Микрофон: устройство, принцип действия, применение. Доклад устройство конденсаторного микрофона


Реферат - История и устройство микрофонов

История и устройство микрофонов

Собственно, первым термин «микрофон» предложил использовать британский изобретатель Сэр Чарльз Уитстоун в 1827 году. Его нехитрый инструмент для усиления слабых звуков — две тонкие рейки, сообщавшие механические колебания ушам, не имел ничего общего с тем, что теперь называется микрофоном. Ничего, кроме названия. Микрофон как устройство для преобразования акустического сигнала в электрический с сохранением волновых характеристик — появился в 1876 году. Правда, назывался он совершенно иначе — жидкостный передатчик (liquid transmitter).

Жидкостный передатчик

Принцип работы жидкостного передатчика достаточно прост. В трубообразный резервуар налито немного воды, на которой «плавает» пергаментная диафрагма.

К диафрагме присоединён провод — так, чтобы лишь едва соприкасаться с водой. В воду добавлено небольшое количество кислоты, чтобы улучшить её электропроводимость.

Когда человек что-то говорит в трубку, диафрагма начинает колебаться, так что провод соприкасается с водой то больше, то меньше. Соответственным образом изменяется сопротивление электрической цепи.

4 марта 1877 года американский изобретатель Эмиль Берлинер построил первый угольный микрофон. Однако развитие получил микрофон американского изобретателя Дэвида Юза (в мае 1878 года). Микрофон Юза содержал угольный стержень с заострёнными концами, упиравшийся в две угольные же чашечки, и соединённый с подвижной мембраной. Площадь контакта угольного стержня с чашечками сильно менялась при колебаниях мембраны, соответственно менялось и сопротивление угольного микрофона, а с ним и ток в цепи. Микрофон Юза совершенствовался многими изобретателями. Весьма значительно усовершенствовал этот тип микрофонов Эдисон. Он предложил использовать угольный порошок вместо угольного стержня, т. е. изобрёл новый вид угольного микрофона с угольным порошком. Автор наиболее прижившейся конструкции угольного микрофона — Энтони Уайт (1890).

Угольный микрофон практически не требует усиления сигнала, сигнал с его выхода можно подавать непосредственно на высокоомный наушник или громкоговоритель. Из-за этого свойства угольные микрофоны использовались до недавнего времени в телефонных аппаратах (с дисковым номеронабирателем). Однако угольный микрофон отличается плохой амплитудно-частотной характеристикой (он нечувствителен к слишком низким и слишком высоким частотам). Кроме того, в отличие от наиболее распространённого динамического микрофона, угольный требует питания постоянным током.

Первый «ленточный» микрофон «44А» изобретён в 1942 году сотрудниками американской компании RCA. Ему суждено было стать одним из самых популярных микрофонов для студийных записей. Собственно говоря, больше он нигде и не применялся: слишком тяжёл (3,5 килограмма). Однако он обладал и рядом заметных преимуществ: высокая чувствительность и узкая направленность, за счёт чего отсекались посторонние шумы.

В микрофоне использовалась лента длиной 50 мм и шириной 2,4 мм, которая двигалась в магнитном поле в соответствии со звуковым давлением. Впоследствии вес ленточных микрофонов значительно уменьшился, а для увеличения чувствительности стали использовать два ленточных капсюля сразу.

В настоящее время в профессиональной практике используются только динамические и конденсаторные микрофоны. Первый динамический микрофон ДМК изготовили на заводе «Октава» в 1936 году. Динамический микрофон — это наиболее распространённый тип конструкции микрофона. Диафрагма динамического микрофона связана с катушкой, находящейся в зазоре вокруг магнита.

Продольные колебания прилегающего воздуха смещают диафрагму с катушкой относительно постоянного магнитного поля, что приводит к появлению на концах катушки переменного электрического потенциала, напряжение и частота которого пропорциональны силе и частоте звука, воздействующего на диафрагму.

В отличие от конденсаторных, динамические микрофоны не требуют фантомного питания.

Компания AKG в 1947 году представила свой первый конденсаторный микрофон, но до 1962 года, когда Белл Лабс начали выпускать свою версию таких микрофонов, особой популярностью они не пользовались. А уже концу 1970-х годов приблизительно треть всех выпускаемых в мире микрофонов были конденсаторными.

В конденсаторном микрофоне звук воздействует на мембрану, являющуюся одной из обкладок конденсатора.

Этот конденсатор включен в последовательную цепь с источником постоянного тока. При звуковом воздействии на мембрану она начинает колебаться, вызывая изменение емкости, которое, в свою очередь, превращает постоянное напряжение источника в переменное.

Конденсаторный микрофон имеет очень высокое выходное сопротивление. В связи с этим, внутри его корпуса располагают предусилитель с высоким входным сопротивлением. Конденсаторные микрофоны обладают весьма равномерной амплитудно-частотной характеристикой и обеспечивают высококачественное звучание, в связи с чем широко используются в студиях звукозаписи, на радио и телевидении.

Недостатками их являются высокая стоимость, необходимость во внешнем питании и высокая чувствительность к ударам и климатическим воздействиям — влажности воздуха и перепадам температуры. Однако существует тип конденсаторного микрофона — электретный микрофон, который свободен от большинства перечисленных недостатков.

Принцип действия электретного конденсаторного микрофона основан на способности некоторых диэлектрических материалов (электретов) сохранять поверхностную неоднородность распределения заряда в течение длительного времени. Тонкая плёнка из гомоэлектрета помещается в зазор конденсатора, у которого мембрана имеет возможность перемещаться под действием внешнего акустического сигнала, либо пленка наносится на одну из обкладок. Это приводит к появлению некоторого постоянного заряда конденсатора. При изменении ёмкости, из-за смещения мембраны, на конденсаторе проявляется изменение напряжения, соответствующее акустическому сигналу.

Электретный микрофон имеет очень высокое сопротивление (несколько сотен кОм или Мом), что вынуждает подключать их к усилителям с высоким входным сопротивлением.

Заключение

Итак, самый первый микрофон, появившийся на свет в 1876 году, назывался жидкостный передатчик. Через год американский изобретатель Эмиль Берлинер построил первый угольный микрофон. Первый динамический микрофон был выпущен спустя почти 60 лет. «Ленточный» микрофон появился в 1942 году. А спустя еще 5 лет был представлен первый конденсаторный микрофон.

Сейчас в профессиональной практике используются только динамические и конденсаторные микрофоны. Динамические микрофоны довольно надёжны и крепки — во всяком случае, крепче конденсаторных, поэтому их, в основном, и используют на концертах. Но в связи с тем, что масса подвижных элементов в динамических микрофонах больше, их чувствительность заведомо ниже, чем в конденсаторных. Последние же имеют тенденцию записывать звук как он есть, со всеми недостатками. Поэтому даже те, кто способен петь «вживую» безупречно, предпочитают даже в студии использовать динамические микрофоны.

Список использованной литературы

· Вейценфельд, А. Устройство и технические параметры микрофонов / А. Вейценфельд // Звукорежиссер. – 2000. — №1.

· Избранные главы из истории микрофонов // Кладезь знаний — статьи, обзоры, новости, 2006. Режим доступа: Art.Thelib.Ru

· Микрофон // Википедия — свободная энциклопедия, 2008. Режим доступа: ru.wikipedia.org

www.ronl.ru

Реферат Микрофон

скачать

Реферат на тему:

План:

    Введение
  • 1 История
  • 2 Устройство микрофона
  • 3 Классификация микрофонов
    • 3.1 Типы микрофонов по принципу действия
    • 3.2 Функциональные виды микрофонов
  • 4 Характеристики микрофонов
    • 4.1 Чувствительность
    • 4.2 Амплитудно-частотная характеристика
    • 4.3 Акустическая характеристика
    • 4.4 Характеристика направленности
      • 4.4.1 Ненаправленные микрофоны
      • 4.4.2 Микрофоны двустороннего направления
      • 4.4.3 Микрофоны одностороннего направления
    • 4.5 Уровень шумов
  • 5 Микрофон в искусстве
  • 6 В фольклоре
  • Источники

Введение

Микрофо́н (от греч. μικρός — маленький, φωνη — звук) — электроакустический прибор, преобразовывающий звуковые колебания в колебания электрического тока, устройство ввода. Служит первичным звеном в цепочке звукозаписывающего тракта или звукоусиления. Микрофоны используются во многих устройствах, таких как телефоны и магнитофоны, в звукозаписи и видеозаписи, на радио и телевидении, для радиосвязи, а также для ультразвукового контроля и измерения.

1. История

Вначале наибольшее распространение получил угольный микрофон Эдисона, об изобретении которого также независимо заявляли Г.Махальский в 1878 и П. М. Голубицкий в 1883. Угольный микрофон до сих пор используется в аппаратах аналоговой телефонии. Действие его основывается на изменении сопротивления между зёрнами угольного порошка при изменении давления на их совокупность.

Конденсаторный микрофон был изобретён американским учёным Э. Венте в 1917 году. В нём звук воздействует на тонкую металлическую мембрану, изменяя расстояние между мембраной и металлическим корпусом. Тем самым образуемый мембраной и корпусом конденсатор меняет ёмкость. Если подвести к пластинам постоянное напряжение, изменение ёмкости вызовет ток через конденсатор, тем самым образуя электрический сигнал во внешней цепи.

Более массовыми стали динамические микрофоны, отличающиеся от угольных гораздо лучшей линейностью характеристик и хорошими частотными свойствами, а от конденсаторных — более приемлемыми электрическими свойствами.

Первым динамическим микрофоном стал изобретённый в 1924 году немецкими учёными Э. Герлахом и В. Шоттки электродинамический микрофон ленточного типа. Они расположили в магнитном поле гофрированную ленточку из очень тонкой (ок. 2 мкм) алюминиевой фольги. Такие микрофоны до сих пор применяются в студийной записи благодаря чрезвычайно высоким частотным характеристикам, однако их чувствительность невелика, выходное сопротивление очень мало (доли Ома), что значительно осложняло проектирование усилителей. Кроме того, достаточная чувствительность достижима только при значительной площади ленточки (а значит, и размерах магнита), в результате такие микрофоны имеют большие размеры и массу по сравнению со всеми остальными типами.

Пьезоэлектрический микрофон, сконструированный советскими учёными С. Н. Ржевкиным и А. И. Яковлевым в 1925 году, имеет в качестве датчика звукового давления пластинку из вещества, обладающего пьезоэлектрическими свойствами. Работа в качестве датчика давления позволила создать первые гидрофоны и записать сверхнизкочастотные звуки, характерные для морских обитателей.

В 1931 году американские учёные Э. Венте и А. Терас изобрели динамический микрофон с катушкой, приклееной к тонкой мембране из полистирола или фольги. В отличие от ленточного, он имел существенно более высокое выходное сопротивление (десятки Ом и сотни кило Ом), мог быть изготовлен в меньших размерах и является обратимым.

Совершенствование характеристик именно этих микрофонов, в сочетании с совершенствованием звукоусилительной и звукозаписывающей аппаратуры, позволило развиться индустрии звукозаписи. Создание малых по размеру (даже несмотря на массу постоянного магнита, необходимого для работы микрофона), а также чрезвычайно чувствительных и узконаправленных динамических микрофонов в заметной степени изменило представление о приватности и породило ряд изменений в законодательстве (в частности, о применении подслушивающих устройств).

Тогда же разработанные электромагнитные микрофоны, в отличие от электродинамических, имеют закреплённый на мембране постоянный магнит и неподвижную катушку. Благодаря отсутствию жёстких требований к массе катушки (характерном для динамических микрофонов) такие микрофоны делались высокоомными, а также порой имели многоотводные катушки, что делало их более универсальными. Такие микрофоны, наряду с пьезоэлектрическими, позволили создать эффективные слуховые аппараты, а также ларингофоны.

Электретный микрофон, изобретённый японским учёным Ёгути в начале 20-х гг. XX века по принципу действия и конструкции близок к конденсаторному, однако в качестве неподвижной обкладки конденсатора и источника постоянного напряжения выступает пластина из электрета. Долгое время такие микрофоны были относительно дороги, а их очень высокое выходное сопротивление (как и конденсаторных, единицы мегаОм и выше) заставляло применять исключительно ламповые схемы.

Создание полевых транзисторов привело к появлению чрезвычайно эффективных, миниатюрных и лёгких электретных микрофонов, совмещённых с собранным в том же корпусе предусилителем на полевом транзисторе.

2. Устройство микрофона

Принцип действия микрофона с подвижной катушкой

Конденсаторный микрофон Октава МК-319 внутри

Принцип работы микрофона заключается в том, что давление звуковых колебаний воздуха, воды или твердого вещества действует на тонкую мембрану микрофона. В свою очередь, колебания мембраны возбуждают электрические колебания; в зависимости от типа микрофона для этого используются явление электромагнитной индукции, изменение ёмкости конденсаторов или пьезоэлектрический эффект.

Свойства акустико-механической системы сильно зависят от того, воздействует ли звуковое давление на одну сторону диафрагмы (микрофон давления) или на обе стороны, а во втором случае от того, симметрично ли это воздействие (микрофон градиента давления) или на одну из сторон диафрагмы действуют колебания, непосредственно возбуждающие её, а на вторую — прошедшие через какое-либо механическое или акустическое сопротивление или систему задержки времени (асимметричный микрофон градиента давления).

Большое влияние на характеристики микрофона оказывает его механоэлектрическая часть.

3. Классификация микрофонов

Конденсаторный микрофон Октава МК-319

Динамический микрофон Sennheiser

3.1. Типы микрофонов по принципу действия

  • Динамический микрофон
    • Катушечный
    • Ленточный
  • Конденсаторный микрофон
    • Электретный микрофон — разновидность конденсаторного микрофона.
  • Угольный микрофон
  • Пьезомикрофон

Сравнительные характеристики основных типов микрофонов (устаревшие данные из «БСЭ» 1967 год.):

Тип микрофона диапазон воспроизводимых частот, гц неравномерность частотной характеристики, дб осевая чувствительность на частоте 1000 гц, мв×м2/н
Угольный 300—3400 20 1000
Электродинамический катушечного типа 100—10 000 (1 класса)

30—15 000 (высшего класса)

12 0,5

~1,0

Электродинамический ленточного типа 50—10 000 (1 класса)

70—15 000 (высшего класса)

10 1

1,5

Конденсаторный 30—15 000 5 5
Пьезоэлектрический 100—5 000 15 50
Электромагнитный 300—5 000 20 5

3.2. Функциональные виды микрофонов

  • Студийный микрофон
  • Измерительный микрофон («искусственное ухо»)
  • Микрофонный капсюль для телефонных аппаратов
  • Микрофон для применения в радиогарнитурах
  • Микрофон для скрытного ношения
  • Ларингофон
  • Гидрофон

4. Характеристики микрофонов

Схематическое обозначение микрофона

Микрофоны любого типа оцениваются следующими характеристиками:

  1. чувствительность
  2. амплитудно-частотная характеристика
  3. акустическая характеристика микрофона
  4. характеристика направленности
  5. уровень собственных шумов микрофона

4.1. Чувствительность

Чувствительность микрофона определяется отношением напряжения на выходе микрофона к звуковому давлению Р0 в свободном звуковом поле, т. е. при отсутствии сигнала. При распространении синусоидальной звуковой волны в направлении акустической оси микрофона, это направление называется осевой чувствительностью: M0 = U / P0(мВ/н/м²)

Акустическая ось совпадает с осью симметрии микрофона. Если конструкция микрофона не имеет оси симметрии, то направление акустической оси указывается в технических условиях. Чувствительность современных микрофонов составляет от 1-2 (динамические микрофоны) до 10-15 (конденсаторные микрофоны) мВ/Па

4.2. Амплитудно-частотная характеристика

АЧХ микрофонов Октава МК-319 и Shure SM58

Амплитудно-частотная характеристика (АЧХ), или просто частотная характеристика - это зависимость осевой чувствительности от частоты звуковых колебаний. Эта характеристика связана с зависимостью чувствительности микрофона от частоты звуковых колебаний. Неравномерность амплитудно-частотной характеристики измеряют в децибелах как отношение чувствительности микрофона на определенной частоте к чувствительности на средней частоте, например 1000 Гц.

4.3. Акустическая характеристика

Влияние звукового поля микрофона оценивается акустической характеристикой, которая определяется отношением силы, действующей на диафрагму микрофона, и звуковым давлением в свободном звуковом поле: A = F/P, а потому, что чувствительность микрофона M = U/P можно представить как U/P = U/F • F/P и выразить через А. Тогда получим: M = A • U / F. Отношение напряжения на выходе микрофона к силе, действующей на диафрагму U/F, характеризует микрофон как электромеханический преобразователь. Акустическая характеристика определяет характеристику направленности микрофона. По виду акустической характеристики, а следовательно и характеристики направленности, отличают три типа микрофонов, как приемников звука: приемники давления; градиента давления; комбинированые.

4.4. Характеристика направленности

Направленность микрофонов. Представление в полярных координатах
приемники давления
Ненаправленный
приемники градиента давления
Двунаправленный«Восьмерка»
комбинированные
Кардиоид
Гиперкардиоид

Характеристикой направленности называют зависимость чувствительности микрофона от направления падения звуковой волны по отношению к оси микрофона. Она определяется отношением чувствительности Мα при падении звуковой волны под углом α относительно акустической оси микрофона к его осевой чувствительности:

φ = Mα/M0

Направленность микрофона означает его возможное расположение относительно источников звука. Если чувствительность не зависит от угла падения звуковой волны, т. е. φ = 1, то микрофон называют ненаправленным, и источники звука могут располагаться вокруг него. А если чувствительность зависит от угла, то источники звука должны располагаться в пространственном угле, в пределах которого чувствительность микрофона мало отличается от осевой чувствительности.

4.4.1. Ненаправленные микрофоны

В микрофонах - приемниках давления сила, действующая на диафрагму, определяется звуковым давлением у поверхности диафрагмы. Звуковое поле может действовать только на одну сторону диафрагмы. Вторая сторона конструктивно защищена. Если размеры микрофона малы по сравнению с длиной звуковой волны, то микрофон не изменяет звукового поля. А если больше, тогда за счет дифракции звуковых волн давление меняется. На низких частотах от 1000 Гц и ниже такие микрофоны не имеют направленного действия.

Ненаправленные микрофоны удобны, например, для записи разговора людей, сидящих за круглым столом.

4.4.2. Микрофоны двустороннего направления

В микрофонах - приемниках градиента давления сила, действующая на движущуюся систему микрофона, определяется разностью звуковых давлений на двух сторонах диафрагмы. То есть, звуковое поле действует на две стороны диафрагмы. Характеристика направленности имеет вид восьмерки.

Двусторонние микрофоны удобны, например, для записи разговора двух собеседников, сидящих друг напротив друга.

4.4.3. Микрофоны одностороннего направления

Односторонняя направленность достигается в микрофонах комбинированного типа. Их диаграммы направленности близки по форме к кардиоиде, поэтому нередко их называют кардиоидными. Модификации микрофонов, имеющих еще меньшую направленность, чем кардиоидные, называют суперкардиоидными и гиперкардиоидными, однако эти разновидности, в отличие от кардиоидного микрофона, также чувствительны к сигналам с противоположной стороны.

Эти микрофоны имеют определенные преимущества в эксплуатации: источник звука располагается с одной стороны микрофона в пределах достаточно широкого пространственного угла, а звуки, распространяющиеся за его пределами микрофон не воспринимает.

4.5. Уровень шумов

Уровень собственных шумов микрофона Nш определяется отношением эффективного напряжения на выходе микрофона при отсутствии звукового поля Uш к напряжению U1 при наличии звукового поля с эффективным давлением в 0,1 н/м²:

Nш = 20 lg Uш/U1, дБ.

Напряжение Uш обусловлено главным образом тепловыми шумами в опорах электрической схемы микрофона.

5. Микрофон в искусстве

6. В фольклоре

Тема подслушивающих устройств получила отражение в общеизвестном устном народном творчестве.

 — А у нас в квартире газ. А у вас?  — А у нас — микрофон. Вон, вон и вон! Говорили, что стены американского посольства в Москве сделаны из микробетона — смеси бетона с микрофонами.

Источники

  • БСЭ. Статья «Микрофон»
  • Микрофон // Фотокинотехника: Энциклопедия / Главный редактор Е. А. Иофис. — М.: Советская энциклопедия, 1981.

wreferat.baza-referat.ru

О микрофонах. Устройство и принцип действия микрофонов

Любой микрофон состоит из двух систем: акустикомеханической и механоэлектрической.

Свойства акустикомеханической системы сильно зависят от того, как воздействует звуковое давление:

- на одну сторону диафрагмы (микрофон давления) или на обе стороны - симметрично ли это воздействие (микрофон градиента давления) или на одну из сторон диафрагмы действуют колебания, непосредственно возбуждающие ее, а на вторую - прошедшие через какое-либо механическое или акустическое сопротивление или систему задержки времени (асимметричный микрофон градиента давления).

Сильное влияние на качественные характеристики микрофона оказывает его механоэлектрическая часть.

Первым получил распространение угольный микрофон, который и до сих пор используют в телефонии. Действие его основывается на изменении сопротивления между зернами угольного порошка при изменении давления на их совокупность.

Рис. 1 Устройство микрофонов: а - угольного; б - электромагнитного; в - электродинамического; г - ленточного; д - конденсаторного; е - пьезоэлектрического

Угольный микрофон (рис. 1, а) работает следующим образом. При воздействии звукового давления на его диафрагму 1 она начинает колебаться. В такт этим колебаниям изменяется и сила сжатия зерен угольного порошка 2, в связи с чем изменяется сопротивление между электродами 3 и 4, а при постоянном электрическом напряжении изменяется и ток через микрофон. Если, скажем, включить микрофон к первичной обмотке трансформатора Т, то на зажимах его вторичной обмотки будет возникать переменное напряжение, форма кривой которого будет отображать форму кривой звукового давления, воздействующего на диафрагму микрофона.

Основное преимущество угольного микрофона - высокая чувствительность, позволяющая использовать его без усилителей. Недостатки - нестабильность работы и шум из-за того, что полезный электрический сигнал вырабатывается при разрыве и восстановлении контактов между отдельными зернами порошка, большая неравномерность частотной характеристики и значительные нелинейные искажения.

После угольного микрофона появился электромагнитный микрофон, который работает следующим образом (рис. 1, б). Перед полюсами (полюсными наконечниками) 2 магнита 3 располагают ферромагнитную диафрагму 1 или скрепленный с ней якорь. При колебаниях диафрагмы под воздействием на нее звукового давления меняется магнитное сопротивление системы, а значит, и магнитный поток через витки обмотки, намотанной на магнитопровод этой системы. Благодаря этому на зажимах обмотки возникает переменное напряжение звуковой частоты, являющееся выходным сигналом микрофона.

Электромагнитный микрофон стабилен в работе. Однако ему характерен узкий частотный диапазон, большая неравномерность частотной характеристики и значительные нелинейные искажения.

В противоположность электромагнитному микрофону чрезвычайно широкое распространение для целей озвучения, звукоусиления получил электродинамический микрофон в своих двух модификациях - катушечной и ленточной.

Принцип действия электродинамического катушечного микрофона состоит в следующем (рис. 1, в). В кольцевом зазоре 1 магнитной системы, имеющей постоянный магнит 2, находится подвижная катушка 3, скрепленная с диафрагмой 4. При воздействии на последнюю звукового давления она вместе с подвижной катушкой начинает колебаться. В силу этого в витках катушки, перерезывающих магнитные силовые линии, возникает напряжение, являющееся выходным сигналом микрофона.

Электродинамический микрофон весьма стабилен в работе, имеет довольно широкий частотный диапазон, сравнительно небольшую неравномерность частотной характеристики.

Устройство ленточного электродинамического микрофона несколько отличается от устройства катушечной модификации (рис. 1, г). Здесь магнитная система микрофона состоит из постоянного магнита 1 и полюсных наконечников 2, между которыми натянута легкая, обычно алюминиевая, тонкая (порядка 2 мкм) ленточка 3. При воздействии на обе ее стороны звукового давления возникает сила, под действием которой ленточка начинает колебаться, пересекая при этом магнитные силовые линии, вследствие чего на ее концах развивается напряжение.

Т.к. сопротивление ленточки очень мало, то для уменьшения падения напряжения на соединительных проводниках напряжение, развиваемое на концах ленточки подается на первичную обмотку повышающего трансформатора, размещенного непосредственно вблизи ленточки. Напряжение на зажимах вторичной обмотки трансформатора является выходным напряжением микрофона.

Частотный диапазон этого микрофона довольно широк, а неравномерность частотной характеристики невелика.

Для электроакустических трактов высокого качества наибольшее распространение в настоящее время получил конденсаторный микрофон. Он работает следующим образом (рис. 1, д): жестко натянутая мембрана 1 под воздействием звукового давления может колебаться относительно неподвижного электрода 2, являясь вместе с ним обкладками электрического конденсатора. Этот конденсатор включается в электрическую цепь последовательно с источником постоянного тока Е и активным нагрузочным сопротивлением R. При колебаниях мембраны емкость конденсатора изменяется с частотой воздействующего на мембрану звукового давления, в следствии чего, в электрической цепи появляется переменный ток той же частоты и на нагрузочном сопротивлении возникает падение напряжения, являющееся выходным сигналом микрофона.

Нагрузочное сопротивление должно быть большим, чтобы падение напряжения на нем не уменьшалось сильно на низких частотах, где емкостное сопротивление конденсатора очень велико и эксплуатация такого микрофона была бы невозможна из-за сравнительно небольшого сопротивления микрофонных линий и нагрузки. По этой причине почти у всех современных конденсаторных микрофонов предусмотрены конструктивно связанные с самим микрофоном усилители, имеющие малый коэффициент усиления (порядка 1), высокое входное и низкое выходное сопротивления.

Конденсаторные микрофоны имеют самые высокие качественные показатели: широкий частотный диапазон, малую неравномерность частотной характеристики, низкие нелинейные и переходные искажения, высокую чувствительность и низкий уровень шумов.

Электретные микрофоны, по существу, те же конденсаторные, но постоянное напряжение для них обеспечивается не обычным источником, а электрическим зарядом мембраны или неподвижного электрода, материалы которых отличаются тем, что способны сохранять этот заряд длительное время.

Некоторое распространение получили пьезоэлектрические микрофоны (рис. 1, е). Их действие основано на том, что звуковое давление воздействует непосредственно или через диафрагму 1 и скрепленный с ней стержень 2 на пьезоэлектрический элемент 3. При деформации последнего на его обкладках вследствие пьезоэлектрического эффекта возникает напряжение, являющееся выходным сигналом микрофона.

Действие транзисторных микрофонов (весьма мало распространенных) основывается на том, что под действием звукового давления на диафрагму и скрепленное с ней острие, являющееся одновременно эмиттером полупроводникового триода, изменяется сопротивление эмиттерного перехода через него. Хотя транзисторные микрофоны с диафрагмой достаточно чувствительны, но они недостаточно стабильны и их частотные характеристики даже в сравнительно узком диапазоне частот неравномерны.

Стереофонический микрофон

Стереофонический микрофон представляет собой систему из двух микрофонов, конструктивно размещенных в общем корпусе на одной оси друг над другом. Для записи по системе XY применяют стереофонические микрофоны, состоящие из двух одинаковых монофонических микрофонов с кардиоидными характеристиками направленности, причем акустические оси левого и правого микрофонов повернуты на 90° относительно друг друга (рис. 2, а). При записи по системе MS один из микрофонов (микрофон середины) имеет круговую характеристику направленности, а другой (микрофон стороны) - косинусоидальную характеристику направленности (рис. 2, б).

Рис. 2. Характеристики направленности стереофонических микрофонов

Радиомикрофон

Радиомикрофон представляет собой систему, состоящую из микрофона, переносного малогабаритного передатчика и стационарного приемника. Микрофон чаще всего используют динамический катушечный или электретный. Передатчик либо совмещают в одном корпусе с микрофоном, либо выполняют карманного типа. Он излучает энергию радиочастот в УКВ диапазоне на одной из фиксированных частот. Вследствие влияния дополнительных преобразований в системе "передатчик - эфир - приемник" качественные параметры радиомикрофона уступают параметрам обычного микрофона.

Для приема речи в условиях окружающего шума применяют ларингофоны. Эти приборы воспринимают механические колебания гортани, возникающие при речеобразовании. Для этого ларингофоны (обычно пара) прижимаются к шее в области гортани. По принципу преобразования ранее применялись угольные ларингофоны, а в настоящее время - электромагнитные. Отличие их от соответствующих микрофонов в том, что в них нет диафрагм, на которые воздействует звуковое давление, а подвижный элемент вследствие инерции перемещается относительно корпуса колеблющегося в такт с колебанием гортани, к которой он прилегает.

fdstar.com

Устройство микрофона

ПЛАН

Практического занятия для студентов 2 курса

факультета Судовождение и Управление судном дневной формы обучения.

Учебная дисциплина: ОСНОВЫ РАДИОТЕХНИКИ И ЭЛЕКТРОНИКИ.

Тема 2:

Пз-3

Микрофоны, телефоны, магнитострикционные элементы.

Учебная цель:

Изучить принцип работы микрофонов и телефонов.

Время: 2 часa.

Дата: 12.02.2014 группа СВ-212д.

время

содержание

примечание

5

Проверка наличия студентов, объявление темы и учебной цели занятия.

10

Вводная часть.

30

Микрофоны.

20

Телефоны.

20

Громкоговорители и система внутрисудовой громкоговорящей связи. Иные судовые звуковые системы.

5

Заключительная часть.

Старший преподаватель А. Рассохин.

Микрофо́н (от греч. μικρός — маленький, φωνη — голос) — электроакустический прибор, преобразовывающий звуковые колебания в колебания электрического тока. Является устройством ввода. Микрофон служит первичным звеном в цепочке звукового тракта или звукоусиления.

Микрофоны используются во многих устройствах, таких как телефоны и магнитофоны, в звуко- и видеозаписи, на радио и телевидении, для радиосвязи, а также для ультразвукового контроля.

Принцип действия микрофона с подвижной катушкой

Принцип работы микрофона заключается в том, что давление звуковых колебаний воздуха, воды или твёрдого вещества действует на тонкую мембрану микрофона. В свою очередь, колебания мембраны возбуждают электрические колебания; в зависимости от типа микрофона для этого используются явление электромагнитной индукции, изменение ёмкости конденсаторов или пьезоэлектрический эффект.

Свойства акустико-механической системы сильно зависят от того, воздействует ли звуковое давление на одну сторону диафрагмы (микрофон давления) или на обе стороны, а во втором случае от того, симметрично ли это воздействие (микрофон градиента давления) или на одну из сторон диафрагмы действуют колебания, непосредственно возбуждающие её, а на вторую — прошедшие через какое-либо механическое или акустическое сопротивление или систему задержки времени (асимметричный микрофон градиента давления).

Типы микрофонов по принципу действия:

  • Динамический микрофон

  • Электромагнитный

  • Ленточный

  • Катушечный

  • Конденсаторный микрофон

  • Электретный микрофон

  • Угольный микрофон

  • Пьезомикрофон

  • Оптоаккустический микрофон(несущей является свет)

Устройство микрофонов: а - угольного; б - электромагнитного; в - электродинамического; г - ленточного; д - конденсаторного; е - пьезоэлектрического

Более массовыми являются динамические микрофоны, отличающиеся от угольных гораздо лучшей линейностью характеристик и хорошими частотными свойствами, а от конденсаторных — более приемлемыми электрическими свойствами.

Первым динамическим микрофоном стал изобретённый в 1924 году электродинамический микрофон ленточного типа.

В ленточном микрофоне в магнитном поле располагается гофрированная ленточка из очень тонкой (около 2 мкм) алюминиевой фольги. Такие микрофоны до сих пор применяются в студийной звукозаписи благодаря чрезвычайно широким частотным характеристикам, однако их чувствительность невелика, выходное сопротивление очень мало (доли ома), что значительно осложняет проектирование усилителей. Кроме того, достаточная чувствительность достижима только при значительной площади ленточки (а значит, и размерах магнита), в результате такие микрофоны имеют бо́льшие размеры и массу по сравнению со всеми остальными типами.

В 1931 году изобрели динамический микрофон с катушкой, приклеенной к тонкой мембране из полистирола или фольги. В отличие от ленточного, он имел существенно более высокое выходное сопротивление (десятки ом и сотни килоом), мог быть изготовлен в меньших размерах и является обратимым.

Совершенствование характеристик именно этих микрофонов, в сочетании с совершенствованием звукоусилительной и звукозаписывающей аппаратуры, позволило развиться индустрии звукозаписи не только в студийных условиях. Создание малых по размеру (даже несмотря на массу постоянного магнита, необходимого для работы микрофона), а также чрезвычайно чувствительных и узконаправленных динамических микрофонов в заметной степени изменило представление о приватности и породило ряд изменений в законодательстве (в частности, о применении подслушивающих устройств).

Электромагнитный микрофон работает следующим образом: Перед полюсами (полюсными наконечниками) 2 магнита 3 располагают ферромагнитную диафрагму 1 или скрепленный с ней якорь. При колебаниях диафрагмы под воздействием на нее звукового давления меняется магнитное сопротивление системы, а значит, и магнитный поток через витки обмотки, намотанной на магнитопровод этой системы. Благодаря этому на зажимах обмотки возникает переменное напряжение звуковой частоты, являющееся выходным сигналом микрофона. Электромагнитный микрофон стабилен в работе. Однако ему свойственны узкий частотный диапазон, большая неравномерность частотной характеристики и значительные нелинейные искажения.

В противоположность электромагнитному микрофону чрезвычайно широкое распространение для целей озвучения, звукоусиления получил электродинамический микрофонв своих двух модификациях - катушечной и ленточной. Принцип действия электродинамического катушечного микрофона состоит в следующем. В кольцевом зазоре 1 магнитной системы, имеющей постоянный магнит 2, находится подвижная катушка 3, скрепленная с диафрагмой 4. При воздействии на последнюю звукового давления она вместе с подвижной катушкой начинает колебаться. В силу этого в витках катушки, перерезывающих магнитные силовые линии, возникает напряжение, являющееся выходным сигналом микрофона. Электродинамический микрофон стабилен, имеет довольно широкий частотный диапазон, сравнительно небольшую неравномерность частотной характеристики.Устройство ленточного электродинамического микрофона несколько отличается от устройства катушечной модификации. Здесь магнитная система микрофона состоит из постоянного магнита 1 и полюсных наконечников 2, между которыми натянута легкая, обычно алюминиевая, тонкая (порядка 2 мкм) ленточка 3. При воздействии на обе ее стороны звукового давления возникает сила, под действием которой ленточка начинает колебаться, пересекая при этом магнитные силовые линии, вследствие чего на ее концах развивается напряжение. Т.к. сопротивление ленточки очень мало, то для уменьшения падения напряжения на соединительных проводниках напряжение, развиваемое на концах ленточки подается на первичную обмотку повышающего трансформатора, размещенного непосредственно вблизи ленточки. Напряжение на зажимах вторичной обмотки трансформатора является выходным напряжением микрофона. Частотный диапазон этого микрофона довольно широк, а неравномерность частотной характеристики невелика.

Конденсаторный микрофон был изобретён в 1916 году. В нём звук воздействует на тонкую металлическую мембрану, изменяя расстояние между мембраной и металлическим корпусом. Тем самым образуемый мембраной и корпусом конденсатор меняет ёмкость. Если подвести к пластинам постоянное напряжение, изменение ёмкости вызовет ток через конденсатор, тем самым образуя электрический сигнал во внешней цепи.

Конденсаторный микрофон.Диафрагма конденсаторного микрофона представляет собой тончайшую пластиковую плёнку (для того, чтобы она могла колебаться), покрытую с одной стороны золотом или никелем и расположенную вблизи от неподвижной пластины из проводящего материала. Для создания электрического поля между диафрагмой и этой пластиной могут использоваться два способа:  1 - в некоторых конденсаторных микрофонах применяется внешний источник (батарея), с помощью которого на диафрагму подаётся поляризующее напряжение.  2 - другие микрофоны, их называютэлектретными— содержат перманентно поляризованный (электретный) материал, располагающийся либо в пластине, либо в самой диафрагме.

Электретный микрофон по принципу действия и конструкции близок к конденсаторному, однако в качестве неподвижной обкладки конденсатора и источника постоянного напряжения выступает пластина из электрета. Долгое время такие микрофоны были относительно дороги, а их очень высокое выходное сопротивление (как и конденсаторных, единицы мегаом и выше) заставляло применять исключительно ламповые схемы. Создание полевых транзисторов привело к появлению чрезвычайно эффективных, миниатюрных и лёгких электретных микрофонов, совмещённых с собранным в том же корпусе предусилителем на полевом транзисторе.

Электретные микрофоны, по существу, те же конденсаторные, но постоянное напряжение для них обеспечивается не обычным источником, а электрическим зарядом мембраны или неподвижного электрода, материалы которых отличаются тем, что способны сохранять этот заряд длительное время.

Вначале наибольшее распространение получил угольный микрофон Эдисона. Угольный микрофон до сих пор используется в аппаратах аналоговой телефонии. Действие его основывается на изменении сопротивления между зёрнами угольного порошка при изменении давления на их совокупность.

УГОЛЬНЫЙ МИКРОФОН (Carbon microphone) — один из первых типовмикрофонов. Угольный микрофон содержитугольныйпорошок, размещённый между двумя металлическими пластинами и заключённый в герметичную капсулу. Стенки капсулы или одна из металлических пластин соединяется смембраной. При изменении давления на угольный порошок изменяется площадь контакта между отдельными зёрнышками угля, и, в результате, изменяется сопротивление между металлическими пластинами. Если пропускать между пластинами постоянный ток, напряжение между пластинами будет зависеть от давления на мембрану.

Угольный микрофон работает следующим образом. При воздействии звукового давления на его диафрагму 1 она начинает колебаться. В такт этим колебаниям изменяется и сила сжатия зерен угольного порошка 2, в связи с чем изменяется сопротивление между электродами 3 и 4, а при постоянном электрическом напряжении изменяется и ток через микрофон. Если, скажем, включить микрофон к первичной обмотке трансформатора Т, то на зажимах его вторичной обмотки будет возникать переменное напряжение, форма кривой которого будет отображать форму кривой звукового давления, воздействующего на диафрагму микрофона. Основное преимущество угольного микрофона - высокая чувствительность, позволяющая использовать его без усилителей. Недостатки - нестабильность работы и шум из-за того, что полезный электрический сигнал вырабатывается при разрыве и восстановлении контактов между отдельными зернами порошка, большая неравномерность частотной характеристики и значительные нелинейные искажения.

Пьезоэлектрический микрофон, сконструированный советскими учёными в 1925 году, имеет в качестве датчика звукового давления пластинку из вещества, обладающего пьезоэлектрическими свойствами. Работа в качестве датчика давления позволила создать первые гидрофоны и записать сверхнизкочастотные звуки, характерные для морских обитателей.

Некоторое распространение получили микрофоны пьезоэлектрические. Их действие основано на том, что звуковое давление воздействует непосредственно или через диафрагму 1 и скрепленный с ней стержень 2 на пьезоэлектрический элемент 3. При деформации последнего на его обкладках вследствие пьезоэлектрического эффекта возникает напряжение, являющееся выходным сигналом микрофона.

Микрофонный кабель.На рисунке ниже показано, как правильно изготовить шнур, который не внесет никакого вклада в качество сигнала, если он состоит из качественных проводов. В качестве экрана - медная оплетка. Сигнальные жилы внутри экрана - витая пара медных многожильных проводов.

studfiles.net

Реферат: "Микрофон: устройство, принцип действия, применение"

Выдержка из работы

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

ГУМАНИТАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ"

Исторический факультет

Реферат

по дисциплине «Технические и аудиовизуальные средства обучения»

Микрофон, устройство, принцип действия, применение.

Выполнила:

студентка 1 курса

Мульнючкина М.В.

Проверил:

К. ф-м.н. Я.И. Микицей

Хабаровск, 2011 г.

Содержание

Введение

1. История микрофона

2. Устройство микрофона

3. Применение

Заключение

Список литературы

Введение

Для обработки и передачи на расстояния звуковой и визуальной информации звук и оптическое изображение необходимо представить в форме электрических сигналов.

Звук преобразуют в электрический сигнал посредством аппаратов, названных микрофоном. Микрофон это устройство для преобразования и усиления звуковых частот.

Микрофон решает такую проблему, как громкость голоса. С помощью микрофона привлекается внимание в больших помещениях.

1. История микрофона

Вначале наибольшее распространение получил угольный микрофон Эдисона, об изобретении которого также независимо заявляли Г. Махальский в 1878 и П. М. Голубицкий в 1883. Угольный микрофон до сих пор используется в аппаратах аналоговой телефонии. Действие его основывается на изменении сопротивления между зёрнами угольного порошка при изменении давления на их совокупность.

Конденсаторный микрофон был изобретён американским учёным Э. Венте в 1917 году. В нём звук воздействует на тонкую металлическую мембрану, изменяя расстояние между мембраной и металлическим корпусом. Тем самым образуемый мембраной и корпусом конденсатор меняет ёмкость. Если подвести к пластинам постоянное напряжение, изменение ёмкости вызовет ток через конденсатор, тем самым образуя электрический сигнал во внешней цепи.

Более массовыми стали динамические микрофоны, отличающиеся от угольных гораздо лучшей линейностью характеристик и хорошими частотными свойствами, а от конденсаторных -- более приемлемыми электрическими свойствами.

Первым динамическим микрофоном стал изобретённый в 1924 году немецкими учёными Э. Герлахом и В. Шоттки электродинамический микрофон ленточного типа. Они расположили в магнитном поле гофрированную ленточку из очень тонкой (ок. 2 мкм) алюминиевой фольги. Такие микрофоны до сих пор применяются в студийной записи благодаря чрезвычайно высоким частотным характеристикам, однако их чувствительность невелика, выходное сопротивление очень мало (доли Ома), что значительно осложняло проектирование усилителей. Кроме того, достаточная чувствительность достижима только при значительной площади ленточки (а значит, и размерах магнита), в результате такие микрофоны имеют большие размеры и массу по сравнению со всеми остальными типами.

Пьезоэлектрический микрофон, сконструированный советскими учёными С. Н. Ржевкиным и А. И. Яковлевым в 1925 году, имеет в качестве датчика звукового давления пластинку из вещества, обладающего пьезоэлектрическими свойствами. Работа в качестве датчика давления позволила создать первые гидрофоны и записать сверхнизкочастотные звуки, характерные для морских обитателей.

В 1931 году американские учёные Э. Венте и А. Терас изобрели динамический микрофон с катушкой, приклееной к тонкой мембране из полистирола или фольги. В отличие от ленточного, он имел существенно более высокое выходное сопротивление (десятки Ом и сотни кило Ом), мог быть изготовлен в меньших размерах и является обратимым.

Совершенствование характеристик именно этих микрофонов, в сочетании с совершенствованием звукоусилительной и звукозаписывающей аппаратуры, позволило развиться индустрии звукозаписи. Создание малых по размеру (даже несмотря на массу постоянного магнита, необходимого для работы микрофона), а также чрезвычайно чувствительных и узконаправленных динамических микрофонов в заметной степени изменило представление о приватности и породило ряд изменений в законодательстве (в частности, о применении подслушивающих устройств).

Тогда же разработанные электромагнитные микрофоны, в отличие от электродинамических, имеют закреплённый на мембране постоянный магнит и неподвижную катушку. Благодаря отсутствию жёстких требований к массе катушки (характерном для динамических микрофонов) такие микрофоны делались высокоомными, а также порой имели многоотводные катушки, что делало их более универсальными. Такие микрофоны, наряду с пьезоэлектрическими, позволили создать эффективные слуховые аппараты, а также ларингофоны.

Электретный микрофон, изобретённый японским учёным Ёгути в начале 20-х гг. XX века по принципу действия и конструкции близок к конденсаторному, однако в качестве неподвижной обкладки конденсатора и источника постоянного напряжения выступает пластина из электрета. Долгое время такие микрофоны были относительно дороги, а их очень высокое выходное сопротивление (как и конденсаторных, единицы мегаОм и выше) заставляло применять исключительно ламповые схемы.

Создание полевых транзисторов привело к появлению чрезвычайно эффективных, миниатюрных и лёгких электретных микрофонов, совмещённых с собранным в том же корпусе предусилителем на полевом транзисторе.

2. Устройство микрофона

Принцип действия микрофона с подвижной катушкой

Конденсаторный микрофон Октава МК-319 внутри

Принцип работы микрофона заключается в том, что давление звуковых колебаний воздуха, воды или твердого вещества действует на тонкую мембрану микрофона. В свою очередь, колебания мембраны возбуждают электрические колебания; в зависимости от типа микрофона для этого используются явление электромагнитной индукции, изменение ёмкости конденсаторов или пьезоэлектрический эффект.

Свойства акустико-механической системы сильно зависят от того, воздействует ли звуковое давление на одну сторону диафрагмы (микрофон давления) или на обе стороны, а во втором случае от того, симметрично ли это воздействие (микрофон градиента давления) или на одну из сторон диафрагмы действуют колебания, непосредственно возбуждающие её, а на вторую -- прошедшие через какое-либо механическое или акустическое сопротивление или систему задержки времени (асимметричный микрофон градиента давления).

Большое влияние на характеристики микрофона оказывает его механоэлектрическая часть

Динамический (электродинамический) микрофон -- наиболее распространённый тип конструкции микрофона. Он представляет собой мембрану, соединённую с лёгким токопроводом, который помещен в сильное магнитное поле, создаваемое постоянным магнитом. Колебания давления воздуха (звук) воздействуют на мембрану и приводят в движение токопровод. Когда токопровод пересекает силовые линии магнитного поля, в нем наводится ЭДС индукции. ЭДС индукции пропорциональна как амплитуде колебаний мембраны, так и частоте колебаний.

В отличие от конденсаторных, динамические микрофоны не требуют фантомного питания.

Динамический микрофон практически аналогичен по конструкции динамической головке (динамику, громкоговорителю). Это, в сущности, «обращение» динамика: вместо подачи напряжения на катушку динамика для создания звука с этой катушки снимается напряжение, созданное внешним звуком.

В ранней радиолюбительской практике динамики нередко использовались в качестве динамического микрофона, а некоторые радиостанции специально проектировались под использование в качестве и микрофона, и динамика одного устройства. Однако обычно динамик и микрофон имеют разное электрическое сопротивление, поэтому при использовании одного вместо другого можно необратимо испортить устройство.

Динамический микрофон конструктивно несколько отличается от динамика: у него другая конструкция мембраны, катушка содержит бомльшее количество витков и намотана гораздо более тонким проводом.

Классификация по типу проводника

В электродинамическом микрофоне катушечного типа применена диафрагма, связанная с катушкой индуктивности, находящейся в кольцевом зазоре магнитной системы. При колебаниях диафрагмы под действием звуковой волны витки катушки пересекают магнитные силовые линии и в катушке наводится эдс, создающая переменное напряжение. Такой микрофон надёжен в эксплуатации.

В электродинамическом микрофоне ленточного типа вместо катушки в магнитном поле располагается гофрированная ленточка из алюминиевой фольги. Такой микрофон применяется главным образом в студиях звукозаписи.

Конденсамторный микрофомн -- тип конструкции микрофона.

Представляет собой конденсатор, одна из обкладок которого выполнена из эластичного материала (обычно полимерная плёнка с нанесённой металлизацией), которая при звуковых колебаниях изменяет ёмкость конденсатора. Если конденсатор заряжен, то изменение ёмкости конденсатора приводит к изменению напряжения, которое и является полезным сигналом с микрофона. Для работы такого микрофона между обкладками должно быть приложено поляризующее напряжение, 60−80 вольт в более старых микрофонах, а в моделях после 60−70х годов 48 вольт. Такое напряжение питания в настоящее время стало стандартом. Именно с таким фантомным питанием выпускаются предусилители и звуковые карты. Конденсаторный микрофон имеет очень высокое выходное сопротивление. В связи с этим, в непосредственной близости к микрофону (внутри его корпуса) располагают предусилитель с высоким (порядка 1 ГОм) входным сопротивлением, выполненный на электронной лампе или полевом транзисторе. Как правило, напряжение для поляризации и питания предусилителя подаётся по сигнальным проводам (фантомное питание).

Конденсаторные микрофоны обладают весьма равномерной амплитудно-частотной характеристикой и обеспечивают высококачественный захват звука, в связи с чем широко используются в студиях звукозаписи, на радио и телевидении. Недостатками их являются высокая стоимость, необходимость во внешнем питании и высокая чувствительность к ударам и климатическим воздействиям -- влажности воздуха и перепадам температуры, что не позволяет использовать их в полевых условиях.

Существует тип конденсаторного микрофона -- электретный микрофон, который свободен от большинства перечисленных недостатков

Электремтный микрофомн -- разновидность конденсаторного микрофона.

Принцип действия электретного конденсаторного микрофона основан на способности некоторых диэлектрических материалов (электретов) сохранять поверхностную неоднородность распределения заряда в течение длительного времени.

Тонкая плёнка из гомоэлектрета помещается в зазор конденсаторного микрофона (то есть конденсатора, у которого одна из обкладок (мембрана) имеет возможность перемещаться под действием внешнего акустического сигнала) либо наносится на одну из обкладок. Это приводит к появлению некоторого постоянного заряда конденсатора. При изменении ёмкости, вследствие смещения мембраны, на конденсаторе проявляется изменение напряжения, соответствующее акустическому сигналу.

Принцип действия гетероэлектретного микрофона

В таком микрофоне сама гетероэлектретная плёнка служит мембраной. При её деформации на её поверхностях возникают разноимённые заряды, которые можно зарегистрировать, расположив электроды непосредственно на поверхности плёнки (на поверхность напыляют тонкий слой металла (алюминий, золото, серебро и т. п.).

Особенности подключения

Угольный микрофон -- один из первых типов микрофонов. Угольный микрофон содержит угольный порошок, размещённый между двумя металлическими пластинами и заключённый в герметичную капсулу. Стенки капсулы или одна из металлических пластин соединяется с мембраной. При изменении давления на угольный порошок изменяется площадь контакта между отдельными зёрнышками угля, и, в результате, изменяется сопротивление между металлическими пластинами. Если пропускать между пластинами постоянный ток, напряжение между пластинами будет зависеть от давления на мембрану.

3. Применение

Угольный микрофон из телефонного аппарата

Угольный микрофон практически не требует усиления сигнала, сигнал с его выхода можно подавать непосредственно на высокоомный наушник или громкоговоритель. Из-за этого свойства угольные микрофоны использовались до недавнего времени в телефонных аппаратах, их использование освобождало телефонный аппарат от дорогостоящих и дефицитных в то время полупроводниковых деталей либо громоздких, хрупких и энергоёмких усилителей на радиолампах. Классический телефонный аппарат с дисковым номеронабирателем обычно содержит угольный микрофон (однако, в аппаратах более поздних лет выпуска часто применяются динамические или электретные микрофоны, часто объединенные в единую конструкцию с усилителем, взаимозаменяемую с угольным микрофоном).

Однако угольный микрофон отличается плохой амплитудно-частотной характеристикой и узкой полосой пропускания (он нечувствителен к слишком низким и слишком высоким частотам), высоким уровнем шумов и искажений. Кроме того, в отличие от наиболее распространённого динамического микрофона, угольный требует питания постоянным током. Сейчас появились дешёвые и доступные полупроводниковые устройства, которые позволяют использовать микрофоны других типов. Поэтому в современных устройствах угольные микрофоны практически не применяются.

Типичная схема предусилителя на встроенном полевом транзисторе. Внешнее напряжение питания подаётся на U+; отделённая конденсатором переменная составляющая сигнала снимается с «Output»; резистор устанавливает режим работы транзистора и выходной импеданс.

В отличие от динамических микрофонов, имеющих низкое электрическое сопротивление катушки (~50Ом? 1 кОм), электретный микрофон имеет чрезвычайно высокий импеданс (имеющий емкостный характер, порядка десятков пФ), что вынуждает подключать их к усилителям с высоким входным сопротивлением. В конструкцию практически всех электретных микрофонов входит предусилитель («преобразователь сопротивления», «согласователь импеданса») на полевых транзисторах, реже на миниатюрных радиолампах с входным сопротивлением порядка 1 ГОм и выходным сопротивлением в сотни Ом, находящийся в непосредственной близости от капсюля. Поэтому, несмотря на отсутствие необходимости в поляризующем напряжении, такие микрофоны требуют внешнего источника электропитания.

Функциональные виды микрофонов

· Студийный микрофон

· Измерительный микрофон («искусственное ухо»)

· Микрофонный капсюль для телефонных аппаратов

· Микрофон для применения в радиогарнитурах

· Микрофон для скрытного ношения

· Ларингофон

· Гидрофон

Характеристики микрофонов

Схематическое обозначение микрофона

Микрофоны любого типа оцениваются следующими характеристиками:

1. чувствительность

2. амплитудно-частотная характеристика

3. акустическая характеристика микрофона

4. характеристика направленности

5. уровень собственных шумов микрофона

Чувствительность

Чувствительность микрофона определяется отношением напряжения на выходе микрофона к звуковому давлению Р0 в свободном звуковом поле, т. е. при отсутствии сигнала. При распространении синусоидальной звуковой волны в направлении акустической оси микрофона, это направление называется осевой чувствительностью: M0 = U / P0(мВ/н/м?)

Акустическая ось совпадает с осью симметрии микрофона. Если конструкция микрофона не имеет оси симметрии, то направление акустической оси указывается в технических условиях. Чувствительность современных микрофонов составляет от 1−2 (динамические микрофоны) до 10−15 (конденсаторные микрофоны) мВ/Па

Амплитудно-частотная характеристика

АЧХ микрофонов Октава МК-319 и Shure SM58

Амплитудно-частотная характеристика (АЧХ), или просто частотная характеристика — это зависимость осевой чувствительности от частоты звуковых колебаний. Эта характеристика связана с зависимостью чувствительности микрофона от частоты звуковых колебаний. Неравномерность амплитудно-частотной характеристики измеряют в децибелах как отношение чувствительности микрофона на определенной частоте к чувствительности на средней частоте, например 1000 Гц.

Акустическая характеристика

Влияние звукового поля микрофона оценивается акустической характеристикой, которая определяется отношением силы, действующей на диафрагму микрофона, и звуковым давлением в свободном звуковом поле:

A = F/P,

а потому, что чувствительность микрофона

M = U/P

можно представить как

U/P = U/F * F/P

микрофон звук запись усиление

и выразить через А. Тогда получим:

M = A * U / F.

Отношение напряжения на выходе микрофона к силе, действующей на диафрагму U/F, характеризует микрофон как электромеханический преобразователь. Акустическая характеристика определяет характеристику направленности микрофона. По виду акустической характеристики, а следовательно и характеристики направленности, отличают три типа микрофонов, как приемников звука: приемники давления; градиента давления; комбинированные.

Характеристика направленности

Направленность микрофонов. Представление в полярных координатах

приемники давления

Ненаправленный

приемники градиента давления

Двунаправленный«Восьмерка»

комбинированные

Кардиоид

Гиперкардиоид

Характеристикой направленности называют зависимость чувствительности микрофона от направления падения звуковой волны по отношению к оси микрофона. Она определяется отношением чувствительности М? при падении звуковой волны под углом? относительно акустической оси микрофона к его осевой чувствительности:

? = M?/M0

Направленность микрофона означает его возможное расположение относительно источников звука. Если чувствительность не зависит от угла падения звуковой волны, т. е.? = 1, то микрофон называют ненаправленным, и источники звука могут располагаться вокруг него. А если чувствительность зависит от угла, то источники звука должны располагаться в пространственном угле, в пределах которого чувствительность микрофона мало отличается от осевой чувствительности.

Ненаправленные микрофоны

В микрофонах — приемниках давления сила, действующая на диафрагму, определяется звуковым давлением у поверхности диафрагмы. Звуковое поле может действовать только на одну сторону диафрагмы. Вторая сторона конструктивно защищена. Если размеры микрофона малы по сравнению с длиной звуковой волны, то микрофон не изменяет звукового поля. А если больше, тогда за счет дифракции звуковых волн давление меняется. На низких частотах от 1000 Гц и ниже такие микрофоны не имеют направленного действия.

Ненаправленные микрофоны удобны, например, для записи разговора людей, сидящих за круглым столом.

Микрофоны двустороннего направления

В микрофонах — приемниках градиента давления сила, действующая на движущуюся систему микрофона, определяется разностью звуковых давлений на двух сторонах диафрагмы. То есть, звуковое поле действует на две стороны диафрагмы. Характеристика направленности имеет вид восьмерки.

Двусторонние микрофоны удобны, например, для записи разговора двух собеседников, сидящих друг напротив друга.

Микрофоны одностороннего направления

Односторонняя направленность достигается в микрофонах комбинированного типа. Их диаграммы направленности близки по форме к кардиоиде, поэтому нередко их называют кардиоидными. Модификации микрофонов, имеющих еще меньшую направленность, чем кардиоидные, называют суперкардиоидными и гиперкардиоидными, однако эти разновидности, в отличие от кардиоидного микрофона, также чувствительны к сигналам с противоположной стороны.

Эти микрофоны имеют определенные преимущества в эксплуатации: источник звука располагается с одной стороны микрофона в пределах достаточно широкого пространственного угла, а звуки, распространяющиеся за его пределами микрофон не воспринимает.

Уровень шумов

Уровень собственных шумов микрофона Nш определяется отношением эффективного напряжения на выходе микрофона при отсутствии звукового поля Uш к напряжению U1< /sub при наличии звукового поля с эффективным давлением в 0,1 н/м?:

Nш = 20 lg Uш/U1, дБ.

Напряжение Uш обусловлено главным образом тепловыми шумами в опорах электрической схемы микрофона.

Заключение

Можно сделать несколько выводов. Микрофон нужен для усиления звука. Он необходим для того, чтобы звук было слышно и слышно отчетливо.

Принцип работы микрофона заключается в том, что давление звуковых колебаний воздуха, воды или твердого вещества действует на тонкую мембрану микрофона. В свою очередь, колебания мембраны возбуждают электрические колебания; в зависимости от типа микрофона для этого используются явление электромагнитной индукции, изменение ёмкости конденсаторов или пьезоэлектрический эффект.

Очень много видов микрофона. В зависимости от видов микрофонов принцип действия разный. Их применение тоже, например, с помощью двустороннего микрофона можно записывать голос сабеседника. Их применение зависит от вида.

Список литературы

1. Коджаспирова, Г. М. Технические средства обучения и методика их применения — М, 2001

2. Воронин Ю. А. Технические и аудиовизуальные средства обучения: Учебное пособие / Ю. А. Воронин. — Воронеж: Воронежский государственный педагогический университет, 2001.

Показать Свернуть

sinp.com.ua

История и устройство микрофонов

История и устройство микрофонов

Собственно, первым термин "микрофон" предложил использовать британский изобретатель Сэр Чарльз Уитстоун в 1827 году. Его нехитрый инструмент для усиления слабых звуков — две тонкие рейки, сообщавшие механические колебания ушам, не имел ничего общего с тем, что теперь называется микрофоном. Ничего, кроме названия. Микрофон как устройство для преобразования акустического сигнала в электрический с сохранением волновых характеристик — появился в 1876 году. Правда, назывался он совершенно иначе — жидкостный передатчик (liquid transmitter).

Жидкостный передатчик

Принцип работы жидкостного передатчика достаточно прост. В трубообразный резервуар налито немного воды, на которой "плавает" пергаментная диафрагма.

К диафрагме присоединён провод — так, чтобы лишь едва соприкасаться с водой. В воду добавлено небольшое количество кислоты, чтобы улучшить её электропроводимость.

Когда человек что-то говорит в трубку, диафрагма начинает колебаться, так что провод соприкасается с водой то больше, то меньше. Соответственным образом изменяется сопротивление электрической цепи.

4 марта 1877 года американский изобретатель Эмиль Берлинер построил первый угольный микрофон. Однако развитие получил микрофон американского изобретателя Дэвида Юза (в мае 1878 года). Микрофон Юза содержал угольный стержень с заострёнными концами, упиравшийся в две угольные же чашечки, и соединённый с подвижной мембраной. Площадь контакта угольного стержня с чашечками сильно менялась при колебаниях мембраны, соответственно менялось и сопротивление угольного микрофона, а с ним и ток в цепи. Микрофон Юза совершенствовался многими изобретателями. Весьма значительно усовершенствовал этот тип микрофонов Эдисон. Он предложил использовать угольный порошок вместо угольного стержня, т. е. изобрёл новый вид угольного микрофона с угольным порошком. Автор наиболее прижившейся конструкции угольного микрофона — Энтони Уайт (1890).

Угольный микрофон практически не требует усиления сигнала, сигнал с его выхода можно подавать непосредственно на высокоомный наушник или громкоговоритель. Из-за этого свойства угольные микрофоны использовались до недавнего времени в телефонных аппаратах (с дисковым номеронабирателем). Однако угольный микрофон отличается плохой амплитудно-частотной характеристикой (он нечувствителен к слишком низким и слишком высоким частотам). Кроме того, в отличие от наиболее распространённого динамического микрофона, угольный требует питания постоянным током.

Первый "ленточный" микрофон "44А" изобретён в 1942 году сотрудниками американской компании RCA. Ему суждено было стать одним из самых популярных микрофонов для студийных записей. Собственно говоря, больше он нигде и не применялся: слишком тяжёл (3,5 килограмма). Однако он обладал и рядом заметных преимуществ: высокая чувствительность и узкая направленность, за счёт чего отсекались посторонние шумы.

В микрофоне использовалась лента длиной 50 мм и шириной 2,4 мм, которая двигалась в магнитном поле в соответствии со звуковым давлением. Впоследствии вес ленточных микрофонов значительно уменьшился, а для увеличения чувствительности стали использовать два ленточных капсюля сразу.

В настоящее время в профессиональной практике используются только динамические и конденсаторные микрофоны. Первый динамический микрофон ДМК изготовили на заводе "Октава" в 1936 году. Динамический микрофон — это наиболее распространённый тип конструкции микрофона. Диафрагма динамического микрофона связана с катушкой, находящейся в зазоре вокруг магнита.

Продольные колебания прилегающего воздуха смещают диафрагму с катушкой относительно постоянного магнитного поля, что приводит к появлению на концах катушки переменного электрического потенциала, напряжение и частота которого пропорциональны силе и частоте звука, воздействующего на диафрагму.

В отличие от конденсаторных, динамические микрофоны не требуют фантомного питания.

Компания AKG в 1947 году представила свой первый конденсаторный микрофон, но до 1962 года, когда Белл Лабс начали выпускать свою версию таких микрофонов, особой популярностью они не пользовались. А уже концу 1970-х годов приблизительно треть всех выпускаемых в мире микрофонов были конденсаторными.

В конденсаторном микрофоне звук воздействует на мембрану, являющуюся одной из обкладок конденсатора.

Этот конденсатор включен в последовательную цепь с источником постоянного тока. При звуковом воздействии на мембрану она начинает колебаться, вызывая изменение емкости, которое, в свою очередь, превращает постоянное напряжение источника в переменное.

Конденсаторный микрофон имеет очень высокое выходное сопротивление. В связи с этим, внутри его корпуса располагают предусилитель с высоким входным сопротивлением. Конденсаторные микрофоны обладают весьма равномерной амплитудно-частотной характеристикой и обеспечивают высококачественное звучание, в связи с чем широко используются в студиях звукозаписи, на радио и телевидении.

Недостатками их являются высокая стоимость, необходимость во внешнем питании и высокая чувствительность к ударам и климатическим воздействиям — влажности воздуха и перепадам температуры. Однако существует тип конденсаторного микрофона — электретный микрофон, который свободен от большинства перечисленных недостатков.

Принцип действия электретного конденсаторного микрофона основан на способности некоторых диэлектрических материалов (электретов) сохранять поверхностную неоднородность распределения заряда в течение длительного времени. Тонкая плёнка из гомоэлектрета помещается в зазор конденсатора, у которого мембрана имеет возможность перемещаться под действием внешнего акустического сигнала, либо пленка наносится на одну из обкладок. Это приводит к появлению некоторого постоянного заряда конденсатора. При изменении ёмкости, из-за смещения мембраны, на конденсаторе проявляется изменение напряжения, соответствующее акустическому сигналу.

Электретный микрофон имеет очень высокое сопротивление (несколько сотен кОм или Мом), что вынуждает подключать их к усилителям с высоким входным сопротивлением.

Заключение

Итак, самый первый микрофон, появившийся на свет в 1876 году, назывался жидкостный передатчик. Через год американский изобретатель Эмиль Берлинер построил первый угольный микрофон. Первый динамический микрофон был выпущен спустя почти 60 лет. "Ленточный" микрофон появился в 1942 году. А спустя еще 5 лет был представлен первый конденсаторный микрофон.

Сейчас в профессиональной практике используются только динамические и конденсаторные микрофоны. Динамические микрофоны довольно надёжны и крепки — во всяком случае, крепче конденсаторных, поэтому их, в основном, и используют на концертах. Но в связи с тем, что масса подвижных элементов в динамических микрофонах больше, их чувствительность заведомо ниже, чем в конденсаторных. Последние же имеют тенденцию записывать звук как он есть, со всеми недостатками. Поэтому даже те, кто способен петь "вживую" безупречно, предпочитают даже в студии использовать динамические микрофоны.

Список использованной литературы

  • Вейценфельд, А. Устройство и технические параметры микрофонов / А. Вейценфельд // Звукорежиссер. – 2000. - №1.

  • Избранные главы из истории микрофонов // Кладезь знаний - статьи, обзоры, новости, 2006. Режим доступа: http://Art.Thelib.Ru

  • Микрофон // Википедия - свободная энциклопедия, 2008. Режим доступа: http://ru.wikipedia.org

Ссылки (links):
  • http://art.thelib.ru/
  • www.coolreferat.com

    Устройство и принцип действия микрофонов

    Свойства акустико-механической системы сильно зависят от того, воздействует ли звуковое давление на одну сторону диафрагмы (микрофон давления) или на обе стороны, а во втором случае от того, симметрично ли это воздействие (микрофон градиента давления) или на одну из сторон диафрагмы действуют колебания, непосредственно возбуждающие ее, а на вторую - прошедшие через какое-либо механическое или акустическое сопротивление или систему задержки времени (асимметричный микрофон градиента давления).Большое влияние на характеристики микрофона оказывает его механоэлектрическая часть.

    Первым получил распространение угольный микрофон, который и до сих пор используют в телефонии. Действие его основывается на изменении сопротивления между зернами угольного порошка при изменении давления на их совокупность.

    Угольный микрофон) работает следующим образом. При воздействии звукового давления на его диафрагму  она начинает колебаться. В такт этим колебаниям изменяется и сила сжатия зерен угольного порошка , в связи с чем изменяется сопротивление между электродами , а при постоянном электрическом напряжении изменяется и ток через микрофон. Если, скажем, включить микрофон к первичной обмотке трансформатора Т, то на зажимах его вторичной обмотки будет возникать переменное напряжение, форма кривой которого будет отображать форму кривой звукового давления, воздействующего на диафрагму микрофона. Основное преимущество угольного микрофона - высокая чувствительность, позволяющая использовать его без усилителей. Недостатки - нестабильность работы и шум из-за того, что полезный электрический сигнал вырабатывается при разрыве и восстановлении контактов между отдельными зернами порошка, большая неравномерность частотной характеристики и значительные нелинейные искажения.

    После угольного микрофона появился электромагнитный микрофон, который работает следующим образом Перед полюсами (полюсными наконечниками)  магнита  располагают ферромагнитную диафрагму  или скрепленный с ней якорь. При колебаниях диафрагмы под воздействием на нее звукового давления меняется магнитное сопротивление системы, а значит, и магнитный поток через витки обмотки, намотанной на магнитопровод этой системы. Благодаря этому на зажимах обмотки возникает переменное напряжение звуковой частоты, являющееся выходным сигналом микрофона. Электромагнитный микрофон стабилен в работе. Однако ему свойственны узкий частотный диапазон, большая неравномерность частотной характеристики и значительные нелинейные искажения. В противоположность электромагнитному микрофону чрезвычайно широкое распространение для целей озвучения, звукоусиления получил электродинамический микрофон в своих двух модификациях - катушечной и ленточной.

    Принцип действия электродинамического катушечного микрофона состоит в следующем В кольцевом зазоре  магнитной системы, имеющей постоянный магнит , находится подвижная катушка , скрепленная с диафрагмой . При воздействии на последнюю звукового давления она вместе с подвижной катушкой начинает колебаться. В силу этого в витках катушки, перерезывающих магнитные силовые линии, возникает напряжение, являющееся выходным сигналом микрофона. Электродинамический микрофон стабилен, имеет довольно широкий частотный диапазон, сравнительно небольшую неравномерность частотной характеристики.

    Устройство ленточного электродинамического микрофона несколько отличается от устройства катушечной модификации Здесь магнитная система микрофона состоит из постоянного магнита  и полюсных наконечников , между которыми натянута легкая, обычно алюминиевая, тонкая (порядка 2 мкм) ленточка . При воздействии на обе ее стороны звукового давления возникает сила, под действием которой ленточка начинает колебаться, пересекая при этом магнитные силовые линии, вследствие чего на ее концах развивается напряжение. Т.к. сопротивление ленточки очень мало, то для уменьшения падения напряжения на соединительных проводниках напряжение, развиваемое на концах ленточки подается на первичную обмотку повышающего трансформатора, размещенного непосредственно вблизи ленточки. Напряжение на зажимах вторичной обмотки трансформатора является выходным напряжением микрофона. Частотный диапазон этого микрофона довольно широк, а неравномерность частотной характеристики невелика.

    Для электроакустических трактов высокого качества наибольшее распространение в настоящее время получил конденсаторный микрофон. Принципиально он работает следующим образомЖестко натянутая мембрана  под воздействием звукового давления может колебаться относительно неподвижного электрода , являясь вместе с ним обкладками электрического конденсатора. Этот конденсатор включается в электрическую цепь последовательно с источником постоянного тока Е и активным нагрузочным сопротивлением R. При колебаниях мембраны емкость конденсатора меняется с частотой воздействующего на мембрану звукового давления, в связи с чем в электрической цепи появляется переменный ток той же частоты и на нагрузочном сопротивлении возникает падение напряжения, являющееся выходным сигналом микрофона. Нагрузочное сопротивление должно быть большим, чтобы падение напряжения на нем не уменьшалось сильно на низких частотах, где емкостное сопротивление конденсатора очень велико и эксплуатация такого микрофона была бы невозможна из-за сравнительно небольшого сопротивления микрофонных линий и нагрузки. По этой причине почти у всех современных конденсаторных микрофонов предусмотрены конструктивно связанные с самим микрофоном усилители, имеющие малый коэффициент усиления (порядка 1), высокое входное и низкое выходное сопротивления. Конденсаторные микрофоны имеют самые высокие качественные показатели: широкий частотный диапазон, малую неравномерность частотной характеристики, низкие нелинейные и переходные искажения, высокую чувствительность и низкий уровень шумов.

    Электретные микрофоны, по существу, те же конденсаторные, но постоянное напряжение для них обеспечивается не обычным источником, а электрическим зарядом мембраны или неподвижного электрода, материалы которых отличаются тем, что способны сохранять этот заряд длительное время.

    Некоторое распространение получили микрофоны пьезоэлектрические Их действие основано на том, что звуковое давление воздействует непосредственно или через диафрагму 1 и скрепленный с ней стержень 2 на пьезоэлектрический элемент 3. При деформации последнего на его обкладках вследствие пьезоэлектрического эффекта возникает напряжение, являющееся выходным сигналом микрофона.

    Действие транзисторных микрофонов (весьма мало распространенных) основывается на том, что под действием звукового давления на диафрагму и скрепленное с ней острие, являющееся одновременно эмиттером полупроводникового триода, изменяется сопротивление эмиттерного перехода через него. Хотя транзисторные микрофоны с диафрагмой достаточно чувствительны, но они недостаточно стабильны и их частотные характеристики даже в сравнительно узком диапазоне частот неравномерны.

    Стереофонический микрофон представляет собой систему из двух микрофонов, конструктивно размещенных в общем корпусе на одной оси друг над другом. Для записи по системе XY применяют стереофонические микрофоны, состоящие из двух одинаковых монофонических микрофонов с кардиоидными характеристиками направленности, причем акустические оси левого и правого микрофонов повернуты на 90° относительно друг друга (). При записи по системе MS один из микрофонов (микрофон середины) имеет круговую характеристику направленности, а другой (микрофон стороны) - косинусоидальную характеристику направленности

    Радиомикрофон представляет собой систему, состоящую из микрофона, переносного малогабаритного передатчика и стационарного приемника. Микрофон чаще всего используют динамический катушечный или электретный. Передатчик либо совмещают в одном корпусе с микрофоном, либо выполняют карманного типа. Он излучает энергию радиочастот в УКВ диапазоне на одной из фиксированных частот. Вследствие влияния дополнительных преобразований в системе "передатчик - эфир - приемник" качественные параметры радиомикрофона уступают параметрам обычного микрофона.

     

    audioakustika.ru


    Смотрите также