Электрическое поле вблизи громкоговорителя на резонансной частоте

Фон

Я использую дешевый 8-омный динамик с LM386. Схема LM386 почти идентична схеме, показанной ниже, за исключением того, что Vin соединен по переменному току через конденсатор 10 мкФ, а конденсатор 250 мкФ — только 100 мкФ. Динамик похож на тот, что указан в ссылке на digikey ниже, но я не уверен в точной модели.

https://www.digikey.com/product-detail/en/pui-audio-inc/AS03608MR-5-R/668-1398-ND/4147322 введите описание изображения здесь

Я подключаю вход LM386 к функциональному генератору и управляю им синусоидой. Затем я использую датчик электрического поля ближнего поля для измерения электрического поля рядом с динамиком. Мой зонд E-field — широкополосный из комплекта, ссылка на который приведена ниже.

https://www.com-power.com/ps-400_near_field_probes.html

На резонансной частоте динамика (~ 510 Гц) я могу измерить примерно 10 мВ пик-пик синуса с помощью датчика электрического поля прямо перед диафрагмой динамика. Амплитуда уменьшается, когда датчик удаляется от центра диафрагмы. Сигнал становится очень слабым или неизмеримым на других частотах.

Когда датчик электрического поля находится перед центром диафрагмы, измеренное электрическое поле на 180 градусов не совпадает по фазе с выходным сигналом LM386. Если я передвину датчик электронного поля в центр задней части динамика , измеренное электрическое поле будет меньше и также будет в фазе с выходным сигналом LM386. Перестановка проводов динамика позволяет сохранить разницу фаз в 180 градусов между полем, измеренным перед диафрагмой и за динамиком, но фаза по отношению к выходному сигналу LM386 меняется на противоположную.

Открыв динамик и посмотрев на звуковую катушку, провод наматывается вниз, а затем снова наматывается снаружи. В результате оба конца проволоки находятся на одном конце катушки, и получается 2 концентрических цилиндра проволоки.

Кстати, я не могу ничего измерить с помощью датчика Н-поля. Ни по центру диафрагмы, ни по проводам, подключающимся к динамику. Я понимаю, что полоса пропускания зонда намного выше, и он может быть недостаточно чувствительным.

Вопрос

Как динамик излучает электронное поле? Почему это происходит только на резонансной частоте? Почему фаза различается между передней и задней частью динамика?

Спасибо!

РЕДАКТИРОВАТЬ: После вскрытия динамика я обнаружил, что звуковая катушка намотана таким образом, что два конца провода оказываются на одной стороне. Это может опровергнуть гипотезу о наличии противоположных зарядов на противоположных сторонах катушки.

Я не уверен в этом ответе. Пожалуйста, поправьте меня, если это неправильно. Я подумал об этом ответе с помощью ответа @Dave Tweed.

Динамик излучает электронное поле, потому что у него есть заряды на противоположных концах звуковой катушки, которые движутся.

Поле максимально на резонансной частоте, потому что пиковая скорость звуковой катушки максимальна. Хотя величина пикового заряда пропорциональна пиковому напряжению и постоянна, чем выше пиковая скорость звуковой катушки, тем больше скорость изменения плотности тока и больше электрическое поле.

Поле имеет противоположную фазу на противоположных сторонах динамика, потому что в нем преобладает поле от ближайшего заряда, а противоположные стороны катушки имеют противоположные заряды.

Анализ этих ответов показан ниже.

Звуковая катушка имеет синусоидальное движение в резонансе с положением Икс , скорость Икс ′ , и ускорение Икс ″ . Сила, действующая на катушку, пропорциональна как току, так и ускорению, поэтому ток и ускорение совпадают по фазе. Напряжение равно току, умноженному на индуктивность катушки, так как при резонансе реактивная часть механической системы равна нулю. Напряжение опережает фазу на 90 градусов по отношению к току и ускорению, поэтому оно совпадает по фазе со скоростью звуковой катушки. Заряд звуковой катушки также пропорционален напряжению и находится в фазе со скоростью.

введите описание изображения здесь

Ротор магнитного поля равен плотности тока, которая пропорциональна заряду, умноженному на скорость. Поскольку заряд и скорость совпадают по фазе, плотность тока пропорциональна с о с 2 ( т ) . Ротор электрического поля пропорционален отрицательной производной магнитного поля по времени и пропорционален − с о с ( т )

Чем больше производная по времени от плотности тока, тем больше электрическое поле. Поскольку усилитель имеет низкий выходной импеданс, напряжение на катушке постоянно и заряд постоянен. Только скорость катушки может быть увеличена, чтобы увеличить временную производную от плотности тока. Скорость катушки максимальна на резонансной частоте.

введите описание изображения здесь

Это пластиковый динамик? Или это олдскульная черная бумага? Если у вас не очень высокая влажность, все пластиковые поверхности обычно остаются с электростатическим зарядом от прикосновения к другим предметам. (Удар диффузора динамика по любой неметаллической поверхности определенно зарядит динамик!)
@wbeaty Динамик пластиковый. Я соединил заземляющий слой платы с заземлением через свой прицел и прикоснулся к другому проводу заземления прицела к диафрагме, чтобы снять статические заряды. Я все еще был в состоянии измерить аналогичную амплитуду с помощью моего датчика электрического поля.
металлическая поверхность, соединенная с вибрирующей пластиной, называется «ВОБУЛАТОР» и использовалась в качестве модулятора в ранней истории FM-радио. google.com/search?q=wobbulator+capacitor Кроме того, я тоже в Сиэтле, в кампусе UW. Я попробую трюк с фольгой на входе прицела и управляю им с помощью генератора сигналов. Мгновенный датчик электростатического поля, детектор с дальностью действия в несколько метров, для обнаружения воздушных шаров с натертыми волосами или недавно использованных диспенсеров скотча.

Ответы (2)

Металлический корпус должен дать вам много защиты. Электронное поле должно исходить от клемм для пайки и проводов катушки на конусе.

Поскольку это не так, вероятно, ваш динамик имеет пластиковый диффузор. Если к пластику прикасались пальцами или, что еще хуже, его терли о пластиковый пакет или одежду, то пластик все еще может иметь значительный поверхностный заряд в несколько сотен вольт относительно земли. (Насколько низкая влажность на вашем рабочем месте?!)

Пластик обычно заряжается отрицательно при прикосновении к коже человека, поэтому движущийся динамик будет давать отрицательный пик, когда он физически движется к датчику электронного поля. Кроме того, когда заряженный диффузор динамика движется внутрь и наружу, он создает сильный противоположный заряд на металлическом каркасе, вызванный электростатической индукцией (как если бы диффузор динамика представлял собой вибрирующую пластину конденсатора, а металлический каркас — вторую пластину конденсатора. )

Попробуйте удерживать вибрирующий конус пальцами, чтобы увидеть, исчезает ли сильный сигнал при подаче переменного тока, но конус динамика не двигается. Если электростатически заряженная пластиковая пластина вибрирует, она создаст сильное электронное поле переменного тока, легко обнаруживаемое соседними электродами-антеннами.

Чтобы избавиться от любого поверхностного заряда, возможно, используйте слегка влажное полотенце, чтобы протереть всю пластиковую поверхность динамика. Если после разрядки пластика ваш сильный сигнал стал меньше (или даже отсутствует), то причиной был заряженный диффузор динамика, а не напряжение питания переменного тока. Или вместо этого, прежде чем намочить его, попробуйте потереть диффузор динамика пластиковым листом, резиновым шариком или волосами руки. Если это делает ваш сигнал электронного поля огромным, то вы нашли наиболее вероятную причину. (И в этом случае также попробуйте протереть его сантехнической тефлоновой лентой, или полиэтиленовым пакетом, резиной, бумагой и т. д. Проверьте, не отличается ли полярность воспринимаемых импульсов!)

Кроме того, использование вибрирующей или вращающейся поверхности является классическим способом создания «полевой мельницы» для обнаружения любых электронных полей, не имеющих составляющей переменного тока. Ваши датчики ближнего поля могут обнаруживать только изменения в полях, а не сами поля. Прикрепите небольшой диск из фольги к вибрирующему динамику, подключите его к цифровому видеомагнитофону переменного тока или к входу осциллографа с помощью тонкой полоски фольги, затем завибрируйте динамик. Посмотрите, сможете ли вы использовать эту полевую мельницу, чтобы обнаружить далекий кусок пенопласта, которым вы натерли волосы.

https://www.google.com/search?q=diy+field-mill

Кроме того, вы можете почувствовать заряженный пластиковый диффузор динамика, помахав рядом с ним выводом затвора схемы JFET/LED, как в моей статье: http://amasci.com/emotor/chargdet.html

Я нахожусь в Сиэтле, штат Вашингтон, поэтому моя скамейка довольно влажная. Я попытался прикоснуться заземляющим проводом осциллографа к диафрагме динамика, но результат измерения с помощью пробника электрического поля не изменился. Кроме того, металлическая задняя часть плавает. Когда он заземлен, за динамиком нет измеримого поля, но оно все еще есть перед диафрагмой.
@DavidG25, что случилось, когда ты натер им волосы на руке или полиэтиленовый пакет? Что произошло, когда вы намочили пластиковую поверхность? Прикосновение пластика к металлу ничего не дает, не может заземлить изолятор, только металл.
вау, если смочить его влажной ватной палочкой, измеренное поле полностью исчезнет!
Да, он был заряжен все время. Даже во влажной среде чрезвычайно чистый пластик может оставаться заряженным в течение нескольких дней.
Я могу увеличить измерение, потирая волосы на руке, и уменьшить, смачивая их. Большое спасибо за вашу помощь!
@DavidG25 Далее, приклей кусок фольги к динамику! Не позволяйте фольге касаться рамы. Подсоедините вольтметр переменного тока к фольге (другой провод измерительного прибора подключается к земле), завибрируйте динамик и поднесите к нему заряженный предмет. Он преобразует невидимое электронное поле в переменный ток, который легко измерить или просмотреть в телескоп. Это детектор удаленных объектов, но только для заряженных объектов. Много проектов в этой книге: electrostatic.com/bookstore/books/moorebk.htm
Я нашел на вашем сайте billb(at)amasci.com. Это электронное письмо работает, чтобы связаться с вами?
@DavidG25 да, или gmail, beatywj

Как динамик излучает электронное поле?

На звуковую катушку наложено напряжение, плюс она физически перемещается вперед и назад. Вместе они создают измеримое поле.

Почему это происходит только на резонансной частоте?

На частоте механического резонанса физическое движение катушки максимально.

Почему фаза различается между передней и задней частью динамика?

Вы видите противоположные концы движения вместе с напряжением на противоположном конце катушки.

Разве поля с противоположных концов катушки не компенсируют друг друга, как в плоском конденсаторе?
Только на расстоянии. Вот почему вам нужно быть рядом, чтобы измерить что-либо вообще.
Конденсатор с параллельными пластинами не имеет отмененных полей. Вместо этого у него просто гораздо более сильные поля между пластинами. Если на обкладках конденсатора есть напряжение, то вне конденсатора, в пространстве возле этих обкладок, есть электрическое поле.
Не могли бы вы рассказать подробнее о происхождении поля Е? Я понимаю, что на противоположных концах катушки есть заряд из-за напряжения на ней. Создает ли движение этого заряда циркулирующее поле H в той же плоскости, что и диафрагма динамика, которое, в свою очередь, создает циркулирующее поле E, перпендикулярное диафрагме? Циркуляционное поле Е конструктивно добавляется в центре катушки, это правильно?
Я понятия не имею, к чему ты клонишь. Между концами звуковой катушки существует разность потенциалов, и это создает поле Е. Это справедливо независимо от того, движется звуковая катушка или нет. Физическое движение просто усиливает способность вашего «зонда электронного поля» (которого вы не описали) улавливать его. Заряд и поле Н тут ни при чем.
@DaveTweed в моем вопросе есть ссылка на зонд E-field. Ссылка находится под схемой. Я думаю, что движение звуковой катушки усиливает электрическое поле на резонансной частоте. Смотрите мой ответ - я не уверен, что он правильный. Кроме того, спасибо за вашу помощь.
Электрическое поле вблизи громкоговорителя на резонансной частоте
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v