Групповые микрофоны

В соответствии с классификацией, приведенной на рис. 1.3.27, к групповым акустическим приемникам относятся линейные группы, трубчатые 1 микрофоны и фазированные решетки.

Рассмотрим их более подробно.

Рис. 1.3.29. Виды характеристик направленности для комбинированных микрофонов:

1 — окружность для приемника давления; 2 — кардиоида для комбинированного приемника с одинаковой чувствительностью приемников давления и градиента давления; 3 — суперкардиоида; 4 — гиперкардиоида; 5 — косинусоида (восьмерка) для одного приемника градиента давления

Линейная группа приемников (микрофонов) — это несколько микрофонов, обычно располагаемых в ряд по прямой горизонтальной линии так, чтобы их оси были параллельны друг другу (рис. 1.3.30), иногда микрофоны располагают по небольшой дуге. Электрические выходы акустических приемников последовательно соединяют в специальном смесителе.

Характеристика направленности такой линейной группы R(Q) из N элементов определяется как произведение характеристики направленности одиночного приемника R₁(q) на характеристику группы:

R(q)=R₁(q)[sinNx /(Nsin x)],

где х = р (d/l) sin q, a d — расстояние между отдельными приемниками.

Чем меньше отношение длины волны l акустического сигнала к длине группы l = (N - 1)/d, тем уже будет основной лепесток диаграммы направленности и больше индекс направленности. Однако следует иметь в виду, что при чрезмерной длине группы (сравнимой с расстоянием от приемника до источника звука) будут сказываться интерференционные явления из-

Рис. 1.3.30. Общий вид линейной группы микрофонов

за большой разности хода звуковых волн от источника до входов отдельных микрофонов, входящих в состав группы.

Численное значение ширины основного лепестка определяется из соотношения:

Так, например, для группового приемника, состоящего из шести ненаправленных микрофонов, расположенных по прямой линии с шагом d= 10 см (l = 50 см) и частотой принимаемого сигнала f = 1000 Гц (l = 33 см), ширина основного лепестка составляет величину q₁ = 41°. Расчет индекса направленности для этой группы дает величину 8 дБ.

Основной недостаток такого типа направленных микрофонов — это обеспечение направленных свойств только в плоскости, проходящей через оси микрофонов; в ортогональной плоскости характеристика такая же, как и у одиночного микрофона.

Трубчатый микрофон органного типа так же использует свойства групповых антенн. Его вид схематично представлен на рис. 1.3.31.

Такой микрофон имеет в своем составе несколько десятков тонких трубок 1 с длинами от нескольких сантиметров до метра и более. Эти трубки собирают в пучок — длинные по середине, короткие — по наружной поверхности. Концы трубок с одной стороны образуют плоский срез 2, входящий в предкапсюльный объем 4. Сам микрофонный капсюль 3 выбирается, как правило, электродинамического или электромагнитного типа (приемника давления) в зависимости от требуемого частотного диапазона. Звуковые волны, приходящие к приемнику по осевому направлению, проходят в трубки и поступают в предкапсюльный объем в одинаковой фазе.Их амплитуды складываются арифметически:

где N — количество трубок, a U — амплитуды звуковых волн. Звуковые волны фонового шума, приходящие под углом 6 к оси, оказываются сдвинутыми по фазе, так как трубки имеют разную длину, поэтому

амплитуды этих волн складываются геометрически:

где Дф — величина разности фаз для любой пары звуковых волн, при->. шедших по трубкам, длины которых отличаются на величину d:

Рис. 1.3.31. Строение трубчатого микрофона органного типа:

1 — звуковые трубки; 2 — срез трубок; 3 — капсюль микрофона; 4 — предкапсюльный объем

Характеристика направленности для такого направленного микрофона определяется из соотношения, аналогичного для линейной группы приемников:

R(q)=sinNx /(Nsin x),

где х = p (dmin/l)(1—cos q), dmin — разница в длине между ближайшими по размеру трубками.

Приведенные соображения справедливы в случае, если в трубке не образуются резонансные колебания. С этой целью входные отверстия трубок либо их концы у капсюля закрывают при помощи пробокиз пористого поглотителя.

Основным достоинством таких направленных микрофонов является высокий индекс направленности (около 8 дБ, при этом шумы, действующие с боковых направлений, ослабляются по отношению к сигналу почти в 10 раз). Основной недостаток — довольно большие геометрические размеры (максимальная длина трубок около 90 см).

На сегодняшний день подобные устройства практически не используются, за исключением нескольких экспериментальных изделий.

Трубчатый щелевой приемник (иногда его называют приемником бегущей волны) — представляет собой трубку с отверстиями или сплошной осевой прорезью по всей длине. С некоторым приближением такую трубку можно рассматривать как множество трубок разной длины, поэтому трубчатый щелевой микрофон и относят к приемникам группового типа.

Если звук приходит по оси, то пути его распространения по трубке и через отверстия одинаковы и составляющие звукового давления от пришедших колебаний синфазны и, следовательно, сумма их, воздействующая на диафрагму микрофонного капсюля, максимальна. Если же звук приходит под углом q v. оси трубки, то разность пути звука по всей трубке и пути от входа в трубку до входа в отверстие, находящееся на расстоянии d, обусловит сдвиг фаз, определяемый как . В свою очередь, это создает сдвиг фаз различной величины между колебаниями, пришедшими через разные отверстия, что приводит, как и в предыдущем случае, к уменьшению результирующего давления на диафрагму.

Следует отметить, что чем более высокую направленность требуется получить, тем больше должна быть длина звукоприемного элемента (трубки), так как индекс направленности увеличивается с увеличением отношения длины трубки к длине волны принимаемого излучения. Для того чтобы не образовывалось стоячих волн, наружный конец звукоприемного элемента (трубки) закрывают поглощающей тканью.

Данный тип направленного микрофона получил наибольшее распространение. Причин этому можно назвать несколько:

>- простота изготовления и, как следствие, низкая стоимость;

>- наличие в стране нескольких производителей данной техники;

>- простота в применении;

>- возможность организации различных вариантов камуфляжа.

Рассмотрим в качестве примера несколько типов направленных микрофонов трубчатого щелевого типа.

Отечественный остронаправленный микрофон МД-74 состоит из собственно микрофона динамического типа и примыкающей к нему трубки длиной 0,8 м. В стенках трубки (рис. 1.3.32) проделан ряд отверстий через равные промежутки. Для компенсации падения чувствительности микрофона на высших частотах из-за большого поглощения их в трубке вокруг каждого из отверстий устанавливаются концентраторы — рупорки. Размеры их подобраны таким образом, чтобы обеспечить подъем частотной характеристики на высших частотах диапазона до 10...12 дБ. Основные параметры микрофона приведены в табл. 1.3.5.

В другом направленном микрофоне трубчатого типа КМС-19-05 рупорки отсутствуют. Он предназначен для профессиональной записи звука при работе на относительно больших расстояниях от источника (до 100 м), в условиях повышенного окружающего шума. Основные его параметры также приведены в таблице. Блок усиления на ремнях размещается на боку оператора, что создает определенное удобство в работе. Однако опыт работы с такими микрофонами показывает, что декларируемые 100 м дальности возможно получить только в тихой загородной местности. В относительно

Таблица 1.3.5. Основные характеристики некоторых трубчатых щелевых направленных микрофонов

Тип микрофона /Номинальный диапазон частот, Гц /Неравномерность частотной характеристики, ДБ /Чувствительность холостого хода на частоте 1000 Гц, мВ/Па /Направленные свойства /Внешние размеры, мм /Масса, кг

МД-74 /10...10000 /8 /1,2 /Остронаправленный (индекс направленности на частотах выше 125 Гц -не менее 6 дБ /071х810 /0,5

КМС-19-05 /20...20 000 /8 /45 /Остронаправленный /024х850 /0,28

КМС-1909 /20...20 000 /8 /30 /Односторонне направленный (угол раскрытия 115° при спаде на 6 дБ) /024х203 /0,19

МКЕ-802 /50.., 15 000 /7 /13 /Суперкардиоида /022х292 /0,185

тихом городском дворе — порядка 30 м, а на достаточно оживленной улице — 10...15 м. Можно предполагать, что подобные дальности присущи всем направленным микрофонам данного типа как отечественного, так и иностранного производства.

Следует отметить, что многие направленные микрофоны трубчатого типа комплектуются ветрозащитным чехлом, обычно из поролона, благодаря чему снижается чувствительность к помехам от ветровых атмосферных воздействий.

К базированным решеткам можно отнести все описанные выше устройства, но по устоявшейся в настоящее время терминологии к ним относят изделия, имеющие плоскость, на которой расположены открытые торцы звуководов; они обеспечивают синфазное сложение звуковых полей от источника в некотором акустическом сумматоре, на выходе которого расположен микрофон (рис. 1.3.33). Если звук приходит с осевого направления, то все сигналы, распространяющиеся по звуководам, будут в фазе, и сложение в акустическом сумматоре даст максимальный результат. Если направление на источник звука не осевое, а под некоторым углом к оси, то сигналы от различных точек приемной плоскости будут разными по фазе и результат их сложения будет меньше; При этом число приемных точек может достигать нескольких десятков. Очевидно, что подобная решетка

Рис.1.3.32. Трубчатый щелевой направленный микрофон:

1 — микрофон; 2 — усилитель; 3 — звуковые волны; 4 —щели; 5 — ветрозащитный поролоновый чехол

является менее громоздкой, чем микрофон органного типа, но она существенно проигрывает последнему в направленных свойствах.

Коэффициент направленного действия для данного типа направленного микрофона можно приблизительно определить по формуле:

где S — площадь входной аппертуры, м²; l — длина волны звука, м; N— число элементов решетки.

Надо отметить, что данная формула применима при расположении элементов антенной решетки по фронту на расстоянии около 15 см.

Примером направленного микрофона такого типа является изделие «Шорох». Оно относится к устройствам, предназначенным для прослушивания

Рис. 1.3.33. Направленный микрофон типа «фазированиая решетка»:

1 — микрофон; 2 — усилитель; 3 — звуковая волна; 4 — торцы звуководов;

5 — звуководы; 6 — акустический микрофон

и записи речевой информации в условиях открытого пространства, в диапазоне частот 100...10 000 Гц. Предельная паспортная дальность съема информации — 30—40 м при уровнях шума 74...76 дБ и речи 70...74 дБ. Однако в зависимости от шумовой обстановки и уровня информации дальность съема будет изменяться. Микрофон выполнен в виде гибкой пластины размером 320х320 мм, имеющей на внешней поверхности (от оператора) большое число акустических входных отверстий. За счет звуководов и суммирующих устройств образуется фазированная решетка, позволяющая сформировать диаграмму с шириной основного лепестка около 30...40° на частоте 1 кГц. Коэффициент направленного действия составляет около 12 дБ.

Микрофон, размещенный в специальном чехле, может устанавливаться на теле оператора, под одеждой в варианте грудь—спина (фронт—тыл). На поясе чехла размещен манипулятор, состоящий из усилителя низкой частоты с автоматической регулировкой усиления, источника питания и органов управления: включено—выключено с первоначальной установкой уровня полезного сигнала и два выхода на магнитофон и головные телефоны. Функциональные возможности изделия могут расширяться за счет дополнительной установки радиоканала и других сервисных устройств. Конструктивные особенности позволяют легко камуфлировать микрофон под папку, дипломат, картину и т. д.

Так как работа в помещении характеризуется наличием большого количества переотраженных сигналов от различных элементов строительных конструкций в виде стен, потолков, колонн, то максимальная эффективность работы такого направленного микрофона достигается в помещениях с объемом более 500 м³.

Рекомендуется избегать использования двух слоев одежды поверх микрофона, один из которых утеплен или выполнен из кожи (кожзаменителя). Полезный сигнал можно записывать без предварительного контроля, но при этом следует помнить, что расстояние до источника звука не должно, более, чем 4—5 раз, превышать расстояние, при котором обеспечивается требуемое качество записи, выполненной ненаправленным микрофоном.

Известны и другие образцы антенных решеток, выполненные, например, в виде бруска, который может камуфлироваться под различные предметы. Оценочные расчеты показывают, что в зависимости от геометрических размеров бруска коэффициент направленного действия находится в пределах 2...5 дБ.

Поиск по сайту: