Мы выяснили, что напряжение можно представить как "электрическое давление", ток — как поток электронов, движущихся под воздействием этого "давления", а сопротивление — как противодействие току. А теперь введем еще три понятия, играющие важную роль в звукотехнике: электромагнитная индукция, индуктивность и емкость.

Электромагнитная индукция — это взаимосвязь между движущимися электронами и магнитным полем; движущиеся электроны создают магнитное поле, а изменения магнитного поля заставляют электроны двигаться по проводнику. Работа многих аудиоустройств — от звукоснимателя до громкоговорителя -основана на явлении электромагнитной индукции.

Рассмотрим вначале, каким же образом изменения магнитного поля заставляют двигаться электроны. Допустим, у нас есть проводник и магнитное поле, которые движутся относительно друг друга. В этом случае в проводнике индуцируется напряжение. Например, если мы будем двигать магнит снизу вверх внутри катушки, состоящей из нескольких витков провода, то на концах катушки возникнет напряжение, и стрелка вольтметра, подключенного к ней, отклонится в определенном направлении. Если мы остановим магнит, стрелка вернется в исходное положение и напряжение на катушке будет равно нулю. При движении

магнита в противоположном направлении — сверху вниз — возникнет напряжение, но уже противоположной полярности. Стрелка вольтметра в этом случае отклонится в другую сторону. Когда магнит остановится, стрелка снова вернется в нулевое положение.

Точно так же устроен и звукосниматель для воспроизведения грампластинок. В звукоснимателе с подвижными катушками иглодержатель соединен с катушками левого и правого каналов звука. При движении иглы по модулированной звуковой канавке вместе с ней движется и иглодержатель. Катушки находятся в постоянном магнитном поле. При движении катушки на ее концах возникает напряжение — аудиосигнал. Это значит, что когда она пересекает магнитный поток, создаваемый постоянным магнитом, в ее витках индуцируется напряжение. Чем быстрее катушка пересекает магнитный поток, тем выше индуцированное напряжение. Катушки звукоснимателей с высоким уровнем выходного сигнала имеют большее число витков обмотки, чем те, у которых уровень сигнала ниже. Звукосниматели с подвижным магнитом работают по такому же принципу, но в этой конструкции магнит и катушка меняются ролями — магнит движется, а катушка остается неподвижной.

Существует еще одно интересное проявление электромагнитной индукции: движение электронов по проводнику создает вокруг него магнитное поле. Вокруг проводника, подключенного к электрической батарее, возникает магнитное поле. Изменение полярности подключения изменит как направление тока, так и полярность магнитного поля. Магнитное поле можно усилить, пропустив ток через катушку, состоящую из большого числа витков проволоки. Такое устройство называется катушкой индуктивности. Основным параметром катушки является ее индуктивность, которая измеряется в генри (сокращенно Гн) и обозначается буквой L (графическое обозначение катушки индуктивности, применяемое при вычерчивании электрических схем, приведено на рис. Б-10).

На этих же принципах основано устройство электродинамического громкоговорителя ("динамика"). Когда ток протекает через звуковую катушку такого громкоговорителя, вокруг нее возникает магнитное поле. Оно взаимодействует с постоянным магнитным полем, в котором находится катушка. Магнитное поле, порожденное звуковым сигналом, меняя полярность, заставляет диффузор громкоговорителя (конус) двигаться вперед или назад — синхронно с этими изменениями. Другими словами, переменный ток звукового сигнала, протекая по подвижной катушке громкоговорителя, создает вокруг нее меняющее полярность магнитное поле, что вызывает колебания катушки, передаваемые, в свою очередь, соединенному с ней диффузору.

Рассмотрим теперь подробнее, что же происходит при протекании переменного тока через катушку индуктивности. Переменный ток создает вокруг катушки магнитное поле, которое усиливается, ослабляется, меняет полярность и снова усиливается. Изменяющееся магнитное поле соответствует изменениям напряжения переменного тока, подаваемого на катушку.

Итак, соблюдены все условия, при которых возникает явление электромагнитной индукции: проводник, магнитное поле и их перемещение относительно друг друга. Изменяющееся магнитное поле вызывает перемещение катушки. Флуктуации магнитного потока, проходящего через катушку, индуцируют в ней напряжение.

Напряжение электромагнитной индукции противодействует приложенному напряжению, уменьшая ток в катушке. Чем выше частота переменного тока, тем

больше величина индуцированного напряжения и тем сильнее противодействие приложенному напряжению. При постоянном токе изменяющееся магнитное поле не возникает, а, следовательно, нет ни напряжения электромагнитной индукции, ни противодействия току; катушка индуктивности в этом случае представляет собой просто витки провода. При очень низкой частоте переменного тока, около 5 Гц, магнитное поле изменяется очень медленно, индуцируя в катушке слабое напряжение, и противодействие приложенному сигналу также слабое. На высоких же частотах, наоборот, быстро изменяющееся магнитное поле индуцирует высокое напряжение в катушке.

Противодействие протеканию переменного тока через катушку называется индуктивным сопротивлением. Такой тип сопротивления представляет собой один из видов реактивного сопротивления. Слово "реактивность" отражает реакцию катушки на приложенное напряжение: чем выше частота приложенного напряжения, тем больше противодействие протеканию тока (то есть выше реактивное сопротивление). Катушку индуктивности можно представить себе как частотно-зависимое сопротивление: чем выше частота тока, тем больше сопротивление.

Индуктивное сопротивление обозначается как X_v
Величина индуктивного сопротивления рассчитывается по формуле X


_i=2

kJL, где/— частота в герцах, а L — индуктивность в генри (Гн). Например, катушка с индуктивностью в 2 миллигенри (2 мГн) имеет индуктивное сопротивление в 125,7 Ом на частоте 10 кГц. На 20 кГц индуктивное сопротивление равно 251,4 Ом. Чем выше частота, тем сильнее противодействие приложенному напряжению.

Сетевой трансформатор служит примером того, как индуктивное сопротивление уменьшает величину тока. Трансформатор состоит из двух рядом расположенных обмоток, к одной из которых приложено переменное сетевое напряжение 120 В. Сопротивление такой обмотки при постоянном напряжении — около 1 Ом. Если на обмотку с сопротивлением в 1 Ом подать постоянное напряжение в 120 В, то по закону Ома возникнет большой ток (120 А), и трансформатор мгновенно сгорит. Но в нашем случае к обмотке приложено переменное напряжение, индуктивное сопротивление противодействует возрастанию тока и трансформатор в этом случае не сгорает. На частоте в 60 Гц полное сопротивление трансформатора гораздо больше 1 Ом.

Конденсатор, еще один важный элемент электрической цепи, обозначается буквой С. Условное графическое обозначение конденсатора приведено на рис. Б-11. Подобно индуктивности, емкость в цепи переменного тока действует как сопротивление. Выше мы привели формулу для индуктивного сопротивле ния — X

=2nfL.
Индуктивное сопротивление увеличивается на высоких частотах. Емкостное сопротивление рассчитывается по формуле Х
₍.=1


/2к

/С. Таким образом, в отличие от индуктивности, емкость в цепи переменного тока можно представить себе как сопротивление, величина которого увеличивается с уменьшением частоты. Единица измерения емкости — фарада (Ф).