Notice: Use of undefined constant REQUEST_URI - assumed 'REQUEST_URI' in /var/www/www-root/data/www/sound-talk.ru/index.php on line 2

Notice: Use of undefined constant DOCUMENT_ROOT - assumed 'DOCUMENT_ROOT' in /var/www/www-root/data/www/sound-talk.ru/index.php on line 5

Notice: Use of undefined constant REQUEST_URI - assumed 'REQUEST_URI' in /var/www/www-root/data/www/sound-talk.ru/index.php on line 5

Notice: Use of undefined constant DOCUMENT_ROOT - assumed 'DOCUMENT_ROOT' in /var/www/www-root/data/www/sound-talk.ru/index.php on line 11

Notice: Use of undefined constant REQUEST_URI - assumed 'REQUEST_URI' in /var/www/www-root/data/www/sound-talk.ru/index.php on line 11

Notice: Use of undefined constant REQUEST_URI - assumed 'REQUEST_URI' in /var/www/www-root/data/www/sound-talk.ru/index.php on line 28

Notice: Use of undefined constant REQUEST_URI - assumed 'REQUEST_URI' in /var/www/www-root/data/www/sound-talk.ru/index.php on line 28

Notice: Use of undefined constant REQUEST_URI - assumed 'REQUEST_URI' in /var/www/www-root/data/www/sound-talk.ru/index.php on line 28

Notice: Undefined variable: flag in /var/www/www-root/data/www/sound-talk.ru/index.php on line 28

Notice: Undefined variable: adsense7 in /var/www/www-root/data/www/sound-talk.ru/index.php on line 39

Notice: Undefined variable: adsense6 in /var/www/www-root/data/www/sound-talk.ru/index.php on line 40
Конструкция микрофона. Методы и средства защиты информации / Лекция по микрофонам / ЛЕКЦИЯ ПО МИКРОФОНАМ

Большая Энциклопедия Нефти и Газа. Конструкция микрофона


ЛЕКЦИЯ ПО МИКРОФОНАМ

9

ЛЕКЦИЯ ПО МИКРОФОНАМ

План лекции

Вступление

1. Принцип действия и общие особенности конструкции микрофонов, типы их конструкций

2. Общие технические характеристики микрофонов

Список литературы

1. Справочник по акустике / Иофе В.К., Корольков В.Т., Сапожков М.А. / Под ред. М.А. Сапожкова. – М.: Связь, 1979. – 312 с.

2. Сапожков М.А. Электроакустика. Учебник для вузов. – М.: Связь, 1978. – 272 с.

Вступление

На предыдущих лекциях мы рассмотрели особенности акустических сигналов и усилители электрических сигналов, как важный компонент системы снятия акустической информации. Для образования системы необходим промежуточный элемент – преобразователь акустического сигнала в электрический. Такие преобразователи называются микрофонами.

Сегодня мы рассмотрим принцип действия и общие особенности конструкции микрофонов их типы и назначение с точки зрения применяемости в различных условиях, общие технические характеристики и устройство отдельных типов микрофонов, а так же особенности схем их включения.

Перейдем к первому вопросу нашей лекции.

1. Принцип действия и общие особенности конструкции микрофонов, типы их конструкций

Поскольку звуковая информация это механические колебания частиц среды, то основной задачей микрофона является преобразование этих механических колебаний в электрические. Следовательно, в микрофоне должен быть воспринимающий элемент, реагирующий на малые механические колебания среды. Кроме того, должен быть элемент, позволяющий создать переменный электрический сигнал, пропорциональный воздействию внешнего малого механического воздействия, передаваемого с воспринимающего элемента. И, наконец, должен быть связующий механический элемент или пропорциональное изменение какого-либо физического поля, чем обеспечивается взаимодействие этих двух предыдущих элементов.

Все три элемента в сумме объединяются в электромеханическую систему преобразования одного вида энергии в другой, т.е. механической энергии в электрическую. Естественно, конструктивно такое объединение происходит путем размещения всех трех элементов в одном корпусе.

В общем случае это принцип построения любых видов преобразователей одного вида энергии в другой. Часто такие преобразователи называют датчиками.

В случае микрофона в качестве элемента восприятия механических колебаний среды используется диафрагма (чаще ее называют мембраной) – т.е. тонкая пластина, из гибкого упругого материала, что и обеспечивает ее перемещение в пространстве под воздействием внешнего звукового давления.

Что касается элемента создания электрического сигнала, пропорционального уровню звукового давления, передаваемого мембраной, то они могут быть разными, и именно их конструкцией определяется тип микрофона.

Микрофоны бывают шести типов:

1. Угольный.

2. Электромагнитный.

3. Электродинамический катушечный.

4. Электродинамический ленточный.

5. Конденсаторный (электростатический и электретный).

6. Пьезоэлектрический.

Первыми появились угольные микрофоны. Их конструкция поясняется на рис. 1.

Как видите, имеется два электрода, один из которых – мембрана, а второй – корпус. В корпус засыпан мелкодисперсный угольный порошок. К электродам последовательно с первичной обмоткой трансформатора подключен источник постоянного тока. Корпус имеет цилиндрическую форму. Между мембраной и корпусом расположена изолирующая эластичная круговая прокладка. При колебаниях мембраны порошок сжимается или разжимается, изменяется сопротивление порошка, поэтому ток, протекающий в первичной обмотке трансформатора изменяется. Со вторичной (повышающей) обмотки трансформатора снимается переменный сигнал, пропорциональный акустическому сигналу. Разумеется, вся конструкция помещается в наружном общем корпусе.

Сигнал на выходе угольного микрофона определяется выражением

,

где

m – коэффициент модуляции;

F – действующая на мембрану микрофона результирующая сила звукового давления;

U0 – величина приложенного к микрофону постоянного напряжения;

Ri – внутреннее сопротивление микрофона;

RH – сопротивление нагрузки микрофона;

n – коэффициент трансформации трансформатора;

x – смещение мембраны микрофона;

zм – механическое сопротивление акустико-механической системы микрофона;

k – отношение коэффициента модуляции к величине смещения мембраны микрофона.

Выходное сопротивление угольного микрофона низкое, а выходное напряжение достаточно большое (от вольта до десятка вольт), поэтому его легко согласовать с любым типом усилительного каскада.

Но основное достоинство угольного микрофона – высокая чувствительность, полностью сводится к нулю его недостатком – высоким уровнем собственных шумов, что объясняется протеканием тока через угольный порошок.

Поэтому был разработан электромагнитный микрофон, конструкция которого показана на рис. 2.

Он работает так. Перед полюсами постоянного магнита (полюсными наконечниками) расположена мембрана, выполненная из магнитного материала. На полюсных наконечниках намотана обмотка. При колебаниях мембраны меняется магнитное сопротивление системы. Поэтому в обмотке изменяется магнитный поток, что приводит к возникновению в обмотке переменного напряжения звуковой частоты. Величина этого напряжения определяется выражением

,

где

Φ0 – величина магнитного потока, исходящего из полюсного наконечника магнитной системы;

d – величина зазора между полюсными наконечниками и мембраной;

v – колебательная скорость мембраны;

w – число витков обмотки;

Zi – внутреннее электрическое сопротивление микрофона.

Остальные обозначения в соответствии с рис. 1.

Выходное сопротивление электромеханического микрофона низкое, выходное напряжение – десятки, сотни милливольт. Легко согласовать с любым типом усилительного каскада.

Недостатки: узкий частотный диапазон, очень большой уровень нелинейных искажений. Следствие – плохая разборчивость речи. Сильная зависимость отдачи микрофона от частоты, в усилителе нужна коррекция в области высоких частот. После 400 Гц необходимо обеспечить в усилителе подъем АЧХ со скоростью 6 дБ/октаву.

Эти недостатки значительно ослаблены в электродинамическом микрофоне, поэтому они нашли широкое применение.

Имеется две модификации электродинамического микрофона – катушечный и ленточный микрофон.

Конструкция катушечного электродинамического микрофона показана на рис. 3.

Катушка индуктивности соединена механически с мембраной. Катушка должна быть очень легкой. При колебаниях мембраны катушка колеблется, в ней наводится э.д.с. самоиндукции.

Выходной сигнал определяется как

,

где

В – величина индукции в зазоре магнитной системы;

l – длина проводника обмотки подвижной катушки.

Остальные обозначения – как на рис. 2.

Достоинства – малые нелинейные искажения, широкий диапазон рабочих частот, малая неравномерность АЧХ, низкое выходное сопротивление. Недостатки: относительно большие габариты, низкая отдача, что требует применение повышающего трансформатора, располагаемого в корпусе микрофона.

Конструкция ленточного электродинамического микрофона позволяет получить еще лучшие характеристики. Она показана на рис. 4.

Отличие от предыдущей конструкции состоит в том, что вместо мембраны и катушки используется тонкая металлическая ленточка (фольга) толщиной 2 мкм, закрепленная и сильно натянутая между полюсными наконечниками магнитной системы. В ленточке наводится э.д.с. самоиндукции, которая снимается через трансформатор, расположенный в корпусе микрофона. За счет уменьшения массы мембраны ленточный микрофон работает в очень широком диапазоне с малыми нелинейными искажениями и очень высокой чувствительностью.

Недостатки: большие габариты и низкая отдача. Формула для расчета выходного напряжения такая же, как для катушечной модификации.

Для высококачественных систем озвучивания применяются конденсаторные микрофоны. Конструкция такого микрофона показана на рис. 5.

Микрофон состоит из подвижного и неподвижного электродов (обкладок), разделенных изолирующей прокладкой (как правило, воздушный зазор). При движении под воздействием звукового давления подвижной обкладки (мембраны) изменяется емкостное сопротивление электрической цепи, вызывая в сопротивлении нагрузки переменный ток. Характеристики точности преобразования акустического сигнала в электрический очень хорошие. Недостатки:

1. Очень высокое выходное сопротивление, поэтому в корпусе микрофона должен быть расположен катодный или эмиттерный повторитель.

2. Необходимость использования высокого напряжения (примерно 200 В).

3. Завал АЧХ в области низких частот.

4. Большие габаритные размеры и вес.

Выходной сигнал определяется как

,

где

d – зазор между мембраной и неподвижным электродом;

Zi – внутреннее емкостное сопротивление микрофона.

Особенность! При согласовании с усилителем в качестве выходного сопротивления принимается выходное сопротивление эмиттерного (катодного) повторителя.

Существует высокочастотная схема включения, где конденсатор (микрофон) включается в резонансный контур, и в цепь подается высокочастотное напряжение на резонансной частоте. С выхода снимается амплитудно-модулированный сигнал. При этом напряжение накачки может быть низким.

Нарисовать и рассказать подробно.

Одна из разновидностей конденсаторного микрофона – электретный микрофон. Вместо напряжения на мембрану или неподвижный электрод подается электрический заряд. Появились сравнительно недавно, после появления напыленных пленок, способных сохранять электрический заряд (иногда говорят напряжение поляризации). При этом напряжение через резистор подается только на один электрод. Обладают высокой чувствительностью, хорошими характеристиками точности преобразования и малыми габаритами и весом. Широко применяются в устройствах снятия акустической информации.

В 70 – 80 годах прошлого столетия пытались применять пьезоэлектрические микрофоны и полупроводниковые, но их использование не получило широкого распространения.

Однако для снятия акустических колебаний, распространяющихся в твердых и жидких средах, такие датчики широко используются.

Поэтому рассмотрим конструкцию пьезоэлектрического микрофона, показанную на рис. 6.

К мембране микрофона прикреплена игла, которая давит на пьезокристалл. Смещение кристалла вызывает в нем ток, пропорциональный частоте и амплитуде виброперемещения.

Сигнал на выходе определяется как

,

где

k – пьезоэлектрический коэффициент.

Остальные обозначения согласно предыдущим рисункам.

Теперь, когда мы знаем особенности конструкции, достоинства и недостатки разных типов микрофонов, можно перейти к рассмотрению их общих технических характеристик. Поэтому переходим ко второму вопросу нашей лекции.

2. Общие технические характеристики микрофонов

Из тринадцати технических характеристик микрофонов, определяемых стандартами, нас интересуют три – чувствительность и характеристика направленности.

Чувствительность – это отношение напряжения холостого хода на выходе микрофона к звуковому давлению, действующему на микрофон.

Напряжение холостого хода – напряжение на выходе микрофона при его работе на сопротивление нагрузки, влияние которого пренебрежимо мало.

Характеристика направленности – зависимость чувствительности микрофона в заданном диапазоне частот со средней частотой f в свободном поле от угла между рабочей осью микрофона и направлением на источник звука.

Разумеется, результаты всех измерений характеристик выражаются, в конечном счете, в дБ.

По характеристикам направленности различают микрофоны с круговой характеристикой направленности и с кардиоидной.

Кроме того, различают микрофоны, воспринимающие только фронтальный звук, и микрофоны, воспринимающие звук с фронта и тыла. Такие микрофоны называются двунаправленными. Эта особенность микрофона определяется конструкцией его корпуса.

Для снятия информации в близком поле предпочтительнее микрофоны с круговой характеристикой направленности.

Для снятия звуковой информации с расстояния 100 - 200 м используют остронаправленные микрофоны. Как правило, это обычные микрофоны с насадкой в виде длинной трубки или нескольких трубок специальной формы с заданными акустическими свойствами.

При необходимости более подробно изучить микрофоны следует обратиться к литературе, список которой вам дан в начале лекции.

studfiles.net

Презентация на тему: Конструкция микрофона

•Конденсаторный (электростатический) микрофон

–отклонение обкладки конденсатора диафрагмой

–Небольшие размеры и масса диафрагмы

–плоская частотная характеристика в широком диапазоне частот

–более легкая и менее жесткая конструкция, чем у динамического микрофона

–требуется внешний источник питания

•9…52 В постоянного тока – от микшерского пульта, отдельного источника энергии или батарейки

Конструкция микрофона

•Электретный

–нагрудный, головной

–похож на конденсаторные микрофоны

–небольшие размеры и малая масса (легко спрятать)

•телеведущие новостных программ

•театр

•специальные в виде сережек, застежек одежды

– телевидение, киносъемка

Полярная характеристика направленности микрофона

•Всенаправленная

•Кардиоидная (однонаправленная)

–максимальное затухание сзади

•Суперкардиоидная, гиперкардиоидная

–максимальное затухание в двух точках

•Двухлепествовая («восьмерка»)

–максимальное затухание по направлению 90 градусов от оси

Повторение – Полярная характеристика направленности микрофона

Характеристика

Всенаправ-

Кардиоид-

Супер-

Гипер-

Двух-

кардиоид-

кардиоид-

лепестко-

 

ленная

ная

ная

ная

вая

 

 

 

Полярная

характеристика

направленности

Угол охвата

360

131

115

105

90

 

Угол максимального

_

180

126

110

90

отражения

 

(нулевой угол)

 

 

 

 

 

Амплитудно-частотнаяхарактеристика микрофона

•Выходной сигнал микрофона в слышимом диапазоне частот

Микрофоны

•Цель

–Назначение микрофонного предусилителя и уровень сигнала для маршрутизации и обработки

–Выбор соответствующего микрофона

Уровень сигнала микрофона и уровень сигнала на линии

•Усиление сигнала микрофона до уровня на линии – это задача микрофонного предусилителя

–все операции с сигналом (маршрутизация, обработка и т.п.) выполняются на уровне линии

микрофон предусил микшер

процессор распред.

усил. мощн. громкоговорит.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Микрофоны – Чувствительность

•Определяется как выходное напряжение при известном УЗД акустического входного сигнала

-54,5дБ / Па (1,85 мВ) 1 Па = 94 дБ (УЗД)

-35,0дБ / Па (17,8 мВ) 1 Па = 94 дБ (УЗД)

Микрофоны – размещение

6 микрофонов – Кардиоидная (однонаправленная)

2 микрофона – Всенаправленная

studfiles.net

Конструкция - микрофон - Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1

Конструкция - микрофон

Cтраница 1

Конструкция микрофона, оптимально согласующаяся с геометрией узких лазерных пучков, существенно модифицирована путем введения ограничительных упоров 4 между чувствительной мембраной 5 ( лавсановая металлизированная пленка толщиной около 3 мкм) и цилиндрическим электродом 3 с отверстиями в виде навитой на электрод тонкой проволоки 0 50 мкм. Это позволило в результате снижения натяжения мембраны с одновременной фиксацией среднего расстояния до электрода и исключения залипания повысить чувствительность микрофона по сравнению с конструкцией без упоров приблизительно на порядок.  [2]

Конструкции микрофонов, в которых звуковое давление действует несимметрично на обе стороны диафрагмы, позволяют получать разнообразные формы характеристик направленности и добиваться их меньшей зависимости от частоты.  [4]

Конструкция микрофона и электрическая схема усилителя обеспечивают малую восприимчивость к помехам, создаваемым рукой исполнителя. Для обеспечения малой восприимчивости к воздушному потоку, возникающему при работе на близком расстоянии от рта исполнителя и при работе на открытом воздухе, микрофон снабжен ветрозащитным колпачком из травленого пенополиуретана.  [6]

Конструкция микрофона, как и конструкция головного телефо на, достаточно проста ( рис. 3.63), Показанная на рис 3.64 частот ная характеристика аналогична характеристике электростатических микрофонов и имеет превосходный вид.  [7]

Конструкций микрофонов несколько: угольные, электродинамические, пьезоэлектрические и др. Но результат их действия одинаков: они преобразуют звуковые колебания в электрические.  [9]

В конструкции микрофонов использованы элементы, обеспечивающие их надежную работу, ремонтоспособность и стабильность качественных показателей.  [10]

Приведем один способ оценки удовлетворительности конструкции микрофона, который покажет, насколько сложны процессы, происходящие в угольной ячейке при работе микрофона.  [12]

На рис. 3.53 показан пример конструкции микрофона, а на рис. 3.54 - способы использования электрета в микрофонах.  [14]

С - коэффициент, зависящий от конструкции микрофона.  [15]

Страницы:      1    2

www.ngpedia.ru

Конструкция - микрофон - Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 2

Конструкция - микрофон

Cтраница 2

Большой вклад в развитие телефонной техники внес русский электротехник П. М. Голубицкий, который значительно усовершенствовал конструкцию микрофона и телефона, указал на возможность питания микрофонов от центральной батареи.  [16]

Масса и активное сопротивление воздуха в этом отверстии вместе с па - раметрами всех элементов конструкции микрофона от отверстия второго входа до заданной стороны диафрагмы образуют внутреннюю фазосдвигающую систему, обеспечивающую получение кардиоидной характеристики направленности.  [18]

Таким образом, был найден более портативный, чем жидкостный, и более чувствительный, чем электромагнитный, передатчик звуков, и изобретатели принялись интенсивно работать над созданием конструкции палочкового микрофона, удобной для практического использования.  [19]

Резкое увеличение чувствительности микрофона на определенных частотах объясняется резонансными явлениями, возникающими при совпадении частоты звуковых колебаний, воздействующих на микрофон с собственной частотой колебаний отдельных его частей. Характер частотной зависимости - определяется конструкцией микрофонного капсюля и формой рупора, в который помещен микрофон. Изменением конструкции микрофона и рупора можно изменить характер частотной зависимости и уменьшить искажения, но, как правило, при этом уменьшается чувствительность микрофона.  [20]

Коэффициент р / ро на рис. 5.7 соответствует отношению разности Др давления, действующего на обе стороны диафрагмы, к давлению р0 в свободном поле. Для другой разности хода следует умножить на ее значение величину, полученную из графика. Изменением конструкции микрофонов, в которых звуковое давление действует несимметрично на обе стороны диафрагмы, можно получить разнообразные формы характеристик направленности и добиваться их меньшей зависимости от частоты.  [22]

На основе конструкции преобразователя вибраций ( рис. 8.27) строятся акустические преобразователи звуковых колебаний в электрический сигнал микрофоны. В крышке корпуса микрофона имеются отверстия, через которые звуковые волны воздействуют на мембрану. Электрет изготавливают в виде перфорированного диска, чтобы исключить образование давления воздуха между мембраной и электретной пластиной. На рис. 8.28 приведена конструкция микрофона на основе пленочного электрета. Неподвижный электрод 4 имеет отверстия, соединяющие воздушное пространство между мембраной и электродом с нижней камерой. Под действием звуковой волны мембрана колеблется, изменяя зазор между мембраной и неподвижным электродом. Достоинством электретных микрофонов является отсутствие внешнего источника питания.  [24]

Параллельно разрабатывалась и совершенствовалась аппаратура связи. В 1850 г. академиком Б. С. Якоби был сконструирован буквопечатающий телеграфный аппарат, а с 1855 г. в США и с 1862 г. в Европе получают распространение буквопечатающие аппараты, разработанные американским изобретателем Давидом Юзом. Электромагнитный телефон был впервые применен в качестве приемника и передатчика американцем А. Г. Беллом в 1876 г. В эти же годы русский инженер М. К. Махальский предложил конструкцию микрофона с угольным порошком, принцип действия которого и основные детали сохранились в современных угольных микрофонах.  [25]

Страницы:      1    2

www.ngpedia.ru