Микрофон

Микрофон (от греч. mikros — малый и phone — звук) — это электроакустический прибор для преобразования звуковых колебаний в электрические.

В зависимости от принципа действия микрофоны делят на следующие типы:

>- порошковые угольные;

>- электродинамические;

>- электростатические (конденсаторные и электретные);

>- полупроводниковые;

>- пьезоэлектрические;

>- электромагнитные.

Порошковый угольный микрофон впервые был сконструирован русским изобретателем М. Махальским в 1878 году и позже, независимо от него, П. М. Голубицким в 1883-м. Принцип действия такого микрофона основан на том, что угольная или металлическая мембрана под действием звуковых волн колеблется, изменяя плотность и, следовательно, электрическое сопротивление угольного порошка, находящегося в капсюле и прилегающего к мембране. Вследствие неравномерного механического давления сила тока, протекающего через микрофон, изменяется в акустический сигнал. Однако в интересах съема информации микрофоны данного типа практически не используются из-за их низкой чувствительности и большой неравномерности амплитудно-частотной характеристики.

Электродинамический микрофон катушечного типа изобрели американские ученые Э. Венте и А. Терас в 1931 году. В нем применена диафрагма из полистирольной пленки или алюминиевой фольги. Катушка, сделанная из тонкой проволоки, жестко связана с диафрагмой и постоянно находится в кольцевом зазоре магнитной системы. При колебаниях диафрагмы под действием звуковой волны витки катушки пересекают магнитные силовые линии и в обмотке наводится электродвижущая сила (ЭДС), создающая переменное напряжение на выходе микрофона. Вместо катушки может использоваться ленточка из очень тонкой (около 2 мкм) металлической фольги.

В конденсаторном микрофоне, изобретенном американским ученым Э. Венте в 1917 году, звуковые волны действуют на тонкую металлическую мембрану, изменяя расстояние и, следовательно, электрическую емкость между мембраной и металлическим неподвижным корпусом, которые представляют собой пластины электрического конденсатора. При подведении к пластинам постоянного напряжения изменение емкости вызывает появление тока через конденсатор, сила которого изменяется в такт с колебаниями звуковых частот.

Электретный микрофон, изобретенный японским ученым Егути в начале 20-х годов XX века, по принципу действия и конструкции схож с конденсаторным. Только роль неподвижной обкладки конденсатора и источника постоянного напряжения в нем играет пластина из электрета. Недостатком такого микрофона является высокое выходное сопротивление, которое приводит к большим потерям сигнала, поэтому в корпус элемента, как правило, встраивают истоковый повторитель, что позволяет снизить выходное сопротивление до величины не более 3...4 кОм.

В пьезоэлектрическом микрофоне, впервые сконструированном советскими учеными С. Н. Ржевкиным и А. И. Яковлевым в 1925 году, звуковые волны воздействуют на пластинку из вещества, обладающего пьезоэлектрическими свойствами (например, из сегнетовой соли), вызывая на ее поверхности появление электрических зарядов.

В электромагнитном микрофоне звуковые волны воздействуют на мембрану, жестко связанную со стальным якорем, находящимся в зазоре обмотка неподвижной катушки. В результате воздействия акустических волн на такую систему на выводах обмотки появляется ЭДС. Данные изделия так же, как и порошковые угольные микрофоны, не получили широкого распространения из-за большой неравномерности амплитудно-частотной характеристики.

Обобщенные характеристики перечисленных типов микрофонов приведены в табл. 1.3.4.

Таблица 1.3.4. Основные характеристики акустических приемников-микрофонов

Тип микрофона /Диапазон частотной характеристики, Гц /Неравномерность воспроизводимых частот, дБ /Осевая чувствительность на частоте 1кГц, мВм²/н

Порошковые угольные /300...3400 /20 /1000

Электродинамические /30...15 000 /12 /1

Конденсаторные /30...15 000 /5 /5

Электретные /20...18 000 /2 /1

Пьезоэлектрические /100...5000 /15 /50

Электромагнитные /300... 5000 /20 /5

Чаще всего в направленных микрофонах применяются чувствительные элементы (микрофоны) электретного типа, так как они имеют наилучшие электроакустические характеристики: широкий частотный диапазон; малую неравномерность амплитудно-частотной характеристики; низкий уровень искажений, вызванных нелинейными и переходными процессами, а также высокую чувствительность и малый уровень собственных шумов.

Точность воспроизведения перехватываемых акустических сигналов (разборчивость речи) зависит не только от типа микрофона. Важное значение имеют и характеристики электронного блока, состоящего из микрофонного усилителя и головных телефонов. В большинстве же случаев, из экономических соображений фирмы, поставляющие направленные микрофоны, комплектуют их дешевыми электронными блоками, соответствующими аппаратуре 3-го класса бытовой техники. Поэтому владельцы таких средств зачастую вынуждены сами подбирать акустический усилитель и головные телефоны с требуемыми параметрами.

Однако самое главное в направленных микрофонах — это свойства его акустической антенны.

Акустические антенны являются именно теми основополагающими элементами, которые определяют облик и основные характеристики комплексов дистанционного перехвата речевой информации. Назначение их заключается в усилении звуков, приходящих по основному направлению, и существенном ослаблении всех остальных акустических сигналов.

В настоящее время разработано несколько модификаций антенн, в соответствии с которыми существует следующая классификация направленных микрофонов (рис. 1.3.27):

Рис. 1.3.27. Классификация направленных микрофонов

>- комбинированные;

>- групповые, в том числе:

>- линейные группы микрофонов;

>- трубчатые приемники органного типа;

>- трубчатые щелевые приемники;

>- фазированные решетки;

>- микрофоны с параболическим рефлектором.

Для сравнительной оценки качества вышеперечисленных направленных микрофонов используют технические характеристики, основными из которых являются характеристика направленности и индекс направленности.

Характеристика, или диаграмма, направленности — это чувствительность микрофона в зависимости от угла q между рабочей осью микрофона и направлением на источник звука. Ее определяют или на ряде частот, или в пределах полосы частот. Обычно используют нормированную характеристику направленности R(Q), то есть зависимость отношения чувствительности Е_q измеренной под углом q, к осевой (максимальной) чувствительности Еoc.

R(q)=Е_q/Еос

Большинство микрофонов имеет осевую симметрию, поэтому характеристика направленности для них одинакова во всех плоскостях, проходящих через ось микрофона. Графическое представление характеристик направленности часто дают в полярных координатах (рис. 1.3.28).

Индекс направленности показывает выраженную в децибелах разницу уровней мощности сигналов на выходе микрофона от двух источников звука: одного (например, голоса человека), расположенного на оси, и другого — источника рассеянных звуковых волн (например, шума автотрассы), если оба создают в точке расположения микрофона одинаковое акустическое давление. Иными словами, индекс направленности показывает величину подавления (дискриминации) шума, приходящего с бокового направления, по отношению к сигналу, приходящему с направления, совпадающего с осью микрофона.

Ненаправленный микрофон не подавляет шума, поэтому его индекс направленности равен нулю (Qнм = 0 дБ).

Коэффициент направленного действия показывает выраженную в децибелах степень увеличения уровня сигнала на выходе микрофона при замене ненаправленного микрофона направленным и постоянной величине акустического давления.

Рис. 1.3.28. Характеристика направленности микрофона

Поиск по сайту: