Como os circuitos elétricos "puramente" emitem som?

Membranas em movimento ou materiais piezoelétricos obviamente produzem ondas sonoras, mas como os circuitos elétricos "puramente", como transformadores ou helicópteros DCDC (e outros), geralmente têm um ruído audível? O material está expandindo e encolhendo microscopicamente com a corrente?

O que você realmente está perguntando é como os circuitos elétricos podem causar pequenos movimentos. Afinal, o som é movimento do ar.

A resposta é que existem várias maneiras pelas quais campos elétricos ou correntes elétricas podem causar forças ou movimentos. Esses efeitos são aproveitados no design de vários transdutores , que existem para causar ou detectar deliberadamente pequenos movimentos. No entanto, as leis da física que permitem que esses transdutores funcionem não param do lado de fora do gabinete do transdutor. Eles existem em todos os lugares, muitas coisas são transdutores não intencionais. A diferença é que geralmente o efeito é bastante fraco sem que seja deliberadamente projetado para um transdutor.

Alguns desses efeitos são:

1. Força eletrostática . Dois objetos em uma voltagem diferente terão uma força entre eles. A força é proporcional à tensão e inversamente proporcional à distância. É a mesma força que permite que um balão grude no seu cabelo depois de esfregá-lo contra um gato ou algo assim. Para circuitos comuns, essa força é muito fraca e os condutores são mantidos no lugar com muito mais força do que ela. Ainda assim, às vezes você pode obter um som audível disso com circuitos de alta tensão.

2. Força eletrodinâmica . Uma carga em movimento cria um campo magnético circular ao seu redor. O campo magnético é proporcional à corrente e pode ser bastante forte, enrolando o fio em uma bobina. Esse campo magnético pode ser feito para mover coisas e é a base de como os solenóides, os motores e os alto-falantes funcionam.

   Da mesma forma, as cargas móveis sofrem uma força se fluem através de um campo magnético na orientação correta. A maioria dos alto-falantes realmente trabalha com esse princípio; eles são feitos para que um forte ímã permanente seja fixado e a bobina se mova, o que por sua vez move o centro do cone do alto-falante. O mesmo acontece em qualquer indutor. Cada pedaço de fio com corrente passa por alguma força devido ao campo magnético geral. Alguns dos zumbidos que você ouve dos transformadores são pedaços individuais de arame se movendo um pouco como resultado.

3. Efeito piezoelétrico . Alguns materiais, como o quartzo, por exemplo, mudarão ligeiramente de tamanho ou formato em função do campo elétrico aplicado. Alguns fones de ouvido pequenos funcionam com esse princípio. Também existem microfones de "cristal" que trabalham com esse princípio ao contrário, significando que aplicar força ao cristal faz com que ele crie uma voltagem. Os ignitores comuns das churrasqueiras trabalham com esse princípio batendo um cristal de quartzo com força e de repente o suficiente para criar uma tensão alta o suficiente para causar uma faísca.

   Alguns materiais do capacitor exibem o suficiente para que, quando montado rigidamente em uma placa de circuito, possa causar um som audível. Tive que respin uma placa uma vez e substituir uma tampa de cerâmica por uma eletrolítica, apenas porque a cerâmica estava causando um zumbido audível irritante.

4. Efeito magnetostritivo . Este é o análogo magnético do efeito piezoelétrico. Alguns materiais mudam de forma ou tamanho, dependendo do campo magnético aplicado, e esse efeito também funciona ao contrário. Eu trabalhei em sensores magnéticos que exploravam esse efeito.

   Os materiais nos transformadores e indutores são escolhidos para não ter esse efeito, mas existe uma pequena quantidade. O núcleo de um indutor realmente muda de tamanho muito ligeiramente à medida que o campo magnético muda. Isso pode causar um som audível, especialmente se o indutor estiver mecanicamente acoplado a algo que apresente uma área maior ao ar, como uma placa de circuito.

Um indutor ou transformador ideal pode ser um componente puramente eletrônico, mas um indutor ou transformador real produz um campo magnético (que muda rapidamente). O objetivo de um componente desse tipo é manter o campo magnético dentro do componente (por exemplo, dentro do núcleo ferromagnético), mas isso não será alcançado em 100%. O campo magnético 'vazando' fará com que as coisas se movam (vibrem), e essas coisas farão o ar ao seu redor se mover da mesma forma. Presto: um alto-falante eletromagnético (indesejado).

Um efeito semelhante provavelmente pode ser obtido em capacitores de alta tensão, onde as placas condutoras se atraem, dependendo da tensão. Isso corresponde a um alto-falante eletrostático :)

Um terceiro efeito são os efeitos piezoelétricos (indesejados) nos componentes. Não tenho certeza se esse é realmente o caso em um nível observável.

Não está expandindo ou contraindo o material, que emite o som em transformadores ou circuitos baseados em indutores. No entanto, as peças estão se movendo.

Os transformadores estão sujeitos a forças mecânicas significativas causadas pelos campos eletromagnéticos alternativos. Isso faz com que os fios e as laminações se movam e, portanto, emitem som. Conversores DC-DC geralmente possuem indutores de enrolamento, que também se movem pelo mesmo motivo.

Aqui está mais um

Som alterando as propriedades do plasma ou gás circundante devido à exposição de um campo elétrico e / ou descarga elétrica

Baseado no "Singing Arc", que foi descoberto por William Duddell por volta de 1900, o ionofone ou como é chamado principalmente de alto-falante / tweeter de plasma (é realmente usado nos alto-falantes) produz ondas sonoras ao carregar o plasma para alterar o tamanho do plasma dentro de um ambiente. campo geralmente estreito entre os eletrodos. Devido à massa muito baixa que deve ser movida, esse alto-falante pode produzir uma reprodução muito precisa das ondas que alimentam os eletrodos, especialmente bom para altas frequências.

Outro efeito ainda não abordado é alisamento fio sob carga - fios que tendem a endireitar quando a corrente é passada através deles, se microscopicamente ou visivelmente. O fio nos enrolamentos de um transformador de força tenta endireitar muito levemente de 100 a 120 vezes por segundo (dependendo da frequência da energia municipal).

Esse fenômeno pode ser observado com muita facilidade ao "pular a partida" de um veículo com cabos de ligação em ponte pequenos, especialmente se o veículo que está sendo iniciado tiver uma bateria muito descarregada. Quando o motor de partida está engatado, geralmente é fácil ver os cabos dos jumpers "pularem" e enrijecerem à medida que se endireitam levemente sob carga pesada.

Membranas em movimento ou materiais piezoelétricos obviamente produzem ondas sonoras, mas como os circuitos elétricos "puramente", como transformadores ou helicópteros DC / DC (e outros), costumam ter um ruído audível? O material está expandindo e encolhendo microscopicamente com a corrente?

Enquanto outros explicaram bem a parte sobre o material em movimento, um ponto importante é que o ruído audível requer movimento na faixa audível humana . Normalmente, isso significa 20 Hz a 20 kHz, mas pode ser um pouco mais baixo ou mais alto, além de representar a perda de idade / audição. Qualquer coisa que oscila acima ou abaixo desse intervalo (Infra-som ou Ultra-som) normalmente não será ouvida. Por sorte, porém, esse intervalo é o típico usado em muitos circuitos, desde helicópteros DC / DC, transformadores, inversores de painel EL, PWM para circuitos de luz, portanto é frequentemente um subproduto.

Tem havido muita teoria aqui. Na prática, geralmente fios soltos de indutores estão envolvidos. Bater nas bobinas (não !!!! com algo magnético como uma chave de fenda: tentar bobinas nos circuitos CRT flyback é algo que você não faz mais de uma vez) pode ajudar a localizar o culpado e a cola ou prego quente adequado polonês pode ajudar a controlá-lo.

Pela minha experiência, na maioria das vezes um transformador faz barulho, é devido a uma laminação frouxa ou a uma montagem frouxa. Um helicóptero mecânico faz barulho porque a palheta que "corta" a corrente se move / vibra. Obviamente, qualquer coisa que se mexa produz um som. Um transformador geralmente produz um zumbido de 60 Hz, enquanto um helicóptero depende da frequência para a qual foi projetado (normalmente 400 Hz).

Não acredito que o material esteja expandindo e contraindo microscopicamente, mas, se fosse, a frequência seria tão alta que seria inaudível. Além disso, pode não ser alto o suficiente.

Os únicos circuitos puramente não mecânicos que podem produzir sons são os transmissores de microondas. Mas eles vão cozinhar seu cérebro.