ћикрофоны

1. ќбщие сведени€ о микрофонах

2. ќсновные характеристики микрофонов

3.  лассификаци€ микрофонов по характеристике направленности

4.  лассификаци€ микрофонов по типу преобразовател€

5.  лассификаци€ микрофонов по конструктивному исполнению

 

 

1. ќбщие сведени€ о микрофонах

ћикрофон - электроакустический прибор, осуществл€ющий преобразование акустических колебаний на входе в электрические колебани€ на выходе.

ћикрофон €вл€етс€ первичным элементом в звукоусилительной цепи включающей также усилитель и громкоговоритель. ћикрофоны имеют повсеместное применение, используютс€:

¬ —ќ”Ё микрофон примен€етс€ в качестве технического средства. осуществл€ющего ручное, полуавтоматическое и дистанционное оповещение.

”стройство микрофона

Ќа рис.1 изображена упрощенна€ схема функционировани€ микрофона.

 

–ис.1 - ”прощенна€ схема функционировани€ микрофона

¬ микрофоне можно выделить следующие подсистемы:

јкустическа€ подсистема, иногда называема€ антенной, характеризует микрофон как приемник звука. «вуковое давление от источника звука, воздейству€ на антенну, вызывает механическую силу, определ€емую размером, формой корпуса (капсюл€) микрофона, рассто€нием от источника до микрофона, углом падени€ звуковой волны относительно акустической оси микрофона (акустическа€ ось микрофона, иногда называема€ рабочей осью, как правило, совпадает с его физической и геометрической осью).

јкустико-механическа€ подсистема служит дл€ согласовани€ силы (энергии), формируемой приемником (антенной), с реакцией подвижного элемента преобразовател€ (например, смещением диафрагмы конденсаторного микрофона). ƒанна€ подсистема определ€ет частотную характеристику (чувствительности) и характеристику направленности микрофона.

Ёлектромеханическа€ подсистема представл€ет собой устройство, преобразующее механические колебани€ подвижного элемента в электродвижущую силу (Ёƒ—). Ёффективность и стабильность работы преобразовател€ зависит от р€да факторов, например, от площади мембраны.

Ёлектрическа€ подсистема (как правило, представл€етс€ в виде электрической схемы) выполн€ет функцию согласовани€ электрической части подсистемы с звукоусилительным устройством. ¬ конденсаторных микрофонах, например, большое емкостное сопротивление капсюл€ д.б. согласовано с низкоомным входом предусилител€. ƒанна€ подсистема определ€ет такой параметр, как собственный шум микрофона.

 лассификаци€ микрофонов

 лассификаци€ микрофонов изображена на рис. 2.

 

–ис.2 -  лассификаци€ микрофонов

ћикрофоны классифицируютс€ по следующим признакам:

 

 

2. ќсновные характеристики микрофонов

ћикрофоны характеризуютс€ следующими параметрами:

„увствительность микрофона

„увствительность микрофона M может быть представлена как отношение напр€жени€ электрического сигнала на выходе Uвых к звуковому давлению на входе Pвх. Ќа практике чувствительность микрофона измер€ют в дЅ:

 

M = 20 lg Uвых / Pвх,

 

где:

„увствительность микрофона определ€етс€ чувствительностью всех подсистем и существенно зависит от конструкции микрофона (формы корпуса), а также угла (θ) падени€ звуковой волны.

 

 

3.  лассификаци€ микрофонов по характеристике направленности

 огда микрофон находитс€ в различных положени€х относительно источника звука, его чувствительность мен€етс€. «ависимость чувствительности от угла определ€етс€ коэффициентом направленности. ¬ зависимости от коэффициента направленности микрофоны можно разделить на направленные и ненаправленные. Ќаправленные микрофоны имеют высокую чувствительность в одном направлении, обеспечивающую высокую дальность приема. Ќе направленные микрофоны имеют меньшую чувствительность равномерную по всем направлени€м, используютс€ дл€ минимизации вли€ни€ посторонних шумов.

Ќаправленность микрофона определ€етс€ несколькими параметрами (характеристиками).

Ќаправленность микрофона R(θ) определ€етс€ его чувствительностью M(θ) при произвольном угле падени€ звука (θ) к его чувствительности на рабочей оси (при, θ = 0°), измеренных:

ƒанна€ зависимость называетс€ характеристикой направленности микрофона (’Ќ):

 

R(θ) = M(θ) / M(0),

 

где:

 оэффициент направленности Ω определ€етс€ как отношение квадрата осевой чувствительности микрофона M(0) (в услови€х свободного пол€) к квадрату чувствительности, усредненной по всем направлени€м Mср, измеренных на одной и той же частоте или в полосе частот:

 

Ω = M(0)2 / Mср2.

 

ƒл€ практической оценки направленности микрофона используетс€ величина, называема€ индексом направленности I, дЅ:

 

I = 10 lg Ω = 20 lg (M(0) / Mср).

 

¬ зависимости от ’Ќ микрофоны дел€тс€ на:

’Ќ, представл€ема€ в пол€рных координатах, называетс€ диаграммой направленности (иногда, чувствительности) микрофона (ƒЌ). Ќа рис.3 представлены примеры ƒЌ.

¬осьмерка

 ардиоида

√иперкардиоида

–ис. 3 - ѕримеры диаграмм направленности микрофона

Ќенаправленные микрофоны - микрофоны с круговой ƒЌ, во всех направлени€х имеют одинаковую, как правило, небольшую чувствительность. ћикрофоны с данной направленностью хорошо справл€ютс€ с посторонними шумами и используютс€ в тех случа€х, когда источник звука мен€ет направление. ƒанные микрофоны примен€ютс€ дл€ подзвучивани€ на концертах, используетс€ дл€ звукозаписи, например, при работе журналистов на улице в ветреную погоду.

ƒвунаправленные микрофоны Ц восьмерочные имеют одинаковую чувствительность в обоих направлени€х вдоль рабочей оси и минимальную по бокам. ¬озможное применение такого микрофона Ц запись разговора во врем€ интервью или конференции.

Ќаправленные микрофоны Ц однонаправленные или кардиоидные Ц характеризуютс€ максимальной чувствительностью в широком фронтальном угле раскрыва. “акие микрофоны имеют повсеместное применение.

”зконаправленные микрофоны Ц суперкардиоидные имеют высокую чувствительность в пр€мом направлении (вдоль рабочей оси) и в узкой диаграмме направленности. “акие микрофоны используютс€ дл€ записи или усилени€ звука от удаленного источника.

ќстронаправленные микрофоны Ц гиперкардиоидные имеют самую большую направленность среди всех микрофонов. ƒанные микрофоны практически не захватывают посторонние отражени€ и шумы, используютс€ в специальных цел€х.

’арактеристики направленности микрофонов, в зависимости от ƒЌ, можно представить в виде таблицы (см. “аб.1).

 

“аблица 1
’арактеристики направленности микрофона в зависимости от ƒЌ

 

 

4.  лассификаци€ микрофонов по типу преобразовател€

¬ зависимости от типа преобразовани€ акустической энергии на входе в электрический сигнал на выходе, микрофоны дел€тс€ на:

”гольные микрофоны

”гольные микрофоны Ч один из первых типов микрофонов. ”гольный микрофон содержит угольный порошок, размещЄнный между двум€ металлическими пластинами и заключЄнный в герметичную капсулу. ќдна из металлических пластин (стенок капсулы) соедин€етс€ с мембраной. «вуковое давление, воздейству€ на мембрану, давит на угольный порошок (измен€€ площадь контакта между отдельными зЄрнышками угл€), мен€€ сопротивление между металлическими пластинами. Ќапр€жение между пластинами при пропускании посто€нного тока будет пропорционально давлению на мембрану.

ѕьезоэлектрические микрофоны

–абота данного микрофона основана на пьезоэлектрическом эффекте. ѕри деформации некоторых кристаллов на их поверхности возникают электрические зар€ды, величина которых пропорциональна деформирующей силе. ѕластинки из искусственно выращенных кристаллов служат основным рабочим элементом пьезоэлектрических микрофонов. ƒостоинствами пьезоэлектрических микрофонов €вл€ютс€ простота устройства, малый вес и габариты, а также небольша€ стоимость, но по своим электроакустическим и эксплуатационным свойствам пьезоэлектрические микрофоны уступают конденсаторным и электродинамическим микрофонам.

Ќаибольшее распространение на сегодн€шний день получили три типа микрофона: динамический и конденсаторный и электретный.

ƒинамические микрофоны

ƒинамический микрофон Ц приемник давлени€, представл€ющий собой электромеханическую колебательную систему, работающую по принципу электромагнитной индукции.

ќсновной компонентой динамического микрофона €вл€етс€ диафрагма, движуща€с€ (осциллирующа€) в магнитном поле. ƒиафрагма жестко св€зана с катушкой, помещенной в магнитное поле. ѕод действием звукового давлени€ она начинает колебатьс€, создава€ на выходе Ёƒ—, соответствующую характеру воздействий (колебаний), рис.4.

 

–ис.4 - ѕринцип функционировани€ динамического преобразовател€

ƒиафрагма Ц несколько витков провода намотанных на цилиндрический каркас, помещенный в кольцевой зазор магнитной цепи. ћагнитна€ цепь включает также посто€нный магнит с полюсным наконечником и стакан из м€гкой стали направл€ющие магнитный поток. ¬ воздушном зазоре между фланцем и магнитом создаетс€ сильное магнитное поле радиального направлени€.  атушка при помощи упругого подвеса располагаетс€ в середине кольцевого зазора, не каса€сь ни стакана, ни керна (посто€нного магнита), что и обеспечивает возможность неискаженных колебаний вдоль рабочей оси.

  преимуществам динамического микрофона можно отнести его низкую стоимость, механическую прочность. Ўирокое применение имеют ненаправленные динамические микрофоны, имеющие меньшую подверженность обратной св€зи. ƒанный тип широко используетс€ тележурналистами, а также на концертных выступлени€х. ≈го основным достоинством €вл€етс€ прочность и низка€ цена.

Ќедостатком динамических микрофонов €вл€етс€ искажение (неравномерность) ј„’ в области верхних частотах, ухудшающее воспри€тие. Ёто св€зано с инерционностью достаточно массивной мембраны.

 онденсаторные микрофоны

¬ конденсаторном микрофоне ( ћ) используетс€ электростатический преобразователь Ц преобразователь конденсаторного типа. ∆естко закрепленна€ обкладка  ћ выполнена в виде перфорированного диска (электрода) из металла. ‘ункции диафрагмы выполн€ет втора€ мембрана Ц пластина, сделанна€ из фольги и движуща€с€ под воздействием звукового давлени€ (P). ƒиафрагму иногда называют мембраной микрофона.

Ќа рис.5 изображена упрощенна€ электрическа€ схема подключени€ капсюл€  ћ к предварительному усилителю (ѕ”).

 

–ис.5 - ѕринцип функционировани€ конденсаторного микрофона

«вук, попада€ на мембрану, заставл€ет еЄ колебатьс€, рассто€ние между обкладками измен€етс€, что приводит к изменению Ємкости конденсатора C0. ≈мкость конденсатора C0 определ€етс€:

 

C0 = ε0* S / δ,

 

где:

“ак как зар€д любого конденсатора Q=C0*U0 остаетс€ посто€нным, то изменение Ємкости конденсатора C0 приводит к изменению напр€жени€. ѕри Rн*C0 > 1/fн, где fн Ц низша€ граница частотного диапазона, напр€жение на нагрузочном сопротивлении (входном сопротивлении предусилител€) Rн измен€етс€ в зависимости от смещени€ мембраны ξ

 

U = U0 - (U0 * ξ / δ,

 

»з данной формулы видно, что величина изменени€ напр€жени€ пропорциональна величине ее смещени€ ξ.

 ћ называют микрофонами с внешней пол€ризацией. ƒл€ работы такого микрофона на обкладки конденсатора подаетс€ напр€жение U0, называемое опорным. ≈сли данное напр€жение поступает от ѕ”, оно называетс€ фантомным. ‘антомное напр€жение на  ћ поступает по информационному кабелю. —ледует обратить внимание, что  ћ различаютс€ как по уровню, так и по способу подачи (фантомного) питани€. ѕри использовании  ћ необходимо строго соблюдать требовани€ по эксплуатации.

  достоинствам  ћ следует отнести высокую чувствительность и равномерность (гладкость) ј„’.

Ќедостатком  ћ €вл€етс€ чувствительность к перегрузкам по входу, они считаютс€ легко возбудимыми.

Ёлектретные микрофоны

Ёлектретные микрофоны Ц микрофоны с внутренней пол€ризацией на сегодн€шний день получили достаточно широкое распространение .

ѕринцип действи€ данного микрофона очень схож с  ћ, но в отличии от последнего электретный микрофон не нуждаетс€ в опорном напр€жении U0 (см. рис.5). Ёто происходит за счет использовани€ электрета (electret) Ц пол€ризационного диэлектрика, использующего различные полимеры (например, поливинилхлорид). Ёлектрет размещаетс€ либо в мембране, либо в виде пленочной основы (нанесенного сло€) в неподвижном электроде и обладает очень большой плотностью зар€да и временем его сохранени€. ѕри изменении зар€да конденсатора C0 возникает напр€жение на выходе.

Ёлектретные микрофоны имеют те же преимущества, что и конденсаторные микрофоны, но имеют меньшую стоимость.

 

 

5.  лассификаци€ микрофонов по конструктивному исполнению

ѕо конструктивному исполнению микрофоны можно разделить на:

  данной категории можно отнести и радиомикрофоны.

ѕримеры конструктивного исполнени€ изображены на рис.6.

 

–ис.6 - ѕримеры конструктивного исполнени€ микрофонов

¬страиваемые микрофоны

ƒанные микрофоны имеют различное исполнение и встраиваютс€ непосредственно в техническое устройство (в устройства записи, переговорной, селекторной св€зи и т.д.). ¬страиваемые микрофоны должны иметь высокую чувствительность, поэтому, как правило, это конденсаторные микрофоны с широкой односторонней направленностью (кардиоидные).

–учные микрофоны

–учные микрофоны можно разделить на вокальные и микрофоны тангетного типа (см. рис.6, справа).

ћикрофоны тангетного типа широко используютс€ дл€ экстренных или служебных объ€влений.  онструктивной особенностью данного микрофона €вл€етс€ наличие клавиши (кнопки) Ц тангенты, размещаемой на корпусе и предназначенной дл€ оперативного включени€/отключени€ звука. “ангента снабжаетс€ пружинным механизмом, позвол€ющим автоматически сбрасывать (отключать) кнопку включени€. ƒанна€ функци€ позвол€ет повысить надежность работы, особенно в случае высокоприоритетного использовани€ (в случае подключени€ данного микрофона к высокому приоритету системы св€зи или оповещени€).

–адиомикрофон

–адиомикрофон (–ћ) представл€ет собой систему, состо€щую из микрофона, малогабаритного передатчика, антенны и стационарного приемника (см. рис.6), предоставл€ющие пользователю свободу перемещени€. —ам микрофон, в зависимости от способа применени€, может иметь различную конструкцию:

ѕриемник радиомикрофона Ц отдельное устройство, снабженное одной или двум€ антеннами. –адиоприемники работают, как правило, в ” ¬ диапазоне. ¬ –ћ используетс€ принцип ¬„ модул€ции. «вуковой сигнал от капсюл€ микрофона поступает на модул€тор и передатчик, передаетс€ в эфир, далее поступает на приемник, детектируетс€ и усиливаетс€.

—овременные –ћ работают на дистанции 100-150м, используют принцип частотной модул€ции , €вл€ющийс€ наиболее устойчивым к помехам. ¬ последнее врем€ по€вились модели –ћ, использующие двух-пол€ризационный принцип, позвол€ющий увеличить стабильность приема. ¬ такой системе два („ћ) сигнала различной пол€ризации передаютс€ одновременно по двум каналам, повыша€, тем самым, веро€тность его приема (на двухантенный приемник). –ћ имеют широкое применение, однако уступают проводным микрофонам по характеристикам, прежде всего из-за помех.

Ќастольные микрофоны

–аботу и конструктив настольного микрофона рассмотрим на конкретном примере. Ќа рис.7, изображен настольный микрофон ITC-ESCORT T-621.

 

–ис.7 -  онструктив микрофона, на примере модели ITC-ESCORT T-621

Ќастольный микрофон ITC-ESCORT T-621 предназначен дл€ подачи речевых объ€влений. ¬ключение/отключение микрофона осуществл€етс€ кнопкой, размещенной на передней панели корпуса-подставки. ѕри включении микрофона загораетс€ индикатор, размещенный над кнопкой включени€, а также свет€щеес€ кольцо, размещенное под капсюлем. ¬ключение микрофона сопровождаетс€ гонгом (сигналом привлечени€ внимани€). Ќа дне подставки размещаетс€ включатель/выключатель, а также уровень громкости гонга. ћикрофон может питатьс€ как от адаптера, так и от батареи 9¬ (типа У ронаФ) размещаемой в нижней части подставки под крышкой. ћикрофон комплектуетс€ источником питани€ Ц адаптером посто€нного напр€жени€ ±12¬, микрофонным шнуром, дополнительным ветрозащитным чехлом.

 онструктивно микрофон представл€ет собой набор, состо€щий из подставки настольного исполнени€, к которой при помощи разъема крепитс€ капсюль, соединенный с "гусиной шеей" и гибким держателем. «ащитна€ сетка обеспечивает первичную защиту капсюл€ микрофона. ¬ микрофоне применен капсюль электретного типа, обеспечивающий высокую чувствительность и минимальную неравномерность в за€вленном частотном диапазоне.

 

 

© 2015, ќ.  очнов