1. Загальні відомості про мікрофонах
Мікрофон - електроакустичний прилад, який здійснює перетворення акустичних коливань на вході в електричні коливання на виході.
У СОУЕ мікрофон застосовується в якості технічного засобу. здійснює ручне, напівавтоматичне і дистанційне оповіщення.
пристрій мікрофона
На рис.1 зображена спрощена схема функціонування мікрофона.
Рис.1 - Спрощена схема функціонування мікрофона
У мікрофоні можна виділити наступні підсистеми:- АК - акустична підсистема;
- АМ - акустико-механічна підсистема;
- ЕМ - електромеханічна підсистема;
- ЕЛ - електрична підсистема.
Акустична підсистема, іноді звана антеною, характеризує мікрофон як приймач звуку. Звуковий тиск від джерела звуку, впливаючи на антену, викликає механічну силу, яка визначається розміром, формою корпусу (капсуля) мікрофона, відстанню від джерела до мікрофона, кутом падіння звукової хвилі щодо акустичної осі мікрофона (акустична вісь мікрофона, іноді звана робочої віссю, як правило , збігається з його фізичної і геометричною віссю).
Акустико-механічна підсистема служить для узгодження сили (енергії), що формується приймачем (антеною), з реакцією рухомого елемента перетворювача (наприклад, зміщенням діафрагми конденсаторного мікрофона). Ця підсистема визначає частотну характеристику (чутливості) і характеристику спрямованості мікрофона.
Електромеханічна підсистема являє собою пристрій, що перетворює механічні коливання рухомого елемента в електрорушійну силу (ЕРС). Ефективність і стабільність роботи перетворювача залежить від ряду факторів, наприклад, від площі мембрани.
Електрична підсистема (як правило, представляється у вигляді електричної схеми) виконує функцію узгодження електричної частини підсистеми з звукопідсилювальним пристроєм. У конденсаторних мікрофонах, наприклад, велике ємнісний опір капсуля д.б.н. погоджено з низькоомним входом підсилювача. Ця підсистема визначає такий параметр, як власний шум мікрофона.
Класифікація мікрофонів
Класифікація мікрофонів зображена на рис. 2.
Рис.2 - Класифікація мікрофонів
Мікрофони класифікуються за такими ознаками:- за влучним висловом спрямованості;
- за типом перетворювача;
- за конструктивним виконанням;
- за способом зв'язку.
2. Основні характеристики мікрофонів
Мікрофони характеризуються такими параметрами:- Чутливість (мікрофона) - відношення напруги на виході мікрофона до впливу на нього звуковому тиску при заданій частоті (як правило, 1 кГц), виражене в мілівольтах на паскаль (мВ / Па). Чим більше це значення, тим вище чутливість мікрофона.
- Номінальний діапазон робочих частот - діапазон частот, в якому мікрофон сприймає акустичні коливання і в якому нормуються його параметри.
- Нерівномірність частотної характеристики - різниця між максимальним і мінімальним рівнем чутливості мікрофона в номінальному діапазоні частот.
- Модуль повного електричного опору - нормоване значення вихідного або внутрішнього електричного опору на частоті 1 кГц.
- Характеристика спрямованості - залежність чутливості мікрофона (у порожній частині на певній частоті) від кута між віссю мікрофона і напрямком на джерело звуку.
чутливість мікрофона
Чутливість мікрофона M може бути представлена як відношення напруги електричного сигналу на виході U вих до звукового тиску на вході Pвх. На практиці чутливість мікрофона вимірюють в дБ:
де:- U вих - напруга електричного сигналу на виході, мВ;
- Pвх - звуковий тиск на вході мікрофона, виміряний на частоті 1 кГц (на робочої осі мікрофона, при θ = 0 °), Па.
Чутливість мікрофона визначається чутливістю всіх підсистем і істотно залежить від конструкції мікрофона (форми корпусу), а також кута (θ) падіння звукової хвилі.
3. Класифікація мікрофонів за влучним висловом спрямованості
Коли мікрофон знаходиться в різних положеннях щодо джерела звуку, його чутливість змінюється. Залежність чутливості від кута визначається коефіцієнтом спрямованості. Залежно від коефіцієнта спрямованості мікрофони можна розділити на спрямовані і ненаправлення. Спрямовані мікрофони мають високу чутливість в одному напрямку, що забезпечує високу дальність прийому. Чи не спрямовані мікрофони мають меншу чутливість рівномірну в усіх напрямках, використовуються для мінімізації впливу сторонніх шумів.
Спрямованість мікрофона визначається декількома параметрами (характеристиками).
Спрямованість мікрофона R (θ) визначається його чутливістю M (θ) при довільному куті падіння звуку (θ) до його чутливості на робочої осі (при, θ = 0 °), виміряних:- у вільному полі;
- на певній відстані (наприклад, 1м);
- на певній частоті (або в певній смузі частот).
Дана залежність називається характеристикою спрямованості мікрофона (ХН):
де:- M (θ) - чутливість мікрофона при довільному куті падіння звуку (θ), дБ;
- M (0) - осьова чутливість мікрофона, дБ.
Коефіцієнт спрямованості ω визначається як відношення квадрата осьової чутливості мікрофона M (0) (в умовах вільного поля) до квадрату чутливості, усередненої по усіх напрямках Mср, виміряних на одній і тій же частоті або в смузі частот:
Для практичної оцінки спрямованості мікрофона використовується величина, яка називається індексом спрямованості I. дБ:
Залежно від ХН мікрофони діляться на:- ненаправлення (кругові);
- двонаправлені (вісімка);
- спрямовані (кардіоїдну);
- вузькоспрямовані (суперкардіоїдна);
- гостронаправлені (гіперкардіоїдний).
ХН, яка надається в полярних координатах, називається діаграмою спрямованості (іноді, чутливості) мікрофона (ДН). На рис.3 представлені приклади ДН.
