Sesin havada yayılması, ses enerjisinin taşınması demektir. Sesin bu özelliğinden istifade edilerek, mikrofonlar,

Transkript

1

2 2 Ses Sensör ve Transdüserleri Ses sinyali, hava moleküllerinde bir basınç meydana getirir. Bu basınç hava moleküllerinin titreşmesini ve ses dalgalarını taşımasını sağlar. Bu titreşim, bir akordeon gibi havanın sıkışıp, seyrekleşmesini sağlar. Sesin havada yayılma hızı, hava sıcaklığına ve şartlarına bağlıdır. Örneğin 20 ºC lik bir sıcaklıktaki havada ses, saniyede 340 metre hızla yayılır. Sesin havada yayılması, ses enerjisinin taşınması demektir. Sesin bu özelliğinden istifade edilerek, mikrofonlar, hoparlörler ve ultrasonik ses sensör ve transdüserleri geliştirilmiştir.

3 1-) Mikrofon (Microphone) 3 Meydana gelen herhangi bir ses dalgası mikrofonlar ile elektriksel titreşimlere dönüştürülebilir. Mikrofon, ses sinyallerini, elektriksel sinyallere dönüştüren transdüser dir. Mikrofon un Çalışma Prensibi ve Çeşitleri Bütün mikrofonların çalışma prensibi, ses dalgalarının bir diyaframı titreştirmesi esasına dayanmaktadır. Her sesin belirli bir şiddeti vardır. Bu ses şiddetinin havada yarattığı basınç, ses şiddeti ile doğru orantılıdır. Gelen hava basıncının büyüklük ve küçüklüğüne göre ileri-geri titreşen diyaframın bu titreşimini, elektrik enerjisine çevirmek için değişik yöntemler kullanılmaktadır. Kullanılan yöntemlere göre de mikrofonlara isim verilmektedir. Mikrofonlar çalışma prensiplerine göre çeşitlere ayrılırlar: 1-) Dinamik mikrofonlar 2-) Kapasitif mikrofonlar 3-) Şeritli (bantlı) mikrofonlar 4-) Kristal mikrofonlar 5-) Karbon tozlu mikrofonlar

4 4 Günümüzde mikrofon çeşitlerinden en çok Dinamik ve Kapasitif mikrofonlar kullanılır. Diğer mikrofon çeşitleri eski teknolojidir ve günümüzde artık kullanılmamaktadır. NOT : Şeritli (bantlı) mikrofonlar, kristal mikrofonlar ve karbon tozlu mikrofonlar günümüzde kullanımdan kalkmıştır. Bu sunumlarda, artık geçerliliği ve kullanım alanı kalmamış eski tip mikrofonlara değinilmeyecektir. Sadece isimlerini bilmek yeterlidir. 1-) Dinamik Mikrofonlar (Dynamic Microphone) Dinamik Mikrofonun Fiziksel Görünümü En çok kullanılan mikrofon türlerindendir. Dinamik mikrofonlar ses dalgaları ile hareket eden diyaframa bağlı bobinin, sabit bir mıknatıs içinde hareket etmesinden dolayı, bobin uçlarında oluşan gerilim değişimine bağlı olarak çalışır. Dış görünüşleri genellikle yandaki gibidir. Alış karakteristikleri oldukça iyidir. Açık hava ve kapalı stüdyolarda kullanılır.

5 5 Dinamik Mikrofonun Yapısı Ses dalgalarıyla titreşen diyafram, bağlı bulunduğu bobini, sabit mıknatıs içerisinde ileri-geri hareket ettirir. Sabit mıknatısın kutupları arasında manyetik alan hatları vardır. Bobin iletkenleri hareket sırasında bu manyetik alan hatlarını kesmektedir. Manyetik alan içerisinde hareket eden iletkenin uçları arasında bir elektriksel sinyal oluşur. Mikrofon çıkışında elde edilen elektriksel sinyal, bir ön yükselteç (preamplifikatör) ile yükseltilerek, güç yükselteçlerine uygulanır.

6 6 Dinamik Mikrofon Sembolü Dinamik Mikrofonun Kısımları

7 7 2-) Kapasitif Mikrofonlar (Capacitive, Condenser Microphone) Kapasitif mikrofonlar, sesleri uzak mesafelerden alabilirler. Genellikle kapalı mekanlarda, toplantı salonlarında ve stüdyolarda kullanılırlar. Boyutları oldukça ufaktır. Yaka mikrofonu türünde olanları vardır. Günümüzde kullanılan cep telefonlarının mikrofon kısmı, kapasitif mikrofonlardan oluşmuştur. Bir çok ev telefonunun ahize kısmında mikrofon olarak kapasitif mikrofonlar kullanılmıştır.

8 8 Kapasitif Mikrofonun Yapısı Şekilde görüldüğü gibi bir sabit levha (arka plaka) ve bir de hareketli iletken levha (diyafram) arasında hava boşluğu bırakılarak kapasite elde edilir. Hareketli levha aynı zamanda diyafram görevi de yapar. Kapasitif mikrofonlar şarjlı bir kondansatörün yükü değiştirildiğinde elektrik akımının elde edilmesi esasına dayalı olarak çalışır. DC Gerilim Kaynağı (1,5-45V) sürekli olarak beslediği için kapasitif mikrofon sürekli şarjlıdır. DC Gerilim Kaynağı olmaz ise mikrofon çalışmaz.

9 9 Ses dalgaları diyaframa çarptığında mekanik titreşimler meydana gelir. Titreşimin plakalar arasındaki hava aralığını daralıp genişletmesiyle kapasite değişimi sağlar. Kapasitenin değişmesi ile devreden küçük bir akım geçer. Devreden geçen akım direnç üzerinde bir gerilim düşümü meydan getirir. Bu gerilim küçük olduğu için bir ön yükselteç devresiyle yükseltilerek kullanılır. Kapasitif Mikrofonun Avantajları : 1-) Hz arasında oldukça geniş bir frekans karakteristiği vardır. 2-) Distorsiyon Parazit oranları azdır. 3-) Empedansı büyüktür (10-50 MΩ). Kapasitif Mikrofonun İç Kapsülü Kapasitif Mikrofonun Dezavantajları : 1-) Diğer mikrofonlardan farklı olarak, bir besleme kaynağına ihtiyacı vardır. 2-) Yükselteç ile mikrofon arası kablonun kapasitif etkisi mikrofon kapasitesini etkileyerek parazite neden olur. Bu etkiyi azaltmak amacıyla mikrofon içine bir yükselteç konur.

10 10 Kapasitif Mikrofonun Kısımları (Açılmış Şekli) Kapasitif Mikrofon Sembolü

11 Mikrofon Uygulama Devreleri - I 11 Şekilde, kapasitif mikrofon ile yapılmış ön yükselteç (preamplifikatör) devresi görülmektedir. Devre, bir ton kontrol veya çıkış güç yükselteç devresine direk olarak bağlanabilir. Devredeki 27K lık direnç, kapasitif mikrofon için DC gerilim sağlamaktadır. BC546 transistörü ortak emiterli yükselteç olarak görev yapmaktadır. Transistör çıkışına bağlanan 100K luk potansiyometre ses şiddetini (Volume) kontrol etmek için kullanılır.

12 Mikrofon Uygulama Devreleri - II 12 Şekilde, kapasitif mikrofonlu ön yükselteç devresinin, LM386 entegresi kullanılarak, yaklaşık 500mW..1W arasında güç verebilen çıkış güç yükselteç devresine yapılmış bağlantısı görülmektedir. Devre, MP3 player, mini radyo, v.b ses üretici devrelerin çıkışlarına da bağlanabilir, düşük gerilim ile makul seviyede güç üretir.

13 Mikrofon Uygulama Devreleri - III 13 Şekilde, ses ile (alkış sesi) DC motor çalıştıran devre şeması görülmektedir. Devre model oyuncakları ses ile çalıştırmak için kullanılabilir. Sesleri uzaktan alabilmek için devrede kapasitif mikrofon kullanılmıştır. T1 ve T2 transistörleri kazancı arttırmak için darlington olarak bağlanmışlardır. Ayrıca çıkış uçlarınından girişe geri besleme yapılarak iletimde tutulma süreleri uzatılmıştır. Mikrofona doğru ses uygulandığında (alkış), iletim halinde olan T1 ve T2 transistörleri bu sesi kuvvetlendirerek T3 transtörüne uygular. T3 transistörü, ses sinyalinin negatif alternanslarında iletime geçerek motoru çalıştırır.

14 Mikrofon Uygulama Devreleri - IV 14 Şekildeki devre, mikrofondan gelen ses sinyali ile CD4027 JK Flip Flop entegresinin çıkışını aktif yaparak rölenin çekmesini sağlar. Mikrofona bir kez daha ses sinyali uygulandığında, Flip Flop konum değiştirir ve eski haline döner. Röle kontakları bırakır.

15 15 2-) Hoparlörler (Speakers, Loudspeakers) Hoparlör, ses frekans yükselteci çıkışında elde edilen AC elektriksel sinyalleri ses sinyaline çeviren cihazdır. Hoparlörün Fiziksel Görünümü ve Sembolü Çalıştığı frekans değerine göre hoparlörler üçe ayrılır; a) Bas Hoparlör b) Orta Ses Hoparlör c) Tiz Hoparlör

16 16 a) Bas Hoparlörler (Bass Speaker, Woofer), düşük frekanslı ses sinyallerinde çalışırlar. Davul, bas gitar v.b enstrümanlardan çıkan kalın sesler, bu hoparlörlerden duyulur. b) Orta Ses Hoparlörler (Middle, Medium), insan sesi, solist sesi gibi daha çok orta frekans değerindeki seslerin duyulduğu hoparlör türüdür. c) Tiz Hoparlörler (Treble, Tweeter), zil, çan v.b müzik aletlerinden çıkan ince seslerin duyulduğu hoparlörlerdir. Bas, Orta ve Tiz sesler, bir kabin içerisine konulan ayrı ayrı hoparlörlerden alınır. Bunun için sesleri ayıran crossover filtre devreleri kullanılır.

17 17 İki Yollu Hoparlör Sistemi Üç Yollu Hoparlör Sistemi Bas, Tiz ve Orta Seslerin aynı anda duyulması için 2 ve 3 yollu kabin (hoparlör) sistemleri geliştirilmiştir. İki yollu hoparlör sistemlerinde Bas (Woofer) ve Tiz (Tweeter) hoparlörleri kullanılır. Üç yollu hoparlör sistemlerinde Bas (Woofer), Orta Ses (Middle) ve Tiz (Tweeter) hoparlörleri kullanılır.

18 Hoparlörler, çalışma sistemlerine göre ; 18 a-) Dinamik (Bobinli, mıknatıslı) Hoparlör, b-) Piezo (Kristal) Hoparlör olarak ikiye ayrılırlar. a-) Dinamik Hoparlörler (Dynamic Speakers) Şekilde görüldüğü gibi dinamik hoparlörler, bobin, mıknatıs, kon (diyafram) gibi elemanların birleşiminden oluşmuştur. Demirden yapılmış bir silindirin ortasına sabit mıknatıs yerleştirilmiştir.

19 19 Mıknatısla yumuşak demir arasındaki hava aralığına ise hoparlör diyaframının uzantısı üzerine sarılmış bobin konmuştur. Bobinin sarıldığı diyaframın alt kısmı bir süspansiyon (esnek taşıyıcı) ile gövdeye tutturulmuştur. Bobin, süspansiyonlar sayesinde hava aralığında rahatça hareket edebilmektedir. Hoparlör Bobini Hoparlör Bobini ve iç Süspansiyon Hoparlör bobinine elektriksel sinyal uygulandığında, manyetik alan meydana gelir. Bobindeki manyetik alan sürekli değişkendir. Mıknatısın manyetik alanı içinde sürekli olarak itilir ve çekilir. Bobin hareket halinde iken diyafram da ses sinyali meydana gelir.

20 20 Hoparlörün Yapısı

21 21 Dinamik hoparlörlerin üzerinde (+) ve (-) işaretleri vardır. (+) uç bobinin giriş ucunu, (-) uç bobinin çıkışı ucunu temsil eder. Ses frekans güç yükseltecinin hoparlör çıkışı, hoparlörün (+) ucuna, şase çıkışı (-) ucuna bağlanırsa bu bağlantı doğrudur ve hoparlörün diyaframı dışarıya doğru çalışır. Hoparlör, ses frekans yükseltecinin çıkışına ters bağlanırsa, yani yükseltecin hoparlör çıkışı, hoparlörün (-) ucuna, yükseltecin şase ucu, hoparlörün (+) ucuna bağlanırsa hoparlör içeriye doğru ters çalışır. Bu, doğru bağlantıya nazaran sesin daha az çıkmasına yol açar. Dinamik hoparlörler, gücü arttırmak için üzerlerindeki (+) ve (-) uçlar dikkate alınarak seri ve paralel olarak bağlanabilirler.

22 22 Dinamik Hoparlörlerin Paralel Bağlanması Hoparlörler paralel bağlanırken, (+) uçlar birbiriyle, (-) uçlar da birbiriyle bağlanır. Toplam direnç düşer. Çekilen akım ve dolayısı ile güç artar. Paralel bağlantıda toplam direnç 4Ω un altına düşmemelidir. Aksi halde, düşük direnç, ses frekans yükseltecinin çıkışlarına yük bindirecek, aşırı ısınıp, bozulmasına yol açabilecektir. Dinamik Hoparlörlerin Seri Bağlanması Dinamik hoparlörler, birbirleri ile seri bağlanırlarken, aynı pil gibi birinin (+) ucu diğerinin (-) ucuna bağlanır. Diğer (+) ve (-) uçlar giriş ucu olarak kullanılır. Toplam direnç artar. Bu direnç, 8Ω un üzerine pek çıkmamalıdır. Gerilim artar, akım düşer.

23 b-) Piezo Hoparlörler (Piezo Speakers) 23 Piezo kristalleri iki türlü davranış gösterirler. 1-) Piezo kristaline gerilim uygulanırsa titreşmeye başlar. Osilatör kristalleri, piezo hoparlörler bu prensibe göre çalışır. 2-) Piezo kristaline basınç uygulanırsa, uçlarında gerilim üretir. Piezo hoparlörler, genellikle tweeter veya buzzer olarak imal edilip kullanılırlar. Tweeter, tiz sesler için kullanılırken, buzzer endüstriyel devrelerde ses ile ikaz sistemlerinde kullanılır. Piezo Tweeter ve Piezo Buzzer lar

24 Piezo Buzzer 24 Piezo buzzer, uçlarına uygulanan elektriksel sinyal ile ince ve tiz bir ses çıkaran devre elemanıdır. Buzzer uçlarına elektriksel sinyal uygulandığı zaman, piezo kristali titreşmeye başlar. Kapalı hazne içinde titreşimden dolayı bir ses basıncı oluşur. Bu ses basıncı, buzzer üzerindeki delikten ses olarak dışarıya çıkar.

25 Piezo Tweeter 25 Piezo tweeter, yapısı itibarı ile tiz seslerin işitilmesinde kullanılan bir hoparlör türüdür. Yandaki şekilde, piezo tweeter in yapısı ve kısımları görülmektedir. Çıkış uçlarına, elektriksel sinyal uygulandığı zaman, diyafram ve onun altında yer alan Bimorph (şekil değiştiren) piezo eleman titreşmeye başlar. Piezo eleman arkasındaki lastik destek, esmeyen piezo elemanı eski haline getirerek ses elde edilmesini sağlar. Piezo Tweeter im Kısımları

26 Hoparlör Uygulama Devreleri - I 26 Şekildeki devre, sivrisineklerin duyacakları ultrasonik sesler çıkararak kaçmalarını sağlar. Sivrisinek türü canlıların 20KHz ve üzeri frekanslardan rahatsız oldukları tespit edilmiştir. Devre, 22KHz te yüksek kare dalga sinyali üreterek, H Köprüsüne bağlanmış Piezo Buzzer ile bu sinyallerin ortama yayılmasını sağlar.

27 Hoparlör Uygulama Devreleri - II 27 Şekildeki devre, fan motorunun çalışmasını takip eden, herhangi bir sebeple fan motorunun durması halinde buzzer dan çıkardığı ses ile uyarı veren bir devredir. Devre 12V luk fan motorları içindir. Devreye +12V besleme gerilimi verildiğinde fan motoru dönmeye başlar. T1 transistörü, Fan motoru üzerinden beyz gerilimi aldığı için iletimdedir. Bu durumda, T2 transistörünün beyz ucu, T1 transistörü üzerinden yaklaşık şase potansiyelinde tutulur. T2 yalıtkandır, buzzer ötmez. Fan arıza yapıp durduğu zaman, T1 in beyz gerilimi kesilir. T1 kesime (yalıtıma) girer. T2 transistörü, R3 direnci üzerinden (+) beyz gerilimi alır. T2 iletime geçer ve buzzer ötmeye başlar.

28 Hoparlör Uygulama Devreleri - III 28 Şekilde, hoparlör kabinlerini ses frekans güç yükselteçlerinin çıkışına gecikmeli olarak bağlayan hoparlör zamanlayıcı devresi görülmektedir. Bu devre kullanılmadığı zaman, Amplifikatörün güç düğmesine basıldığında, beslemedeki filtre kondansatörlerinin ani olarak şarj olması sonucu, hoparlörlerden «ÇAT» şeklinde rahatsız edici bir ses duyulur. Bu devre, kondansatör şarj olduktan belli bir süre sonra (3..5 sn), hoparlörleri anfi çıkışına bağlar. Stereo anfiler için çift kontaklı röle kullanılmalıdır.

29 29 Hoparlör Uygulama Devreleri IV Şekilde, 2 yollu (2 way), pasif crossover filtre devresi görülmektedir. Crossover filtreler, ses frekans sinyalleri içinden bas, orta ve tiz sesleri ayıran filtrelerdir. Devrede sadece bas ve tiz hoparlörleri var ise filtre 2 yolludur. Bas, orta ve tiz ses hoparlörleri var ise filtre 3 yollu olarak yapılır. Bu tür filtreler kabin içlerine konur. Tweeter in (Tiz Hoparlörü) bağlandığı devre, yüksek geçiren filtre (high pass filter) devresidir. Hoparlör hattından gelen yüksek frekanslı tiz sesleri geçirerek tiz hoparlöre uygular. Bas sesleri geçirmez. Woofer ın (Bas Hoparlörü) bağlandığı devre alçak geçiren filtre (low pass filter) devresidir. Sadece düşük frekanslı bas sesleri geçirir.

30 30 3-) Ultrasonik (Ses Ötesi) Transdüserler (Ultrasonic Transducers) Ultrasonik Transdüserler, ultrasonik ses dalgalarını, elektriksel sinyallere çeviren elemanlardır. Yan yana takılmış bir şekilde ikili (Çift) olarak bulunurlar. Birisi VERİCİ, diğeri ALICI sensörüdür. İnsan kulağı ortalama 20Hz Hz (20KHz) arasındaki sesleri duyabilir. 18KHz..20KHz ve üzerindeki sesler ultrasonik ses dalgaları olarak adlandırılır. İnsan kulağı bu ses dalgalarını duyamaz. Ultrasonik Transdüserler de, 18KHz ve üzerindeki ses dalgaları (38Khz..40KHz) ile çalışırlar. Ultrasonik Transdüserler, yandaki gibi ikili olarak bulunurlar. Bunlardan bir tanesi verici, diğeri alıcıdır. Verici için bir devre, alıcı için başka bir devre kurulur. Verici sensörün ve devrenin yaydığı sinyal, nesnelerden yansıyıp gelince, Alıcı sensörü bu Ultrasonik Transdüserlerin Fiziksel Görünümü sinyalleri alır. Sinyalin yansıyıp geri gelmesi bri nesne olduğunu belli eder. Sinyal geri gelmiyor ise nesne veya herhangi bir engel yoktur.

31 31 Ultrasonik transdüserler, görünüş olarak birbirlerine benzeseler de, yandaki şekilde görüldüğü gibi altlarında «R» ve «T» harfleri ile ayırt edilirler. R : Recevier (Alıcı) T : Transmitter (Verici) Alıcı ve Verici Sensörler Ultrasonik transdüserler, tek tek satıldığı gibi yandaki şekilde görüldüğü gibi verici ve alıcı sensörün birlikte yer aldığı kit ler şeklinde de satılır. Yapılması gereken, giriş, çıkış ve besleme uçlarını ilgili devreye bağlamaktır. Verici Sensör Alıcı Sensör Hazır Kit Şeklindeki Sensör Kartı

32 32 Ultrasonik Verici ve Alıcı Sisteminin Prensibi Ultrasonik sistemlerin çalışma prensibi, verici sensörden gönderilen ultrasonik dalgaların, bir nesneden yansıyarak alıcı sensöre ulaşması ve ulaşan dalganın elektronik devrelerde işlenmesi esasına dayanır.

33 33 Şekilde, ultrasonik sistemin nasıl çalıştığını gösteren prensib şeması görülmektedir. Kontrol devresinde üretilen verici sinyaller, verici sensör ile ortama yayılır. Ortamda bulunan bir nesne veya engelden yansıyan sinyaller, alıcı sensör ile alınarak kontrol devresine gönderilir. Kontrol devresi, yansıyan sinyallerden, sensörlere yakın bir cisim, bir nesne olduğunu algılar. Bu algılama, sesli veya ışıklı bir şekilde dış ortama duyurulur.

34 34 Ultrasonik Sistemin Blok Şeması

35 35 Ultrasonik Sensörlerin (Transdüserler) Kullanım Yerleri Ultrasonik sensörler, hem günlük hayatta, hem de endüstriyel alanda kullanım sahasına sahiptirler. Ultrasonik Sensörlerin Çeşitli Kullanım Alanları Cam, saydam mika veya plastik gibi şeffaf maddelerin algılanmasında, insanların ve diğer canlıların algılanmasında, katı maddelerin algılanmasında, park etme ve yanaşma devrelerinde, ürün bandındaki ürünlerin kontrollerinde v.b daha bir çok yerde kullanılırlar.

36 36 Otoparklarda boş park alanı tespitinde ultrasonik sensörlerden yararlanılabilir.

37 37 Endüstriyel alanda, ürün sayımında ve kontrolünde de ultrasonik sensörlerden yararlanılabilir. Endüstriyel tip ultrasonik sensörler Yandaki şekilde görülmektedir.

38 38 Ultrasonik Sensörlerin (Transdüserler) Hatalı Çalıştığı Durumlar Ultrasonik sensörler, yukarıda şekillerle gösterilen durumlarda, hatalı çalışabilir, nesneleri algılamayabilir. Nesne, sensörün yansıma alanından çok uzaktaysa, nesne sinyali yansıyamayacak kadar küçük ise, nesnenin yüzeyi yansıma açısını değiştirebilecek durumda ise, nesne sinyali yansıtmayıp, absorbe edecek (emecek) kadar yumuşak ise sensör hatalı davranabilir.

39 39 Ultrasonik Sensör Uygulama Devreleri - I Şekilde, NE555 multivibratör entegresi ile yapılmış, ultrasonik verici osilatörü olarak çalışan devre şeması görülmektedir. Devrenin çıkış frekansı VR1 trimpotu ile 35KHz 40KHz arasında değiştirilebilir. Q1 ve Q2 transistörleri, NE555 entegresinin çıkış akımını arttırmak için devreye bağlanmışlardır. Q1 ve Q2, simetrik yükselteç olarak çalışırlar. NE555 osilatörünün 35KHz..40KHz arasında ürettiği yüksek frekanslı kare dalga sinyalleri, entegrenin 3.nolu çıkış ucundan Q1 ve Q2 transistörlerine uygulanır. Kare dalga sinyalin pozitif (+) alternansı ile Q1, negatif (-) alternansı ile de Q2 transistörü iletime geçer. Ultrasonik sensör, bu kare dalga sinyali ortama yayar. Alıcı devre bu sinyali algılayarak, çıkış devresinde gerekli işlemi yapacaktır.

40 40 Ultrasonik Sensör Uygulama Devreleri - II Şekildeki devre, ultrasonik alıcı devresidir. Bir önceki slaytta yer alan verici devresi, bu devre ile birlikte kullanılabilir. Ultrasonik alıcı sensörü, vericinin gönderdiği sinyalleri algılayarak, ortak emiterli yükselteç olarak çalışan Q3 transistörünün beyz ucuna uygular. Q3 ve Q4 kaskat (art arda) bağlanmış ön yükselteçtir. Kare dalga sinyalin pozitif alternansı doğrultularak işlemsel yükseltece uygulanır. Çıkıştaki röle çeker. Kontaklara bağlı sesli veya ışıklı uyarı sistemi çalışır.

41 SUNUM SONU