Конденсаторные микрофоны. Конденсаторные микрофоны при изменении емкости изменяют


Конденсаторные микрофоны - YourSoundPath

Под устройством и принципом работы понимают совокупность процессов и логические взаимосвязи ведущие в итоге к желаемому результату, в данном случае ток, изменения напряжения (форма волны) которого аналогична форме акустической волны. Отсюда, кстати, и берет свое начало всем хорошо знакомое понятие аналоговый звук.

Абсолютное большинство микрофонов, приеняемых сегодня в аудиоиндустрии относятся к одной из двух, получивших наиболее широкое распространение, технологий - динамические и конденсаторные.

Конденсаторные микрофоны

Принцип работы конденсаторного микрофона основан на свойстве конденсатора изменять электрическую емкость в зависимости от расстояния между его пластинами.

Устройство

В конденсаторном микрофоне одна из пластин подвижна и является мембраной. Она выполнена из тончайшего материала, с целью сделать ее как можно более легкой. Как правило, используется пластиковая пленка, на которую наносится тонкий  слой золота или никеля. Вторая же пластина неподвижна.

Звуковое давление, воздействуя на мембрану, заставляет ее двигаться в направлении второй пластины, что сокращает расстояние между ними и, как следствие, вызывает изменение емкости конденсатора. Электрический ток, возникающий вследствие этого, и есть сигнал, описывающий звуковую волну.

Для создания электрического поля между двумя пластинами, необходимого для работы конденсатора, могут использоваться два способа: внешний источник (батарея или фантомное питание) или же покрытие одной из пластин поляризованным  материалом (такие микрофоны называют электретными). Источник питания необходим так же для обеспечения работы предусилителя, установленного практически во всех конденсаторных микрофонах по причине очень слабого сигнала – амплитуда движения диафрагмы очень ограничена, что выражается в очень маленьких изменениях в напряжении, поэтому  уровень сигнала перед передачей его по кабелям требуется увеличить.

У данной конструкции есть свои характерные особенности:

  • Более высокая чувствительность, особенно в области высоких частот
  • Способность более быстро реагировать на резкие изменения в характеристике волны (транзиентс)
  • Требуют дополнительного источника питания
  • Более требовательны в обращении и хранении

Вышеперечисленные аспекты, в зависимости от ситуации и поставленной задачи, могут быть как достоинствами, так и недостатками. Главное о них знать, а как их применить в свою пользу дело уже за вами.

Примеры применения

Конденсаторные микрофоны часто применяют в студии, где оптимированные акустические условия позволяют получить максимальную отдачу. Их применяют как для вокала, так и для записи инструментов, особенно из семейства смычковых, звучание которых имеет большое количество нюансов. Однако и при записи барабанной установки, расположив конденсаторный микрофон, а лучше пару, на некотором расстоянии над барабанщиком, может помочь получить реалистичную картину. Более подробно о различных техниках и методах микрофонирования вы можете прочесть в статье, специально посвященной этой теме.

Среди ставших уже легендарными моделей конденсаторных микрофонов можно смело назвать Neumann U87, Sennheiser, AKG C414, Schoeps CMC5,

Если вы находите данную статью информативной и, возможно, интересной для ваших друзей или коллег, то автор будет рад, если вы ею с ними поделитесь или порекомендуете. Вашим комментариям или мыслям на тему я также буду рад.

Если вы не желаете пропустить следующую статью, обзор нового оборудования и другие новости с портала YourSoundPath и хотите быть своевременно о них уведомлены, то рекомендую подписаться на почтовую рассылку с помощью формуляра ниже.

yoursoundpath.com

Основные вопросы, возникающие при выборе конденсатора

Рабочее напряжение

• Будет ли изменяться полярность напряжения на конденсаторе при работе схемы, или же просто будет происходить изменение величины постоянного напряжения? Если напряжение на конденсаторе переменное, то использование электролитических конденсаторов полностью исключено.

• Рассчитан ли конденсатор на величину прикладываемого постоянного напряжения с добавкой ожидаемого напряжения сигнала (пиковое значение напряжения весьма отличается от среднеквадратического)?

• Сможет ли конденсатор выдержать максимально возможное высоковольтное напряжение схемы, приложенное к конденсатору? Если нет, то какие меры должны быть предприняты, чтобы исключить ситуацию, при которой напряжение на конденсаторе превысит его рабочее.

Требуемая точность изготовления

• Является ли точное значение емкости конденсатора абсолютно необходимым? Если компонент является частью схемы фильтра или эквалайзера, то необходимо использовать компоненты с высокой точностью изготовления, например, полистироловые конденсаторы, полипропиленовые (их в настоящее время изготавливают с точностью +1 %), либо посеребренные слюдяные.

• Согласование: является ли конденсатор составной частью пары элементов, таких, например, как конденсаторы связи в двухтактном усилителе, либо соответствующим компонентом второго стереофонического канала? Если это так, то из значения должны быть подогнаны очень точно.

Температурный режим

Будет ли конденсатор при работе нагреваться и какой температурный режим ожидается? Вызовут ли изменения емкости изменения в работе схемы? Как правило, рабочая температура конденсатора не должна превышать 50°С (так как сопротивление диэлектрика снижается с увеличением температуры). Следует учитывать, что и эта температура может быть значительно снижена более эффективным теплоотводом, так как повышенные температуры значительно сокращают срок службы электролитических конденсаторов.

Значение номинальной емкости конденсатора

Каждый вид конденсаторов имеет ограниченный диапазон своих номинальных значений емкости, поэтому, если, например, необходим конденсатор с емкостью 330 мкФ, то только электролитический конденсатор сможет обеспечить такую величину емкости (правда, при достаточно больших размерах и денежных затратах).

Токи утечки и величина tgδ

• Насколько важны для работы схемы будут токи утечки? Для шунтирующего катодного конденсатора или сглаживающего конденсатора высоковольтного блока можно допустить протекание незначительных токов утечки. А вот, на пример, для сеточного конденсатора связи не допускается протекание токов утечки ни при каких обстоятельствах.

• Оказывает ли этот компонент схемы влияние на окончательное качество звучания? Конденсаторы играют исключительно важное значение в цепях прохождения сигнала, однако, ток сигнала протекает и через высоковольтный источник питания, поэтому высоковольтные сглаживающие и шунтирующие конденсаторы также являются одинаково важными компонентами схемы. Сглаживающие конденсаторы в цепях, задающих напряжения смещения, могут иметь менее важное значение, если по этим цепям исключается прохождение сигнала.

Микрофонный эффект

Емкость плоского конденсатора выражается следующим образом:

Объединяя эти два соотношения и выражая из них напряжение, можно получить:

Для всех конденсаторов в большей или меньшей степени характерен микрофонный эффект. Причина этого явления очень проста. Необходимо предположить, что на обкладках конденсатора хранится заряд:

Так как заряд Q, площадь А, ε0 и εr являются постоянными величинами, то при изменении расстояния между обкладками конденсатора напряжение на нем должно изменяться. Этот эффект положен в основу работы всех студийных конденсаторных микрофонов. А также вездесущих электретных микрофонов, устанавливаемых в портативные звукозаписывающие устройства.

Однако эффект является обратимым: изменение напряжения на конденсаторе приводит к изменению сил взаимодействия между его обкладками, а если они имеют возможность перемещаться, то это вызовет механические колебания. Этот принцип заложен в основу работы электростатических громкоговорителей.

Может казаться, что обкладки пленочного пластикового конденсатора свернуты настолько плотно, что никакие перемещения обкладок не будут возможны. Однако автор однажды собрал схему стабилизированного высоковольтного источника питания, в котором выходной шунтирующий конденсатор громко свистел на частоте около 2 кГц. Схема была определена как нестабильная даже быстрее, чем был подготовлен к работе осциллограф.

Проблему микрофонного эффекта в конденсаторах можно пытаться преодолеть тремя путями, перечисленными ниже по убывающей степени желательности.

• Следует избегать применения конденсаторов в схемах. В ограниченных пределах такое все же оказывается возможным.

• Следует предохранять конденсатор о воздействия вибраций. Конденсаторы схем, по которым проходит сигнал низкого уровня, оказываются более чувствительными к проявлению микрофонного эффекта по сравнению с конденсаторами, по которым проходит сигнал высокого уровня. Таким образом, схемы предусилителей оказываются наиболее чувствительными, поэтому их следует особенно тщательно предохранять от вибраций. Эти меры гораздо легче предусмотреть на этапе проектирования, чем вносить изменения в уже готовую схему.

• Конденсаторы, как и все физические объекты, имеют свою собственную частоту механического, или акустического резонансов. Если частота возбуждения совпадет с этой частотой, то можно будет услышать звук, точно так же, как будет звучать камертон на какой-то определенной звуковой частоте. Если же механически приглушить звук, приклеив конденсатор к какой-нибудь иной поверхности, то резонанс будет нарушен, поскольку изменится собственная частота колебаний. Учитывая, что конденсаторы переносят непродолжительный нагрев, использование для этих целей обычного термопистолета с пластиковыми палочками является идеальным.

Не существует никаких ограничений, запрещающих использование всех трех способов одновременно, если проблема микрофонного эффекта стала серьезной. Неплохой проверкой на наличие микрофонного эффекта является способ, когда надо прикоснуться пластмассовой палочкой (во избежание поражения электрическим током) к каждому компоненту схемы при включенном питании. При этом надо внимательно прислушиваться к громкоговорителю. Результат испытания может очень сильно удивить своими результатами!

Шунтирование

С увеличением частоты реактивная проводимость конденсаторов возрастает, однако, если параллельно такому конденсатору включить конденсатор меньшей емкости, то составной конденсатор по своим свойствам будет в большей степени приближаться к идеальному конденсатору. Ранее использованию шунтирующих конденсаторов придавали очень большое значение, однако, современные электронные схемы работают на гораздо более высоких частотах, поэтому конструкция современных конденсаторов должна была значительно улучшиться, что значительно уменьшило необходимость использовать прием шунтирования.

Простое правило, используемое на практике, гласит, что отношение значений емкости основного конденсатора к емкости шунтирующего должно выражаться приблизительным соотношением 100:1. Для очень старых конденсаторов может понадобиться использовать более одного шунтирующего конденсатора. Например, для электролитического конденсатора с емкостью 220 мкФ понадобится шунтирующий пленочный пластиковый конденсатор с емкостью 2,2 мкФ. Возможно, что дополнительно понадобится еще и конденсатор 2,2 нФ, однако продолжать процесс дальше не имеет смысла, так как индуктивность проводов, необходимых для подключения конденсаторов, значительно увеличится. Для современных же типов конденсаторов использование только одного шунтирующего будет вполне достаточно.

Выводы любого компонента схемы имеют собственную индуктивность, поэтому следует всегда помнить, что не может существовать точки для идеального выполнения шунтирования конденсатора, так как он просто физически должен отстоять на каком-то расстоянии от точки установки его в схеме. Так, конденсаторы источника питания должны шунтироваться на нагрузке, а не на электролитическом конденсаторе источника питания. Достаточно часто просто не представляется возможным подключить все эти конденсаторы непосредственно между выводом выходного высоковольтного трансформатора и катодным обратным проводом выходной лампы (или ламп), однако можно, и просто необходимо, подключать шунтирующие конденсаторы между этими точками (рис. 5.9).

Рис. 5.9 Подключение шунтирующих конденсаторов

Весьма полезным приближением при рассмотрении схемы любой цепи является прием, когда каждый провод рассматривается как бы проходящим по воздуху и имеющим собственную индуктивность. Далее следует предположить, что на цепь воздействует сильное электромагнитное поле высокой частоты, которое наводит сильные токи в каждом проводнике. Следует заметить, что данное приближение не очень-то сильно отличается от реального положения дел, поскольку в жизни имеется большое количество различных радиочастотных наводок и помех. Именно по этой причине шунтирующий конденсатор, предназначенный для образования в составном конденсаторе идеальной короткозамкнутой цепи по высокой частоте, должен быть подключен в схеме с минимально возможными по длине проводами (для уменьшения паразитной индуктивности). Таким образом, шунтирующий конденсатор небольшой емкости должен располагаться как можно ближе к нагрузке, тогда как конденсатор большой емкости может располагаться дальше от нее. Каждый конденсатор должен подключаться к нагрузке с использованием отдельных выводов, то есть они должны образовывать как бы звезду в точке подключения к нагрузке, так как это уменьшит фоновые помехи земли. Даже если все соединения будут иметь не очень аккуратный вид, все равно, пусть они будут.

next-sound.ru

аудиоТракТ - Конденсаторный микрофон, принцип работы

Конденсаторные микрофоны имеют лучшие параметры по сравнению с другими типами микрофонов (широкий диапазон рабочих частот, равномерную частотную характеристику, высокую чувствительность).

Он представляет собой плоский конденсатор, у которого одна из обкладок (мембрана) подвижная. Под воздействием звуковых колебаний емкость конденсатора изменяется. Для того чтобы эти изменения превратить в переменный ток звуковой частоты, на обкладке конденсаторного микрофона надо подать постоянное напряжение или включить этот конденсатор в контур высокочастотного генератора. Таким образом, любой конденсаторный микрофон содержит два узла: конденсатор (звукоприемный капсюль) и устройство питания или преобразования с усилителем.

Звукоприемный капсюль конденсаторного микрофона имеет подвижную обкладку либо из металлической фольги толщиной 2 – 3 мкм (нержавеющая сталь, никель, титан) либо из тонкой (3 – 6 мкм) металлизированной полимерной пленки. Диаметр этой обкладки от 2 до 35 мм. Второй (неподвижной) обкладкой капсюля служит массивная металлическая пластина (база). Расстояние между обкладками составляет 20 – 40 мкм. Для улучшения температурной стабильности базу и остальные металлические детали капсюля иногда выполняют из того же материала, что и мембрану, а изолирующие элементы – из кварца. В последнее время базу стали делать из радиокерамики или стеклопластика. Ее поверхность, обращенную к мембране, металлизируют вжиганием золота или серебра. База имеет отверстия, расположенные равномерно под мембраной. Эти отверстия и шелковая ткань, закрывающая отверстия, определяет величину демпфирования мембраны, а следовательно, и частотную характеристику капсюля. Поверхность базы, обращенную к мембране, в некоторых моделях микрофонов покрывают слоем окиси кремния толщиной 3 мкм. Пробивное напряжение для того слоя – не менее 150 В. Он предохраняет капсюль от короткого замыкания.

Для преобразования изменений емкости конденсатора в колебания электрического напряжения или тока применяют либо низкочастотный, либо высокочастотный способ. Первый из них получил более широкое распространение из-за своей простоты. Капсюль конденсаторного микрофона включают последовательно с нагрузочным резистором и источником постоянного (поляризующего) напряжения. Поляризующее напряжение может достигать 60 - 70 В. При уменьшении емкости конденсатора капсюля под воз-действием звуковой энергии заряд на его обкладках уменьшается, и наоборот, при увеличении емкости - заряд возрастает. Изменения заряда вызывают переменный ток в цепи, и на нагрузочном резисторе возникает переменное напряжение. Оно поступает на вход микрофонного усилителя.

При высокочастотном способе включения, конденсатор капсюля является элементом контура высокочастотного генератора. В этом случае изменения емкости капсюля приведут к частотной модуляции генератора. После детектирования выделяется низкочастотная составляющая, которую и подают на вход микрофонного усилителя.

Емкость капсюля лежит в пределах от единиц до десятков пикофарад.

Диапазон рабочих частот капсюля конденсаторного микрофона простирается от 20 - 50000 Гц.

Характеристика направленности конденсаторного микрофона определяется конструкцией капсюля. Если звуковая волна воздействует на мембрану только с одной стороны, микрофон почти не обладает направленностью. При мембране, открытой (через отверстия в базе) для звуковой волны с двух сторон, микрофон приобретает направленность. Запаздывание звуковой волны, воздействующей на заднюю сторону, определяется конфигурацией отверстий, а базе, пассивной диафрагмой или акустическим фильтром, выполненным из мелких металлических шариков, опрессованных в пластмассовой оправке.

Одна из разновидностей конденсаторных микрофонов — электретные микрофоны. Они отличаются только конструкцией капсюля. Электретный конденсаторный микрофон не требует для работы поляризующего напряжение на одну из обкладок наносится слой электрета с постоянным электрическим заря-дом. Этот заряд обеспечивает поле, соответствующее поляризующему напряжению до 100 и более вольт. Он сохраняется примерно 30 лет.

Для предотвращения прилипания мембраны к базе под воздействием электростатических сил, на базе сделаны изолирующие выступы, равномерно распре-деленные по ее поверхности. Это позволило резко уменьшить чувствительность к вибрациям.

Основными параметрами конденсаторных микрофонов так же, как и электродинамических, являются: осевая чувствительность, номинальный диапазон частот, частотная характеристика чувствительности, характеристика направленности, уровень собственных шумов.

В связи с тем, что конденсаторные микрофоны имеют достаточную широкополосность и равномерную (плоскую) характеристику чувствительности, их используют для акустических измерений. Измерительный микрофон имеет обычно капсюль небольшого диаметра (2,5 - 3 мм) и круговую диаграмму направленности. Диапазон рабочих частот измерительных микрофонов по сравнению с обычными увеличен и ле-жит в пределах от единиц Гц до сотен кГц.

audiotrakt.at.ua

Лабораторная работа №.5 «Изучение средств блокирования работы мобильной связи. Изучение микрофонов»

Цель работы

  • Изучить средства блокирования работы мобильной связи;

  • Изучить различные разновидности микрофонов.

Общие положения

а) Изучение средств блокирования работы мобильной связи

В лабораторной работе средства блокирования мобильной связи будут рассмотрены на примере прибора «Мозаика-3» (рисунок 15). Его описание приведено ниже.

Рисунок 15 – «Мозаика - 3»

Изделие 'Мозаика-3' предназначено для блокирования работы подслушивающих устройств, использующих каналы систем мобильной связи стандартов GSM-900/1800, E-GSM, AMPS/DAMPS, CDMA, NMT-450 и блокирования работы телефонов названных систем мобильной связи в пределах выделенных помещений, предназначенных для ведения переговоров, проведения совещаний. Используется в целях предотвращения утечки информации за пределы выделенного помещения через подслушивающие устройства указанного выше типа, через включенный телефон мобильной связи, а также для обеспечения рабочей обстановки во время проведения переговоров, совещаний.

Отличительные особенности:

Изделие излучает в диапазоне работы систем мобильной связи, мощность излучения в других диапазонах незначительна. Изделие имеет небольшую мощность излучения (меньше мощности мобильных телефонов!), блокирование каналов систем мобильной связи осуществляется за счёт применения специального вида модуляции. Изделие не оказывает влияния на работу других технических средств: бытовой электронной техники (теле-, видео-, аудио-, и др.), компьютеров, оргтехники.

Зона эффективного действия изделия зависит от расстояния до ближайшей базовой станции сети мобильной связи и составляет от 3 до 15 м. Для регулировки мощности излучения (для установки оптимальной мощности в зависимости от площади защищаемой территории) имеется регулятор на лицевой панели изделия. Для охвата большей площади необходимо использовать несколько изделий, разнесенных по защищаемой территории.

Изделие конструктивно исполнено в виде законченного блока в пластмассовом корпусе, имеет небольшие габариты и возможность дистанционного отключения режима 'Излучение' с помощью системы проводного ДУ. Технические характеристики «Мозаики 3» представлены в таблице 1.

Таблица 1 - Технические характеристики «Мозаики 3»

Наименование показателя

Значения

Диапазон 1

Диапазон 2

Диапазон 3

1. Диапазон рабочих частот

462-468 МГц

860-960 МГц

1805-1880 МГц

2. Мощность излучения

не более 400 мВт/диапазон

3. Радиус действия

3 - 15 м (зависит от расстояния до ближайшей базовой станции)

4. Питание изделия

от сети 220 В

б) Изучение микрофонов

Микрофон — устройство, позволяющее преобразовывать звук в электрический сигнал и служащее первичным звеном в цепочке звукозаписывающего тракта.

Типы микрофонов:

  • Динамический микрофон;

  • Конденсаторный микрофон;

  • Электретный микрофон;

  • Угольный микрофон.

Динамический микрофон — наиболее распространенный тип конструкции микрофона. Он представляет собой мембрану, соединённую с лёгкой катушкой индуктивности, которая помещена в сильное магнитное поле, создаваемое постоянным магнитом. Колебания давления воздуха (звук) воздействуют на мембрану и приводят в движение катушку. Когда катушка пересекает силовые линии магнитного поля, в ней наводится ЭДС индукции. ЭДС индукции пропорциональна как амплитуде колебаний мембраны, так и частоте колебаний.

Динамический микрофон практически аналогичен по конструкции динамической головке (динамику, громкоговорителю). Это, в сущности, «обращение» динамика: вместо подачи напряжения на катушку динамика для создания звука, мы снимаем с этой катушки напряжение, созданное внешним звуком. В ранней радиолюбительской практике динамики нередко использовались в качестве динамического микрофона. Конечно, настоящий динамический микрофон конструктивно несколько отличается от динамика: у него другая конструкция мембраны, катушка содержит большее количество витков и намотана гораздо более тонким проводом.

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

Конденсаторный микрофон 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 (обычно 48 вольт). 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 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, что не позволяет использовать их в полевых условиях.

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 конденсаторного микрофона (т.е. 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 появляется переменное напряжение, соответствующее акустическому сигналу.

В отличие от динамических микрофонов, имеющих низкое сопротивление катушки (несколько Ом, кОм), электретный микрофон имеет очень высокое сопротивление (несколько сотен кОм или МОм), что вынуждает подключать их к усилителям с высоким входным сопротивлением. В конструкцию некоторых электретных микрофонов входит предусилитель («преобразователь сопротивления», «согласователь импеданса») на полевых транзисторах или на миниатюрных радиолампах с выходным сопротивлением в единицы кОм. Однако, такие микрофоны требуют внешнего источника электропитания.

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.

Любой микрофон состоит из двух систем: акустико-механической и механоэлектрической.

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.

Порядок выполнения

а) Изучение средств блокирования работы мобильной связи:

1) Подключите прибор к сети.

2) Включите выключатель на передней панели.

3) Проверьте уровень сигнала на сотовом телефоне.

4) Проверьте дальность действия прибора. Результаты отразите в таблице. Постройте график.

5) Сделайте сравнительный анализ аналогов изучаемого прибора (не менее 5). Результаты отразите в таблице.

б) Изучение микрофонов:

1) Изучите устройство описанных выше микрофонов. Опишите принцип их работы в отчете.

2) Сравните качество звучания разных типов микрофонов. Сделайте выводы.

Контрольные вопросы

а) Какие средства блокирования мобильной связи вы знаете? Назовите основные их характеристики.

б) В каких сферах жизни используются различные типы микрофонов. Почему?

в) Что представляет собой динамический микрофон?

г) Что представляет собой угольный микрофон?

д) Из каких двух систем состоит любой микрофон?

studfiles.net

«Микрофон»

Лекция №1.

Тема «Микрофон»

Микрофон это устройство, позволяющее преобразовать звук в электрический сигнал. И служащее первичным звеном цепочки звукозаписывающего тракта или звукоусилением. Микрофон является датчиком относительного (дифференциального) давления в газах.

Различают следующие классификации микрофонов:

По принципу преобразования звуковой энергии в электрическую (механо-электрические характеристики):

Угольные – содержит угольный порошок, заключенный между двумя металлическими пластинами и заключенный в металлическую капсулу, динамические и конденсаторные. Под воздействием звуковых колебаний мембрана (6) приводит колебательные движения и изменяет плотность угольного порошка. При уплотнении порошка его сопротивление уменьшается, а при разрыхлении увеличивается. Изменение сопротивления угольного порошка приводит к образованию пульсирующего тока. Так звуковые колебания преобразуются в соответствующие колебания электрического тока. Достоинства: угольный микрофон практически не требует усиления сигнала. Сигнал можно подавать непосредственно на выскоомный наушник или громкоговоритель. До недавнего времени позволял отказаться от дефицитных полупроводниковых деталей. Недостаток – имеет плохую амплитудную характеристику. Он не чувствителен к слишком низким, и слишком высоким частотам. Кроме того он требует наличия источника постоянного тока.

Динамический микрофон – наиболее распространенный вид конструкции микрофона. Он представляет собой мембрану, соединенную с легкой катушкой индуктивности, которая помещена в сильное магнитное поле, которое создается постоянным магнитом. Колебания давления воздуха (звук) воздействует на мембрану и приводит в движение катушку. Когда катушка пересекает силовые линии магнитного поля, в ней наводится ЭДС индукции. ЭДС индукции пропорционально как амплитуде колебаний мембраны, так и частоте колебаний. В отличие от конденсаторных микрофонов, динамические микрофоны не требуют фантомного питания. Фантомное питание – одновременная передача по одним проводам и тока и информационных сигналов.

Конденсаторный микрофон – представляет собой конденсатор, одна из обкладок выполнена из эластичного материала (полимерная пленка с нанесенной металлизацией), которая при звуковых колебаниях изменяет емкость конденсатора. Если конденсатор заряжен, то изменение емкости конденсатора приводит к изменению напряжения, которое и является полезным сигналом с микрофона. Для работы такого микрофона между обкладками должно быть приложено поляризующее напряжение (обычно 48 вольт). Конденсаторный микрофон имеет очень высокое выходное сопротивление. В связи с этим, в непосредственной близости с микрофоном (внутри его корпуса), располагают предусилитель с высоким (порядка 1 ГОм) с входным сопротивлением, который выполнен на полевой лампе или полевом транзисторе. Как правило, напряжение для поляризации и питания предусилителя подается по сигнальным проводам (фантомное питание). Достоинства – конденсаторные обладают равномерной амплитудно-частотной характеристикой и обеспечивают высококачественное излучение, соответственно используются на студиях звукозаписи, радио, телевидения. Недостатком является высокая стоимость, необходимость во внешнем питании, высокая чувствительность к ударам и климатическим воздействиям, что не позволяет использовать его в полевых условиях. Разновидностью конденсаторного микрофона является электретный микрофон, который свободен от недостатков вышеупомянутого. Принцип действия электретного конденсаторного микрофона основан на способности некоторых диэлектрических микрофонов, которые называются электретными, сохранять поверхностную неоднородность распределения заряда в течение длительного времени. Тонкая пленка из гомоэлектрета помещается в зазор конденсаторного микрофона, либо наносится на одну из обкладок. Это приводит к появлению некоторого постоянного заряда конденсатора. При изменении емкости вследствие смещения мембраны на конденсаторе появляется изменение напряжения, соответствующая акустическому сигналу. В отличии от динамических данный микрофон имеет очень высокое сопротивление, что вынуждает подключать их к усилителям с высоким выходным сигналам. Такие микрофоны требуют внешнего источника электропитания.

По принципу воздействия звука на диафрагму (механо-аккустические характеристики): с точки зрения акустико-механических принципов, устройства микрофона делятся на приемники давления и приемники. В микрофонах – приемниках давления звуковая волна воздействует на одну, фронтальную сторону диафрагмы, а в приемнике градиента давления на обе стороны.

По принципу зависимости выходного сигнала от пространственной ориентации (характеристики направленности) – с этой точки зрения делятся на направленные и ненаправленные. Направленность определяется как изменение чувствительности микрофона, при перемещении источника звука неизменной интенсивности, относительно оси перпендикулярной плоскости диафрагмы. Микрофон наиболее чувствителен именно на этой оси. Однако при отклонении источника, поведения микрофона различны: в случае если чувствительность меняется очень слабо, микрофон является не направленным и его характеристика направленности графически изображается в виде круга; если чувствительность в пределах фронтальной полусферы меняется мало, а чувствительность с тыльной стороны резко падает, то он называется односторонне направленным (кардиондный). График характеристики для такого микрофона напоминает сердце, и называются они соответственно кардиондными; если у кардиоидного микрофона чувствительность при отклонении от оси, сильно ослабевает, образуя вытянутую кардиоиду (грушу), то такой микрофон называют суперкардиоидным; в случае резкого падения чувствительности микрофона, при отклонении от оси микрофона, то микрофон называется остронаправленным (гиперкардиондным). И существуют так же двусторонне направленные микрофоны, график которых представляет собой восьмерку. Следует учитывать, что характеристики направленности сильно зависят от частоты звука. В отношении низких частот, направленность микрофона меньше, в отношении высоких – больше.

По принципу включения в звуковой тракт (коммутационные характеристики): делятся на традиционные микрофоны (проводные) и радиомикрофоны.

Радиомикрофоны представляют собой «комбайн» состоящий из микроголовки и передатчика в одном корпусе и приемника. Петличные микрофоны состоят из двух частей – самого микрофона закрепленного на лацкане, воротнике и т.д., и соединенным с ним скрытым кабелем передатчиком, находящемся на поясе, в кармане и так далее. Параметры микрофона: чувствительность – отношение выходного напряжения к звуковому давлению, выражается в милливольтах на паскаль. Измерение чувствительности стандартизировано, оно производится при условиях действия прямой звуковой волны («свободное поле») и на частоте 1000 Гц. Различают чувствительность от уровня чувствительности, который зависит от номинального сопротивления нагрузки. Стандартный уровень чувствительности выражается в децибелах (Дб) и отражает уровень мощности, который развивает микрофон в номинальную нагрузку при давлении в 1 паскаль. При этом чем меньше сопротивление нагрузки, и стало быть выходного сопротивления микрофона, тем выше уровень чувствительности микрофона. Предельное звуковое давление измеряется в диапазоне средних частот и указывают, при каком уровне гармоники превысят 0.5%. Для профессиональных микрофонах это число достигает до 100 Дб. Уровень собственных шумов микрофона определятся как уровень эквивалентного звукового давления при отсутствии воздействующего звукового сигнала, и измеряется в Дб. Чем ниже значение этого параметра, тем лучше. Для профессиональных микрофонов он составляет 20 Дб.

Динамический диапазон микрофона это разность между предельным звуковым давлением и собственным шумом микрофона.

Для подключения к кабелю применяют трехконтактный разъем XLR – имеет три контакта: общий провод, второй провод – прямая полярность (плюсовой провод), третий – обратная полярность.

migha.ru


Смотрите также