Как «чисто» электрические цепи могут излучать звук?


39

Движущиеся мембраны или пьезоэлектрические материалы, очевидно, создают звуковые волны, но как «чисто» электрические цепи, такие как трансформаторы или прерыватели DCDC (и другие), часто могут слышать шум? Материал микроскопически расширяется и сжимается вместе с током?


11
Все это динамик, или микрофон, или оба. Большинство вещей просто не делают этого преднамеренно и обычно не
настолько


7
я думаю, что когда они взорвутся, они будут издавать звук

3
Найдите в Википедии эффект Баркгаузена или шум Баркгаузена.

5
Я не знал, что были какие-то "чисто" электрические цепи. Все они должны существовать в физической вселенной.
Коннор Вольф

Ответы:


71

То, что вы действительно спрашиваете, как электрические цепи могут вызывать небольшие движения. В конце концов, звук - это движение воздуха.

Ответ заключается в том, что существуют различные способы, которыми электрические поля или электрические токи могут вызывать силы или движения. Эти эффекты используются в конструкции различных преобразователей , которые существуют для того, чтобы преднамеренно вызывать или ощущать небольшие движения. Тем не менее, законы физики, которые позволяют этим датчикам функционировать, не останавливаются за пределами корпуса датчика. Они существуют повсюду, поэтому многие вещи являются непреднамеренными преобразователями. Разница в том, что обычно эффект довольно слабый, если его не намеренно разрабатывать, как в преобразователе.

Некоторые из этих эффектов:

  1. Электростатическая сила . Два объекта с разным напряжением будут иметь силу между ними. Сила пропорциональна напряжению и обратно пропорциональна расстоянию. Это та же самая сила, которая позволяет шарику прилипать к вашим волосам после втирания их в кошку или что-то в этом роде. Для обычных цепей эта сила очень слабая, и проводники удерживаются на месте гораздо сильнее, чем она. Тем не менее, иногда вы можете получить слышимый звук с помощью цепей высокого напряжения.

  2. Электродинамическая сила . Движущийся заряд создает вокруг него круговое магнитное поле. Магнитное поле пропорционально току, и его можно сделать довольно сильным, замотав провод в катушку. Это магнитное поле может создавать движение и является основой для работы соленоидов, двигателей и громкоговорителей.

    Движущиеся заряды также испытывают силу при прохождении через магнитное поле правильной ориентации. Большинство громкоговорителей фактически работают по этому принципу; они сделаны так, что сильный постоянный магнит закреплен и катушка движется, что, в свою очередь, перемещает центр конуса динамика. То же самое происходит в любом индукторе. Каждый кусок провода с током через него испытывает некоторую силу из-за общего магнитного поля. Некоторое жужжание, которое вы слышите от трансформаторов, - это отдельные куски проволоки, которые в результате немного двигаются.

  3. Пьезоэлектрический эффект . Некоторые материалы, такие как, например, кварц, слегка изменяют свой размер или форму в зависимости от приложенного электрического поля. Некоторые маленькие наушники работают по этому принципу. Существуют также «кристаллические» микрофоны, которые работают по этому принципу в обратном порядке, что означает, что приложение силы к кристаллу заставляет его создавать напряжение. Обычные воспламенители гриля для барбекю работают по этому принципу, сильно ударяя кристалл кварца и достаточно внезапно, чтобы создать достаточно высокое напряжение, чтобы вызвать искру.

    Некоторые материалы конденсаторов проявляют достаточно этого эффекта, что при жесткой установке на печатной плате может вызывать слышимый звук. Мне пришлось один раз передышать доску и заменить керамический колпачок на электролитический, потому что керамика вызывала раздражающее звуковое скуление.

  4. Магнитострикционный эффект . Это магнитный аналог пьезоэлектрического эффекта. Некоторые материалы меняют форму или размер в зависимости от приложенного магнитного поля, и этот эффект работает и в обратном направлении. Я работал над магнитными датчиками, которые использовали этот эффект.

    Материалы в трансформаторах и катушках индуктивности выбираются таким образом, чтобы не иметь такого эффекта, но в любом случае их небольшое количество. Сердечник индуктора на самом деле очень мало меняет размер при изменении магнитного поля. Это может вызвать слышимый звук, особенно если индуктор механически связан с чем-то, что представляет большую площадь для воздуха, например, с печатной платой.


6
+1 Теперь мне нужно будет найти кота, чтобы натереть на него шарик и проверить электростатическую силу! :)
woliveirajr

3
Хорошо организованный, тщательный и в целом отличный ответ, как обычно. Спасибо за большой вклад в SE Olin.
Мистер Мистер

@Mister: Спасибо, но кто-то думает, что этот ответ неправильный, вводит в заблуждение или плохо написан, так как он получил отрицательное голосование. КОГДА-ЛИБО СДЕЛАНО: Пожалуйста, объясните, на что именно вы возражаете.
Олин Латроп

6
Ненавистники @OlinLathrop просто будут ненавидеть. есть мой +1.
Владимир Краверо

12

Идеальный индуктор или трансформатор может быть чисто электронным компонентом, но реальный индуктор или трансформатор создает (быстро меняющееся) магнитное поле. Целью разработки такого компонента является сохранение этого магнитного поля внутри компонента (например, внутри ферромагнитного сердечника), но это не будет достигнуто на 100%. «Протекающее» магнитное поле заставит вещи двигаться (вибрировать), и эти вещи также заставят воздух вокруг них двигаться. Presto: (нежелательный) электромагнитный динамик.

Подобный эффект, вероятно, может иметь место в высоковольтных конденсаторах, где проводящие пластины притягиваются друг к другу в зависимости от напряжения. Это соответствует электростатическому динамику :)

Третий эффект - это (нежелательные) пьезоэлектрические эффекты в компонентах. Я не уверен, так ли это на самом деле на наблюдаемом уровне.


Я не думаю, что это имеет какое-либо отношение к «утечке» магнитного поля ... ». Провода, обернутые вокруг сердечника катушки индуктивности или трансформатора, оказывают воздействие из-за электромагнитного поля. Это поле меняется (или трансформатор или катушка индуктивности не слишком используются!), Поэтому компоненты детали движутся, вызывая движение звука в воздухе. Simples!
gbulmer

Спасибо за ваш ответ, особенно интересно завершить / проиллюстрировать ответ Олина.
Мистер Мистер

5

Это не расширение или сжатие материала, который излучает звук в цепях трансформатора или индуктивности. Однако части движутся.

Трансформаторы подвержены значительным механическим воздействиям, вызванным переменными электромагнитными полями. Это заставляет провода и ламинации двигаться и, следовательно, излучать звук. Преобразователи постоянного тока в постоянный часто имеют намотанные индукторы, которые также перемещаются по той же причине.


4

Вот еще один

Звук, изменяя свойства окружающей плазмы или газа из-за воздействия электрического поля и / или электрического разряда

Основанный на «Поющей дуге», которая была открыта в 1900 году Уильямом Дадделлом, Ionophone или, как его обычно называют, плазменный громкоговоритель / твитер (фактически используется в громкоговорителях), генерирует звуковые волны, заряжая плазму для изменения размера плазмы в пределах обычно узкое поле между электродами. Из-за очень низкой массы, которая должна быть перемещена, этот громкоговоритель может производить очень точное воспроизведение волн, подаваемых на электроды, особенно хорошо для высоких частот.


2

Другой эффект еще не затронута проволочным выпрямление под нагрузкой - провода действительно , как правило , выпрямить , когда ток проходит через них, независимо от микроскопически или явно. Провод в обмотках силового трансформатора пытается очень немного выпрямить от 100 до 120 раз в секунду (в зависимости от частоты муниципального питания).

Это явление очень легко наблюдать, когда автомобиль запускается с помощью перемычек с небольшими кабельными перемычками, особенно если у запускаемого автомобиля сильно разряженная батарея. Когда пускатель включен, часто легко увидеть, как соединительные кабели "прыгают" и сжимаются, когда они слегка выпрямляются при большой нагрузке.


Я готов поверить в явления «выпрямления проводов». Однако, если это электромагнитная сила, это доказательство, а не альтернативное объяснение. Прямой проводник был бы минимальной конфигурацией для электромагнитной силы через провод. Так вы предлагаете этот ответ в качестве доказательства? Или есть объяснение неэлектромагнитной силы?
gbulmer

@gbulmer, я не уверен, что у меня есть действительно хорошее объяснение этого явления, будь то магнитное происхождение или более простое проявление того факта, что электроны и дырки немного предпочитают прямолинейное путешествие. Конечно, я не думаю, что мой ответ - «единственный правильный ответ», но тогда я не думаю, что у этого вопроса есть какой-либо единственный ответ - я думаю, что есть много причин.
TDHofstetter

Я всегда предполагал, что это был резистивный нагрев в соединительных кабелях, вызывающий расширение.
bitmack

Ток, требуемый стартером, довольно велик - не будет ли магнитное воздействие наиболее вероятным объяснением?
peterG

1
Gbulmer правильно. Прямой проводник дает минимальную локальную напряженность магнитного поля для данного тока. Изменение электрического тока в проводнике (например, при первом включении стартера) вызывает изменение магнитного поля. Это, в свою очередь, пытается вызвать противоположный ток в проводнике. Эти силы в оппозиции объясняют выпрямление проводника. Эффект только временный, хотя. Не происходит, когда ток постоянен, так как постоянное магнитное поле не вызывает ток ни в чем.
Джейми Ханрахан

2

Движущиеся мембраны или пьезоэлектрические материалы, очевидно, создают звуковые волны, но как "чисто" электрические цепи, такие как трансформаторы или прерыватели постоянного тока (и другие), часто могут слышать шум? Материал микроскопически расширяется и сжимается вместе с током?

В то время как другие объяснили часть о том, как материал движется хорошо, одним из ключевых моментов является то, что звуковой шум требует движения в пределах слышимого человеком диапазона . Обычно это означает от 20 Гц до 20 кГц, но может быть немного ниже или выше, а также учитывать возраст / потерю слуха. Все, что колеблется выше или ниже этого диапазона (инфразвуковое или ультразвуковое), обычно не слышно. Хотя, к счастью, этот диапазон является типичным для многих цепей, от прерывателей постоянного тока, трансформаторов, панельных инверторов EL, PWM для световых цепей, поэтому он часто является побочным продуктом.


Конечно, слышимый электронный шум в более высоких диапазонах не может быть услышан людьми / взрослыми, но животным это точно не понравится.
Прохожий

1

Здесь было много теории. На практике обычно используются свободные провода индукторов. Нажатие на катушки (не !!!! с помощью чего-либо магнитного, как отвертка: попытка сделать это на катушках в ЭЛТ-схемах обратного хода - это то, что вы не делаете более одного раза), может помочь найти виновника, и подойдет теплый клей или гвоздь польский может помочь получить его под контролем.


1
Вопрос был больше о том, почему это происходит, а не о том, как это исправить.
Эрик

0

По моему опыту, большую часть времени трансформатор издает шум из-за слабой ламинации или ненадежного монтажа. Механический прерыватель издает шум, потому что язычок, который «прерывает» ток, движется / вибрирует. Очевидно, что все, что движется, издает звук. Трансформатор обычно производит гул 60 Гц, в то время как прерыватель зависит от частоты, для которой он был разработан (обычно 400 Гц).

Я не верю, что материал микроскопически расширяется и сжимается, но если бы это было так, частота была бы настолько высокой, что это было бы не слышно. Кроме того, это может быть недостаточно громко.


-1

Единственными чисто немеханическими цепями, которые могут производить звуки, являются микроволновые передатчики. Но они будут готовить ваш мозг.


Я думаю, что ОП искал вещи, которые создают звуковые волны в воздухе, а не другие эффекты, которые воспринимаются как звук.
Дэйв Твид
Используя наш сайт, вы подтверждаете, что прочитали и поняли нашу Политику в отношении файлов cookie и Политику конфиденциальности.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.