Wie können „rein“ elektrische Stromkreise Schall abgeben?

Sich bewegende Membranen oder piezoelektrische Materialien erzeugen offensichtlich Schallwellen, aber wie können "reine" Stromkreise wie Transformatoren oder DCDC-Chopper (und andere) häufig ein hörbares Geräusch haben? Dehnt sich das Material mit der Strömung mikroskopisch aus und schrumpft es?

Was Sie wirklich fragen, ist, wie elektrische Schaltungen kleine Bewegungen verursachen können. Immerhin ist Schall eine Bewegung der Luft.

Die Antwort ist, dass es verschiedene Möglichkeiten gibt, wie elektrische Felder oder elektrische Ströme Kräfte oder Bewegungen verursachen können. Diese Effekte fließen in die Entwicklung verschiedener Wandler ein , die absichtlich kleine Bewegungen verursachen oder erfassen. Die physikalischen Gesetze, die die Funktion dieser Wandler ermöglichen, hören jedoch außerhalb des Wandlergehäuses nicht auf. Sie existieren überall, so viele Dinge sind unbeabsichtigte Wandler. Der Unterschied besteht darin, dass der Effekt normalerweise eher schwach ist, ohne dass er absichtlich wie bei einem Schallkopf ausgelegt ist.

Einige dieser Effekte sind:

1. Elektrostatische Kraft . Zwei Objekte mit unterschiedlicher Spannung haben eine Kraft zwischen sich. Die Kraft ist proportional zur Spannung und umgekehrt proportional zum Abstand. Dies ist die gleiche Kraft, die es einem Ballon ermöglicht, an Ihrem Haar zu haften, nachdem er gegen eine Katze oder etwas gerieben wurde. Bei gewöhnlichen Stromkreisen ist diese Kraft sehr schwach und die Leiter werden viel stärker an Ort und Stelle gehalten als sie. Trotzdem können Sie bei Hochspannungsschaltkreisen manchmal einen hörbaren Ton hören.

2. Elektrodynamische Kraft . Eine sich bewegende Ladung erzeugt ein kreisförmiges Magnetfeld. Das Magnetfeld ist proportional zum Strom und kann ziemlich stark gemacht werden, indem der Draht zu einer Spule gewickelt wird. Dieses Magnetfeld kann dazu gebracht werden, Dinge zu bewegen, und ist die Grundlage für die Funktionsweise von Magneten, Motoren und Lautsprechern.

   Bewegte Ladungen erfahren ebenfalls eine Kraft, wenn sie durch ein Magnetfeld mit der richtigen Ausrichtung fließen. Die meisten Lautsprecher arbeiten tatsächlich nach diesem Prinzip. Sie sind so hergestellt, dass ein starker Permanentmagnet fixiert ist und die Spule sich bewegt, wodurch sich wiederum die Mitte des Lautsprecherkegels bewegt. Dasselbe passiert bei jedem Induktor. Jedes Stück Draht, durch das Strom fließt, erfährt aufgrund des gesamten Magnetfelds eine gewisse Kraft. Das Brummen von Transformatoren ist zum Teil darauf zurückzuführen, dass sich einzelne Drahtstücke etwas bewegen.

3. Piezoelektrischer Effekt . Einige Materialien, wie beispielsweise Quarz, ändern ihre Größe oder Form geringfügig in Abhängigkeit vom angelegten elektrischen Feld. Einige kleine Kopfhörer arbeiten nach diesem Prinzip. Es gibt auch "Kristall" -Mikrofone, die nach diesem Prinzip in umgekehrter Reihenfolge arbeiten, dh wenn auf den Kristall eine Kraft ausgeübt wird, erzeugt er eine Spannung. Gängige Grillzündgeräte arbeiten nach diesem Prinzip, indem sie einen Quarzkristall hart und plötzlich genug schlagen, um eine Spannung zu erzeugen, die hoch genug ist, um einen Funken zu verursachen.

   Einige Kondensatormaterialien weisen einen solchen Effekt auf, dass sie bei starrer Montage auf einer Leiterplatte hörbare Geräusche verursachen können. Ich musste ein Board einmal ausspülen und eine Keramikkappe durch ein Elektrolyt ersetzen, nur weil die Keramik ein störendes hörbares Jammern verursachte.

4. Magnetostriktive Wirkung . Dies ist das magnetische Analogon des piezoelektrischen Effekts. Einige Materialien ändern je nach angelegtem Magnetfeld ihre Form oder Größe, und dieser Effekt funktioniert auch umgekehrt. Ich habe an Magnetsensoren gearbeitet, die diesen Effekt ausgenutzt haben.

   Materialien in Transformatoren und Induktoren werden so gewählt, dass sie diesen Effekt nicht haben, aber eine kleine Menge ist trotzdem vorhanden. Der Kern eines Induktors ändert seine Größe tatsächlich geringfügig, wenn sich das Magnetfeld ändert. Dies kann hörbare Geräusche verursachen, insbesondere wenn der Induktor mechanisch an etwas gekoppelt ist, das der Luft eine größere Fläche bietet, wie z. B. eine Leiterplatte.

Ein idealer Induktor oder Transformator kann eine rein elektronische Komponente sein, aber ein echter Induktor oder Transformator erzeugt ein (sich schnell änderndes) Magnetfeld. Es ist ein Konstruktionsziel eines solchen Bauteils, dieses Magnetfeld innerhalb des Bauteils (zum Beispiel innerhalb des ferromagnetischen Kerns) zu halten, aber dies wird nicht zu 100% erreicht. Das "leckende" Magnetfeld bewirkt, dass sich Dinge bewegen (vibrieren), und diese Dinge bewirken, dass sich die Luft um sie herum ebenfalls bewegt. Presto: ein (unerwünschter) elektromagnetischer Lautsprecher.

Ein ähnlicher Effekt ist wahrscheinlich bei Hochspannungskondensatoren zu verzeichnen, bei denen sich die Leiterplatten in Abhängigkeit von der Spannung gegenseitig anziehen. Das entspricht einem elektrostatischen Lautsprecher :)

Ein dritter Effekt sind (unerwünschte) piezoelektrische Effekte in Bauteilen. Ich bin mir nicht sicher, ob dies tatsächlich auf einer beobachtbaren Ebene der Fall ist.

Das Material wird nicht gedehnt oder zusammengezogen, sondern der Ton wird in Transformator- oder Induktorschaltkreisen ausgegeben. Die Teile bewegen sich jedoch.

Transformatoren sind erheblichen mechanischen Kräften ausgesetzt, die durch die elektromagnetischen Wechselfelder verursacht werden. Dadurch bewegen sich Drähte und Blechpakete und geben Schall ab. DC-DC-Wandler haben häufig gewickelte Induktivitäten, die sich ebenfalls aus dem gleichen Grund bewegen.

Hier ist noch einer

Schall durch Änderung der Eigenschaften des umgebenden Plasmas oder Gases aufgrund der Einwirkung eines elektrischen Feldes und / oder einer elektrischen Entladung

Basierend auf dem "Singing Arc", der um 1900 von William Duddell entdeckt wurde, erzeugt das Ionophon, oder wie es meistens als Plasma-Lautsprecher / Hochtöner bezeichnet wird (wird eigentlich in Lautsprechern verwendet), Schallwellen, indem Plasma aufgeladen wird, um die Größe des Plasmas innerhalb eines Plasmas zu ändern normalerweise enges Feld zwischen den Elektroden. Aufgrund der sehr geringen Masse, die bewegt werden muss, kann dieser Lautsprecher eine sehr genaue Wiedergabe der den Elektroden zugeführten Wellen erzeugen, insbesondere für hohe Frequenzen.

Ein weiterer Effekt noch nicht berührt ist Drahtricht- unter Last - Drähte Sie neigen dazu , zu begradigen , wenn Strom durch sie geleitet wird, ob mikroskopisch oder sichtbar. Der Draht in den Wicklungen eines Leistungstransformators versucht 100 bis 120 Mal pro Sekunde (abhängig von der Frequenz der kommunalen Stromversorgung) leicht zu begradigen.

Dieses Phänomen kann sehr leicht beobachtet werden, wenn ein Fahrzeug mit kleinen Starthilfekabeln "anspringt", insbesondere wenn das Fahrzeug, das gestartet wird, eine stark entladene Batterie hat. Wenn der Anlasser eingerückt ist, ist es oft leicht zu sehen, dass die Überbrückungskabel "springen" und sich versteifen, wenn sie sich unter starker Belastung leicht begradigen.

Sich bewegende Membranen oder piezoelektrische Materialien erzeugen offensichtlich Schallwellen, aber wie können "reine" Stromkreise wie Transformatoren oder DC / DC-Chopper (und andere) häufig ein hörbares Geräusch haben? Dehnt sich das Material mit der Strömung mikroskopisch aus und schrumpft es?

Während andere den Teil über das sich gut bewegende Material erklärt haben, ist ein wichtiger Punkt, dass hörbares Geräusch Bewegung im hörbaren Bereich des Menschen erfordert . In der Regel bedeutet dies 20 Hz bis 20 kHz, kann jedoch geringfügig niedriger oder höher sein und auch Alter / Hörverlust berücksichtigen. Alles, was über oder unter diesem Bereich schwingt (Infraschall oder Ultraschall), ist normalerweise nicht zu hören. Glücklicherweise wird dieser Bereich in vielen Stromkreisen verwendet, von DC / DC-Zerhackern, Transformatoren, EL-Panel-Wechselrichtern und PWM für Lichtstromkreise. Daher ist dies häufig ein Nebenprodukt.

Hier gab es viel Theorie. In der Praxis handelt es sich üblicherweise um lose Drähte von Induktivitäten. Wenn Sie auf die Spulen klopfen (nicht !!!! mit Magneten wie einem Schraubenzieher: Wenn Sie versuchen, die Spulen in CRT-Flyback-Schaltkreisen mehr als einmal zu bearbeiten, können Sie möglicherweise den Täter und geeigneten warmen Klebstoff oder Nagel ausfindig machen Polnisch kann helfen, es unter Kontrolle zu bekommen.

Nach meiner Erfahrung ist die meiste Zeit, in der ein Transformator Geräusche macht, auf eine lose Laminierung oder eine lose Montage zurückzuführen. Ein mechanischer Zerhacker macht Geräusche, weil das Blatt, das den Strom "zerhackt", sich bewegt / vibriert. Offensichtlich macht alles, was sich bewegt, ein Geräusch. Ein Transformator erzeugt normalerweise ein Brummen von 60 Hz, während ein Chopper von der Frequenz abhängt, für die er ausgelegt ist (normalerweise 400 Hz).

Ich glaube nicht, dass sich das Material mikroskopisch ausdehnt und zusammenzieht, aber wenn es so wäre, wäre die Frequenz so hoch, dass es unhörbar wäre. Außerdem ist es möglicherweise nicht laut genug.

Die einzigen rein nichtmechanischen Schaltkreise, die Geräusche erzeugen können, sind Mikrowellensender. Aber sie werden dein Gehirn kochen.