Микрофон прибор который преобразует звуковые колебания

5

Микрофон

МИКРОФОН — (греч.). Прибор, изобретенный Hughes’ом, в 1878 г., для усиления восприятия бесконечно слабых звуков и шумов; усовершенствован Эдисоном. Словарь иностранных слов, вошедших в состав русского языка. Чудинов А.Н., 1910. МИКРОФОН прибор для усиления… … Словарь иностранных слов русского языка

МИКРОФОН — устройство, преобразующее звуковые колебания в электрические сигналы для их усиления или передачи на расстояние. Основными его показателями являются чувствительность и рабочий диапазон частот. М. различных видов применяются в телефонных аппаратах … Большая политехническая энциклопедия

МИКРОФОН — МИКРОФОН, устройство для преобразования звуковых колебаний в изменяющиеся электрические колебания с одинаковой характеристикой ЧАСТОТЫ и амплитуды. Угольный микрофон используется во многих телефонах. В таком микрофоне звуковое давление вызывает… … Научно-технический энциклопедический словарь

микрофон — МИКРОФОН, а, м. Стакан, рюмка, стопка, любая ёмкость для распития спиртного (как правило, в ситуации, когда все по очереди пьют из одной ёмкости). Отдай микрофон! Ну ка дай микрофон, я речь скажу (произнесу тост) … Словарь русского арго

микрофон — а, м. microphone m., нем. Mikrophon <гр. mikros малый + phone звук. Орудие, увеличивающее звук. Ян. 1804. Прибор, преобразующий звуковые колебания в электрические для передачи звуков на расстояние. Крысин 1998. На экране один мужчина… … Исторический словарь галлицизмов русского языка

МИКРОФОН — (от микро. и . фон) устройство для преобразования звуковых колебаний в электрические в телефонных аппаратах, устройствах звукозаписи, системах радиовещания. Основные типы: угольный, электродинамический, электростатический, пьезоэлектрический… … Большой Энциклопедический словарь

МИКРОФОН — МИКРОФОН, микрофона, муж. (от греч. mikros малый и phone звук) (физ.). Прибор для преобразования звуковых колебаний в колебания силы электрического тока. Говорить в микрофон. Толковый словарь Ушакова. Д.Н. Ушаков. 1935 1940 … Толковый словарь Ушакова

МИКРОФОН — (от греч. mikros малый и phone звук), приёмник звука для возд. среды. М. явл. электроакустическим преобразователем и применяется в телефонии, радиовещании, телевидении, системах звукоусиления и звукозаписи. Простейший М. угольный, используемый в… … Физическая энциклопедия

микрофон — емкость, микрофончик, остеофон, ларингофон, стопка, стакан Словарь русских синонимов. микрофон сущ., кол во синонимов: 9 • емкость (66) • … Словарь синонимов

МИКРОФОН — МИКРОФОН, прибор, служащий для преобразования звуковых колебаний воздуха в колебания силы электрического тока. Первый М., изобретенный Юзом (Hughes; 1878), основывался на изменении сопротивления контакта. Он представляет собой угольный стержень А … Большая медицинская энциклопедия

Микрофон

Микрофо́н (от греч. μικρός — маленький, φωνη — голос) — электроакустический прибор, преобразовывающий звуковые колебания в колебания электрического тока. Служит первичным звеном в цепочке звукозаписывающего тракта или звукоусиления. Микрофоны используются во многих устройствах, таких как телефоны и магнитофоны, в звуко- и видеозаписи, на радио и телевидении.

Содержание

Устройство микрофона [ править ]

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).

Большое влияние на характеристики микрофона оказывает его механоэлектрическая часть.

Классификация микрофонов [ править ]

Динамический микрофон [ править ]

Динамический 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 нём наводится ЭДС индукции. ЭДС индукции пропорциональна как амплитуде колебаний мембраны, так и частоте колебаний.

Катушечный микрофон [ править ]

В электродинамическом микрофоне катушечного типа диафрагма соединена с катушкой, находящейся в кольцевом зазоре магнитной системы. При колебаниях диафрагмы под действием звуковой волны витки катушки пересекают магнитные силовые линии, и в катушке наводится переменная ЭДС. Такой микрофон надёжен в эксплуатации.

Ленточный микрофон [ править ]

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

Конденсаторный микрофон [ править ]

Конденсаторный микрофон основан на конденсаторе, одна из обкладок которого выполнена из эластичного материала (обычно — полимерная плёнка с нанесённой металлизацией); при звуковых колебаниях вибрации эластичной обкладки изменяют ёмкость конденсатора. Если конденсатор заряжен, то изменение ёмкости конденсатора приводит к возникновению токов заряда, которые и являются полезным сигналом, поступающим с микрофона на усилитель. Для работы такого микрофона между обкладками должно быть приложено поляризующее напряжение, 60-80 вольт в более старых микрофонах, а в моделях после 1960—1970-х годов — 48 вольт. Такое напряжение питания считается 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.

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.

Электретный микрофон [ править ]

По принципу действия электретный микрофон схож с микрофоном конденсаторного типа, однако в качестве неподвижной обкладки конденсатора и источника постоянного напряжения используется пластина из электрета. Электретные материалы являются диэлектриками и способны длительное время сохранять поляризованное состояние, создавая в окружающем пространстве квазипостоянное электрическое поле.

Угольный микрофон [ править ]

Угольный микрофон — один из первых типов микрофонов. 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, в результате чего изменяется сопротивление между металлическими пластинами. Если пропускать между пластинами постоянный ток, напряжение между пластинами будет зависеть от давления на мембрану.

Пьезомикрофон [ править ]

В основе пьезомикрофона используется пьезоэлектрический эффект. При деформации некоторых кристаллов (например, кристаллов сегнетовой соли) на их поверхности возникают электрические заряды, величина которых пропорциональна деформирующей силе. Пластинки из искусственно выращенных кристаллов служат основным рабочим элементом пьезомикрофонов.

По своим электроакустическим и эксплуатационным свойствам пьезомикрофоны не могут обеспечить требований, предъявляемых к профессиональным студийным и трансляционным микрофонам. К недостаткам пьезомикрофонов следует отнести высокое внутреннее сопротивление, имеющее емкостный характер, значительную неравномерность частотной характеристики, недостаточную эксплуатационную надежность (хрупкость, гигроскопичность) и зависимость параметров от температуры. Достоинствами пьезомикрофонов являются простота устройства, малый вес и габариты, а также небольшая стоимость.

Характеристики микрофонов [ править ]

Чувствительность [ править ]

Чувствительность микрофона определяется отношением напряжения на выходе микрофона к звуковому давлению Р₀, как правило, в свободном звуковом поле, то есть при отсутствии влияния отражающих поверхностей. При распространении синусоидальной звуковой волны в направлении рабочей оси микрофона, это направление называется осевой чувствительностью:

Рабочей осью микрофона является направление его преимущественного использования и обычно совпадает с осью симметрии микрофона. Если конструкция микрофона не имеет оси симметрии, то направление рабочей оси указывается в технических условиях. Чувствительность современных микрофонов составляет от 1–2 (динамические микрофоны) до 10–15 (конденсаторные микрофоны) мВ/Па. Чем больше это значение, тем выше чувствительность микрофона. Стоит заметить, что качество микрофона не определяется исключительно его чувствительностью.

Амплитудно-частотная характеристика [ править ]

Амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) — зависимость амплитуды выходного сигнала от частоты. А также функция выражающая (описывающая) эту зависимость. А также — график этой функции. В различных областях применяются микрофоны с различными АЧХ. Для записи фортепиано или акустической гитары используются микрофоны с равномерной АЧХ на всём частотном диапазоне. У дикторских микрофонов наблюдается пик на графике АЧХ в области речевых частот.

Характеристика направленности [ править ]

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

Направленность микрофона означает его возможное расположение относительно источников звука. Если чувствительность не зависит от угла падения звуковой волны, то есть 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.

Ненаправленные микрофоны [ править ]

В ненаправленных микрофонах (приёмниках 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. Если размеры соизмеримы с длиной волны, тогда за счёт дифракции звуковых волн микрофон приобретает направленность. На частотах от 5000 Гц и ниже такие микрофоны являются ненаправленными. Преимуществом ненаправленных микрофонов является простота конструкции, расчёта капсюля и стабильности характеристик с течением времени. Ненаправленные капсюли часто используют в составе измерительных микрофонов, в быту могут быть использованы для записи разговора людей, сидящих за круглым столом.

Двунаправленные микрофоны [ править ]

В двунаправленных микрофонах (приёмниках 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 восьмёрки.

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

Микрофоны односторонней направленности [ править ]

Односторонняя направленность достигается в микрофонах комбинированного типа. Их диаграммы направленности близки по форме к кардиоиде, поэтому нередко их называют кардиоидными. Модификации микрофонов, имеющих ещё 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 определённые 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.

Микрофон. Виды и устройство. Работа и применение. Как выбрать

Для записи звука или для его усиления, используется микрофон. Этот прибор преобразует колебания звука в электрические колебания. Он отличается устройством и внешним видом, и чтобы правильно сделать выбор, надо знать, какие есть виды этой техники, их преимущества и недостатки.

По своему назначению, микрофон может быть:

• Сценический. Он бывает проводным или беспроводным, имеет рукоятку, которая позволяет удобно держать и фиксировать его в стоечном держателе.

• Репортерские. Они могут быть ручными, головными или скрытыми, модели, предназначенные для использования на открытом воздухе, не боятся влаги, низкой или высокой температуры и сильного ветра.

• Студийные. Они обычно компактных размеров и устанавливаются на петлицы, но могут быть и ручными или головными. Есть плоские модели, которые незаметны на столе и обычно устанавливаются прямо перед диктором. Вещательные микрофоны устанавливаются в специальных стойках, они могут переключаться на направленное или круговое действие.

По принципу действия, существует разделение на:

• Динамические. Здесь звуковые волны преобразовываются в электрические сигналы при помощи маленького динамика. Они могут применяться как в репортерской деятельности, так и на сцене, не очень чувствительны к температуре, имеют высокую надежность, но качество звука хуже, чем у конденсаторных моделей.
• Конденсаторные. Преобразование звука в электрический сигнал происходит при помощи конденсатора. Для них требуется дополнительное питание.
• Угольные. Здесь используется угольный порошок, который во время работы изменяет свое сопротивление. Так как характеристики у них низкие, то сейчас они практически не выпускается.
• Оптоакустические. Иногда их еще называют лазерными, так как для регистрации колебаний воздуха используется свет. Эти приборы имеют узконаправленное применение, например, в сейсмографах, датчиках расстояния и т.д.
• Пьезоэлектрические. Они работают на основе пьезоэлектрического эффекта. Рабочим элементом являются пластины из выращенных кристаллов. У этих микрофонов характеристики хуже, чем у конденсаторных и динамических, поэтому они применяется редко.

Пространственная направленность может быть:

• Круговая. Неважно, где находится источник звука, в этом случае техника хорошо ловит все звуки в пространстве, даже если источник движется.
• Кардиоидный. Действие прибора направленное, при этом в одной полусфере он отлично ловит все звуки, а в другой их практически не замечает.
• Суперкардиоидный. Поле чувствительности будет иметь вытянутую форму, поэтому микрофон воспринимает звук от конкретного источника, игнорируя шумы и другие источники звука.
• Гиперкардиоидный. Способен воспринимать звук от далеко расположенных источников, но только в том случае, когда диафрагма микрофона будет размещена под углом 90 градусов к оси источника звука.

Особенности устройства

Угольный микрофон является самым старым и имеет простое устройство. Основными его элементами является мембрана и угольный порошок. Во время звуковых колебаний, угольный порошок меняет свое сопротивление, на выходе получается переменное напряжение, которое повторяет колебание звуковых волн.

Динамические устройства могут быть катушечного или ленточного типа. В первом случае есть мембрана, магнит и подвижная катушка. Во втором варианте мембраны нет, вместо нее есть лента из тонкого металла, во время прохождения звука она начинает вибрировать между полюсами магнита.

Конденсаторные устройства имеют строение как у конденсатора: два электрода плоской формы, один подвижный, а второй нет, между ними находится диэлектрик.

Независимо от типа прибора, у всех есть корпус, ветрозащита, шнур для подключения, а в беспроводных вариантах есть встроенный аккумулятор.

Принцип действия

Самым распространенным является динамический микрофон, он имеет высокую универсальность, надежность и доступную стоимость. Его принцип работы похож на работу обычного динамика, только в обратном направлении. Диафрагма подключается к токопроводящей катушке, которая находится в магнитном поле, сформированном постоянным магнитом.

Звук действует на диафрагму, вследствие чего начинает двигаться катушка. В магнитном поле создается вибрирующее движение, которое вызывает появление электрического тока. От силы звука, диафрагма движется сильнее или слабее, и звуковые волны преобразуются в электрические сигналы.

У конденсаторных, во время звуковых колебаний возникает движение одной из пластин, при этом емкость конденсатора меняется. Для ее работы обязательно необходимо питание, которое может быть от усилителя или от батареи.

Область применения

В зависимости от типа микрофона, они применяются в следующих сферах:

• Для работы различной измерительной техники.
• На концертах и других выступлениях.
• В студиях звукозаписи, для записи музыкальных инструментов или вокала.
• Для общения при помощи компьютера, например, в Skype.
• В мобильных телефонах, видеокамерах, диктофонах и другой технике.
• В гарнитуре, где наушники и микрофон входят в состав одного аксессуара.

Как выбрать микрофон

При выборе, надо обращать внимание на:

• Питание. Оно может быть по кабелю или от аккумулятора, есть приборы, которые могут работать на том и другом способе питания.
• Чувствительность. Эта характеристика показывает, какой минимальный звук может воспринять устройство. Чем ниже будет показатель в децибелах, тем чувствительнее прибор, если измерение в мВ/Па, то чем выше значение, тем лучше чувствительность.
• Уровень звукового давления. Обычно эта характеристика в пределах 100-130 Дб, она характеризует наибольшую громкость, которую может воспринять техника.
• Частота – диапазон звука, который сможет сформировать конкретный аппарат, например, для голоса достаточно 80-15000 Гц, а для записи такого музыкального инструмента как барабан — 30-15000Гц.
• Сигнал/шум. Чем больше будет этот параметр, тем меньше устройство искажает звук. Среднее значение составляет 64-66 Дб, а профессиональная техника имеет 72 и больше децибел.
• Импеданс или номинальное сопротивление. Такая характеристика описывает возможность подключения к определенному оборудованию. Этот параметр больше важен для профессиональной техники и на той, что используется с компьютером, ноутбуком или телефоном, может не указываться.
• Радиус действия для беспроводной, и длина кабеля для проводной техники. Такая характеристика показывает, насколько свободно можно передвигаться с микрофоном. Чем больше радиус действия и длиннее кабель, тем дальше можно двигаться с этим устройством.
• Тип подключения. Есть несколько интерфейсов: XLR, mini-XLR, mini-Jack, Jack, TA4F, USB, Lighting/30-pin. Надо смотреть, чтобы микрофон был совместим с тем устройством, к которому вы планируете его подключать.
• Материал корпуса. Пластиковый корпус более легкий и дешевый, но менее прочный. Металлический корпус имеет высокую прочность, но и большой вес, а также у него выше стоимость.

Преимущества и недостатки

Плюсы динамических устройств:

• Могут выдерживать большие перегрузки, поэтому используются для снятия громкого звука, при этом риск повреждения микрофона небольшой.
• Прочная и надежная конструкция, они не боятся ударов.
• Универсальность, можно использовать дома, на сцене или на улице.
• Невысокая чувствительность, поэтому они не воспринимают посторонние шумы и помехи.
• Невысокая чувствительность к обратной связи.

Среди недостатков надо отметить:

• Чистота и прозрачность звука хуже, чем у конденсаторных устройств.
• Небольшой частотный диапазон.
• Могут неточно передавать тембр голоса.

Плюсы конденсаторных микрофонов:

• Широкий частотный диапазон.
• Есть возможность делать миниатюрные устройства.
• Более высокое качество звука.

Их недостатки:

• Необходимо обеспечивать дополнительное питание, обычно это 48 В, поэтому подключить прибор вне пределов студии не всегда получается.
• Боятся ударов, после чего могут перестать работать.
• Боятся перепадов температуры и высокой влажности.

Чтобы правильно выбрать микрофон, надо уяснить, что нет универсальных приборов, приобретать такую технику надо только под конкретные задачи. Хороший и качественный аппарат будет стоить недешево, поэтому к его выбору надо подходить подготовленным и точно знать, для каких целей он необходим.

Микрофоны

Микрофон — электроакустический прибор, осуществляющий преобразование акустических колебаний на входе в электрические колебания на выходе.

• для речевых объявлений (транспорт, промышленность, индустрия);
• для звукозаписи (студии звукозаписи, журналистика, телевидение);
• для вокала (эстрада, театр);
• для озвучивания (трансляция матчей, митинги, конференции);
• для специального назначения (например, для прослушивания).

В СОУЭ микрофон применяется в качестве технического средства. осуществляющего ручное, полуавтоматическое и дистанционное оповещение.

Устройство микрофона

На рис.1 изображена упрощенная схема функционирования микрофона.

Рис.1 — Упрощенная схема функционирования микрофона

• АК – акустическая подсистема;
• АМ – акустико-механическая подсистема;
• ЭМ – электромеханическая подсистема;
• ЭЛ – электрическая подсистема.

Акустическая подсистема, иногда называемая антенной, характеризует микрофон как приемник звука. Звуковое давление от источника звука, воздействуя на антенну, вызывает механическую силу, определяемую размером, формой корпуса (капсюля) микрофона, расстоянием от источника до микрофона, углом падения звуковой волны относительно акустической оси микрофона (акустическая ось микрофона, иногда называемая рабочей осью, как правило, совпадает с его физической и геометрической осью).

Акустико-механическая подсистема служит для согласования силы (энергии), формируемой приемником (антенной), с реакцией подвижного элемента преобразователя (например, смещением диафрагмы конденсаторного микрофона). Данная подсистема определяет частотную характеристику (чувствительности) и характеристику направленности микрофона.

Электромеханическая подсистема представляет собой устройство, преобразующее механические колебания подвижного элемента в электродвижущую силу (ЭДС). Эффективность и стабильность работы преобразователя зависит от ряда факторов, например, от площади мембраны.

Электрическая подсистема (как правило, представляется в виде электрической схемы) выполняет функцию согласования электрической части подсистемы с звукоусилительным устройством. В конденсаторных микрофонах, например, большое емкостное сопротивление капсюля д.б. согласовано с низкоомным входом предусилителя. Данная подсистема определяет такой параметр, как собственный шум микрофона.

Классификация микрофонов

Классификация микрофонов изображена на рис. 2.

Рис.2 — Классификация микрофонов

• по характеристике направленности;
• по типу преобразователя;
• по конструктивному исполнению;
• по способу связи.

2. Основные характеристики микрофонов

• Чувствительность (микрофона) – отношение напряжения на выходе микрофона к воздействующему на него звуковому давлению при заданной частоте (как правило, 1кГц), выраженное в милливольтах на паскаль (мВ/Па). Чем больше это значение, тем выше чувствительность микрофона.
• Номинальный диапазон рабочих частот – диапазон частот, в котором микрофон воспринимает акустические колебания и в котором нормируются его параметры.
• Неравномерность частотной характеристики – разность между максимальным и минимальным уровнем чувствительности микрофона в номинальном диапазоне частот.
• Модуль полного электрического сопротивления – нормированное значение выходного или внутреннего электрического сопротивления на частоте 1 кГц.
• Характеристика направленности – зависимость чувствительности микрофона (в свободном поле на определённой частоте) от угла между осью микрофона и направлением на источник звука.

Чувствительность микрофона

Чувствительность микрофона M может быть представлена как отношение напряжения электрического сигнала на выходе U_вых к звуковому давлению на входе P_вх. На практике чувствительность микрофона измеряют в дБ:

• U_вых – напряжение электрического сигнала на выходе, мВ;
• P_вх – звуковое давление на входе микрофона, измеренное на частоте 1кГц (на рабочей оси микрофона, при θ = 0°), Па.

Чувствительность микрофона определяется чувствительностью всех подсистем и существенно зависит от конструкции микрофона (формы корпуса), а также угла (θ) падения звуковой волны.

3. Классификация микрофонов по характеристике направленности

Когда микрофон находится в различных положениях относительно источника звука, его чувствительность меняется. Зависимость чувствительности от угла определяется коэффициентом направленности. В зависимости от коэффициента направленности микрофоны можно разделить на направленные и ненаправленные. Направленные микрофоны имеют высокую чувствительность в одном направлении, обеспечивающую высокую дальность приема. Не направленные микрофоны имеют меньшую чувствительность равномерную по всем направлениям, используются для минимизации влияния посторонних шумов.

Направленность микрофона определяется несколькими параметрами (характеристиками).

• в свободном поле;
• на определенном расстоянии (например, 1м);
• на определенной частоте (или в определенной полосе частот).

Данная зависимость называется характеристикой направленности микрофона (ХН):

• M(θ) – чувствительность микрофона при произвольном угле падения звука (θ), дБ;
• M(0) – осевая чувствительность микрофона, дБ.

Коэффициент направленности Ω определяется как отношение квадрата осевой чувствительности микрофона M(0) (в условиях свободного поля) к квадрату чувствительности, усредненной по всем направлениям Mср, измеренных на одной и той же частоте или в полосе частот:

Для практической оценки направленности микрофона используется величина, называемая индексом направленности I, дБ:

I = 10 lg Ω = 20 lg (M(0) / M_ср).

• ненаправленные (круговые);
• двунаправленные (восьмерка);
• направленные (кардиоидные);
• узконаправленные (суперкардиоидные);
• остронаправленные (гиперкардиоидные).

ХН, представляемая в полярных координатах, называется диаграммой направленности (иногда, чувствительности) микрофона (ДН). На рис.3 представлены примеры ДН.

Рис. 3 — Примеры диаграмм направленности микрофона

Ненаправленные микрофоны — микрофоны с круговой ДН, во всех направлениях имеют одинаковую, как правило, небольшую чувствительность. Микрофоны с данной направленностью хорошо справляются с посторонними шумами и используются в тех случаях, когда источник звука меняет направление. Данные микрофоны применяются для подзвучивания на концертах, используется для звукозаписи, например, при работе журналистов на улице в ветреную погоду.

Двунаправленные микрофоны – восьмерочные имеют одинаковую чувствительность в обоих направлениях вдоль рабочей оси и минимальную по бокам. Возможное применение такого микрофона – запись разговора во время интервью или конференции.

Направленные микрофоны – однонаправленные или кардиоидные – характеризуются максимальной чувствительностью в широком фронтальном угле раскрыва. Такие микрофоны имеют повсеместное применение.

Узконаправленные микрофоны – суперкардиоидные имеют высокую чувствительность в прямом направлении (вдоль рабочей оси) и в узкой диаграмме направленности. Такие микрофоны используются для записи или усиления звука от удаленного источника.

Остронаправленные микрофоны – гиперкардиоидные имеют самую большую направленность среди всех микрофонов. Данные микрофоны практически не захватывают посторонние отражения и шумы, используются в специальных целях.

Характеристики направленности микрофонов, в зависимости от ДН, можно представить в виде таблицы (см. Таб.1).

Таблица 1
Характеристики направленности микрофона в зависимости от ДН

4. Классификация микрофонов по типу преобразователя

• угольные;
• пьезоэлектрические;
• динамические (катушечные и ленточные);
• конденсаторные (с внешним источником и электретные).

Угольные микрофоны

Угольные микрофоны — один из первых типов микрофонов. Угольный микрофон содержит угольный порошок, размещённый между двумя металлическими пластинами и заключённый в герметичную капсулу. Одна из металлических пластин (стенок капсулы) соединяется с мембраной. Звуковое давление, воздействуя на мембрану, давит на угольный порошок (изменяя площадь контакта между отдельными зёрнышками угля), меняя сопротивление между металлическими пластинами. Напряжение между пластинами при пропускании постоянного тока будет пропорционально давлению на мембрану.

Пьезоэлектрические микрофоны

Работа данного микрофона основана на пьезоэлектрическом эффекте. При деформации некоторых кристаллов на их поверхности возникают электрические заряды, величина которых пропорциональна деформирующей силе. Пластинки из искусственно выращенных кристаллов служат основным рабочим элементом пьезоэлектрических микрофонов. Достоинствами пьезоэлектрических микрофонов являются простота устройства, малый вес и габариты, а также небольшая стоимость, но по своим электроакустическим и эксплуатационным свойствам пьезоэлектрические микрофоны уступают конденсаторным и электродинамическим микрофонам.

Наибольшее распространение на сегодняшний день получили три типа микрофона: динамический и конденсаторный и электретный.

Динамические микрофоны

Динамический микрофон – приемник давления, представляющий собой электромеханическую колебательную систему, работающую по принципу электромагнитной индукции.

Основной компонентой динамического микрофона является диафрагма, движущаяся (осциллирующая) в магнитном поле. Диафрагма жестко связана с катушкой, помещенной в магнитное поле. Под действием звукового давления она начинает колебаться, создавая на выходе ЭДС, соответствующую характеру воздействий (колебаний), рис.4.

Рис.4 — Принцип функционирования динамического преобразователя

Диафрагма – несколько витков провода намотанных на цилиндрический каркас, помещенный в кольцевой зазор магнитной цепи. Магнитная цепь включает также постоянный магнит с полюсным наконечником и стакан из мягкой стали направляющие магнитный поток. В воздушном зазоре между фланцем и магнитом создается сильное магнитное поле радиального направления. Катушка при помощи упругого подвеса располагается в середине кольцевого зазора, не касаясь ни стакана, ни керна (постоянного магнита), что и обеспечивает возможность неискаженных колебаний вдоль рабочей оси.

К преимуществам динамического микрофона можно отнести его низкую стоимость, механическую прочность. Широкое применение имеют ненаправленные динамические микрофоны, имеющие меньшую подверженность обратной связи. Данный тип широко используется тележурналистами, а также на концертных выступлениях. Его основным достоинством является прочность и низкая цена.

Недостатком динамических микрофонов является искажение (неравномерность) АЧХ в области верхних частотах, ухудшающее восприятие. Это связано с инерционностью достаточно массивной мембраны.

Конденсаторные микрофоны

В конденсаторном микрофоне (КМ) используется электростатический преобразователь – преобразователь конденсаторного типа. Жестко закрепленная обкладка КМ выполнена в виде перфорированного диска (электрода) из металла. Функции диафрагмы выполняет вторая мембрана – пластина, сделанная из фольги и движущаяся под воздействием звукового давления (P). Диафрагму иногда называют мембраной микрофона.

На рис.5 изображена упрощенная электрическая схема подключения капсюля КМ к предварительному усилителю (ПУ).

Рис.5 — Принцип функционирования конденсаторного микрофона

Звук, попадая на мембрану, заставляет её колебаться, расстояние между обкладками изменяется, что приводит к изменению ёмкости конденсатора C₀. Емкость конденсатора C₀ определяется:

• ε₀ – диэлектрическая постоянная вакуума = 8,85*10-12 Ф/м;
• S – эффективная часть, площади мембраны;
• δ – зазор между обкладками.

Так как заряд любого конденсатора Q=C₀*U₀ остается постоянным, то изменение ёмкости конденсатора C₀ приводит к изменению напряжения. При R_н*C₀ > 1/f_н, где f_н – низшая граница частотного диапазона, напряжение на нагрузочном сопротивлении (входном сопротивлении предусилителя) R_н изменяется в зависимости от смещения мембраны ξ

Из данной формулы видно, что величина изменения напряжения пропорциональна величине ее смещения ξ.

КМ называют микрофонами с внешней поляризацией. Для работы такого микрофона на обкладки конденсатора подается напряжение U₀, называемое опорным. Если данное напряжение поступает от ПУ, оно называется фантомным. Фантомное напряжение на КМ поступает по информационному кабелю. Следует обратить внимание, что КМ различаются как по уровню, так и по способу подачи (фантомного) питания. При использовании КМ необходимо строго соблюдать требования по эксплуатации.

К достоинствам КМ следует отнести высокую чувствительность и равномерность (гладкость) АЧХ.

Недостатком КМ является чувствительность к перегрузкам по входу, они считаются легко возбудимыми.

Электретные микрофоны

Электретные микрофоны – микрофоны с внутренней поляризацией на сегодняшний день получили достаточно широкое распространение .

Принцип действия данного микрофона очень схож с КМ, но в отличии от последнего электретный микрофон не нуждается в опорном напряжении U₀ (см. рис.5). Это происходит за счет использования электрета (electret) – поляризационного диэлектрика, использующего различные полимеры (например, поливинилхлорид). Электрет размещается либо в мембране, либо в виде пленочной основы (нанесенного слоя) в неподвижном электроде и обладает очень большой плотностью заряда и временем его сохранения. При изменении заряда конденсатора C₀ возникает напряжение на выходе.

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

5. Классификация микрофонов по конструктивному исполнению

• встраиваемые;
• ручные;
• настольные;
• петличные;
• головные;
• специального назначения.

К данной категории можно отнести и радиомикрофоны.

Примеры конструктивного исполнения изображены на рис.6.

Рис.6 — Примеры конструктивного исполнения микрофонов

Встраиваемые микрофоны

Данные микрофоны имеют различное исполнение и встраиваются непосредственно в техническое устройство (в устройства записи, переговорной, селекторной связи и т.д.). Встраиваемые микрофоны должны иметь высокую чувствительность, поэтому, как правило, это конденсаторные микрофоны с широкой односторонней направленностью (кардиоидные).

Ручные микрофоны

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

Микрофоны тангетного типа широко используются для экстренных или служебных объявлений. Конструктивной особенностью данного микрофона является наличие клавиши (кнопки) – тангенты, размещаемой на корпусе и предназначенной для оперативного включения/отключения звука. Тангента снабжается пружинным механизмом, позволяющим автоматически сбрасывать (отключать) кнопку включения. Данная функция позволяет повысить надежность работы, особенно в случае высокоприоритетного использования (в случае подключения данного микрофона к высокому приоритету системы связи или оповещения).

Радиомикрофон

• капсюль, передатчик и антенна размещены в одном корпусе (ручного) микрофона;
• капсюль и предусилитель (микрофонный усилитель) петличного или головного микрофона (гарнитуры) соединяется при помощи тонкого кабеля с карманным или поясным передатчиком.

Приемник радиомикрофона – отдельное устройство, снабженное одной или двумя антеннами. Радиоприемники работают, как правило, в УКВ диапазоне. В РМ используется принцип ВЧ модуляции. Звуковой сигнал от капсюля микрофона поступает на модулятор и передатчик, передается в эфир, далее поступает на приемник, детектируется и усиливается.

Современные РМ работают на дистанции 100-150м, используют принцип частотной модуляции , являющийся наиболее устойчивым к помехам. В последнее время появились модели РМ, использующие двух-поляризационный принцип, позволяющий увеличить стабильность приема. В такой системе два (ЧМ) сигнала различной поляризации передаются одновременно по двум каналам, повышая, тем самым, вероятность его приема (на двухантенный приемник). РМ имеют широкое применение, однако уступают проводным микрофонам по характеристикам, прежде всего из-за помех.

Настольные микрофоны

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

Рис.7 — Конструктив микрофона, на примере модели ITC-ESCORT T-621

Настольный микрофон ITC-ESCORT T-621 предназначен для подачи речевых объявлений. Включение/отключение микрофона осуществляется кнопкой, размещенной на передней панели корпуса-подставки. При включении микрофона загорается индикатор, размещенный над кнопкой включения, а также светящееся кольцо, размещенное под капсюлем. Включение микрофона сопровождается гонгом (сигналом привлечения внимания). На дне подставки размещается включатель/выключатель, а также уровень громкости гонга. Микрофон может питаться как от адаптера, так и от батареи 9В (типа “Крона”) размещаемой в нижней части подставки под крышкой. Микрофон комплектуется источником питания – адаптером постоянного напряжения ±12В, микрофонным шнуром, дополнительным ветрозащитным чехлом.

Конструктивно микрофон представляет собой набор, состоящий из подставки настольного исполнения, к которой при помощи разъема крепится капсюль, соединенный с «гусиной шеей» и гибким держателем. Защитная сетка обеспечивает первичную защиту капсюля микрофона. В микрофоне применен капсюль электретного типа, обеспечивающий высокую чувствительность и минимальную неравномерность в заявленном частотном диапазоне.