфразонічне чи ультразвукове), як правило, не буде почуте. Як пощастило, цей діапазон є типовим для багатьох схем: від подрібнювачів / трансформаторів постійного струму, трансформаторів, інверторів панелі EL, ШІМ для світлових ланцюгів, тому його часто є побічним продуктом.

Тут було багато теорії. На практиці зазвичай залучаються дротяні дроти індукторів. Постукування по котушках (не !!!! що-небудь магнітне, як шуруповерт: спроба, що на котушках у схемі відкатки CRT - це те, що ви не робите більше одного разу), може допомогти знайти винуватця та відповідний теплий клей або цвях лак може допомогти взяти його під контроль.

З мого досвіду, більшість часу трансформатор створює шум, через слабке ламінування або нещільне кріплення. Механічний подрібнювач видає шум, оскільки очерет, який "рубає" струм, рухається / вібрує. Очевидно, що все, що рухається, видає звук. Трансформатор зазвичай видає гул 60 Гц, тоді як подрібнювач залежить від частоти, для якої він був розроблений (як правило, 400 Гц).

Я не вірю, що матеріал мікроскопічно розширюється і стискається, але якби він був, частота була б такою високою, вона була б не чутною. Крім того, це може бути недостатньо гучним.

Єдині суто немеханічні схеми, які можуть видавати звуки - це мікрохвильові передавачі. Але вони приготують ваш мозок.