Электретные микрофоны. Микрофон электретный характеристики


Основные технические характеристики |  1.1. Общие сведения  | 1. Микрофоны  |  Читать онлайн, без регистрации

Основные технические характеристики

При выборе микрофона для миниатюрного радиопередающего устройства помимо указанных выше конструктивных особенностей электромеханических преобразователей следует учитывать и другие характеристики микрофона. Среди них особое место занимают чувствительность, частотная характеристика и номинальный диапазон частот, а также модуль полного электрического сопротивления и уже упоминавшаяся форма диаграммы направленности.

Под чувствительностью микрофона понимается соотношение его выходного напряжения и акустического давления, которое явилось инициатором появления этого напряжения. Обычно чувствительность выражается в В/Па или в мВ/Па. В специализированной литературе нередко можно встретить выражение измеренной чувствительности в дБ по отношению к базовому уровню 1 В/Па.

Чувствительность микрофона является характеристикой, зависящей от частоты, и обычно нормируется на частоте 1000 Гц. Например, у электретных микрофонов отечественного производства типов МКЭ-332 и МКЭ-333 чувствительность, в зависимости от модификации, составляет от 3 мВ/Па до 24 мВ/Па. У импортного электретного микрофона типа МСЕ100 чувствительность не хуже 5 мВ/Па, а у микрофона SZN-15E эта характеристика не хуже 58 мВ/Па.

Частотная характеристика микрофона представляет собой зависимость его выходного напряжения от частоты акустического сигнала при постоянной величине акустического давления. Обычно частотная характеристика измеряется на рабочей оси микрофона, то есть по направлению его максимальной чувствительности. Поэтому такая характеристика нередко называется осевой или фронтальной. Частотная характеристика микрофона обычно указывается в его паспортных данных. При необходимости ее можно найти в справочной литературе или в сети Интернет.

Немалое значение имеют и такие параметры микрофона, как неравномерность его частотной характеристики, измеряемая в дБ, а также номинальный диапазон частот. У отечественных электретных микрофонов типов МКЭ-332 и МКЭ-333 нижняя граница номинального диапазона частот, в зависимости от модификации, находится в пределах от 50 Гц до 100 Гц, а верхняя граница – в пределах от 12 кГц до 15 кГц. Импортный электретный микрофон типа МСЕ100 имеет номинальный диапазон частот от 50 Гц до 12000 Гц, а у микрофона типа SZN-15E номинальный диапазон частот составляет от 80 Гц до 15000 Гц. Неравномерность частотной характеристики электретных микрофонов обычно находится в пределах от 1 дБ до 3 дБ.

Модуль полного электрического сопротивления или импеданс микрофона представляет собой величину сопротивления на его выходных контактах. Знание этой величины позволяет определить необходимое входное сопротивление каскада, к входу которого предполагается подключить микрофон, например, микрофонного усилителя, обеспечив оптимальное согласование. Модуль полного электрического сопротивления микрофона является характеристикой, зависящей от частоты, и обычно нормируется на частоте 1000 Гц. Например, у электретных микрофонов отечественного производства типа МКЭ-332 и МКЭ-333, как и у импортного микрофона типа МСЕ100 модуль полного электрического сопротивления составляет около 600 Ом.

При разработке низкочастотного тракта миниатюрных транзисторных радиопередатчиков и радиомикрофонов входное сопротивление следующего каскада (микрофонного усилителя) выбирается в 5–10 раз большим, чем импеданс микрофона. Использование в качестве нагрузки микрофона каскада со слишком малым входным сопротивлением приводит к искажению частотной характеристики, увеличению искажений, а также к снижению соотношения сигнал/шум.

Диаграмма направленности микрофона представляет собой зависимость его чувствительности от угла, образованного акустической осью микрофона и осью источника акустического сигнала. Таким образом, диаграмму или характеристику направленности можно представить как зависимость чувствительности микрофона на заданной частоте от угла падения звуковой волны. Форма диаграммы направленности может быть различной, например, круговая или вытянутая у ненаправленных микрофонов, в форме «восьмерки» у микрофонов с двусторонней направленностью, в форме кардиоиды и т. п. Уже упоминавшийся микрофон типа МКЭ-332 имеет диаграмму с односторонней направленностью, а микрофон типа МКЭ-333 является ненаправленным, форма его диаграммы направленности близка к круговой.

При выборе микрофона для низкочастотного тракта миниатюрных радиопередающих устройств особое внимание следует обратить, помимо рассмотренных выше параметров, на его массу и габаритные размеры, а также на определенные конструктивные особенности. Не следует забывать и о том, что конструктивно микрофоны могут отличаться друг от друга количеством и конструкцией выводов. Необходимо отметить, что динамические микрофоны, по сравнению с конденсаторными микрофонами, более чувствительны к воздействию вибраций, как и направленные микрофоны по сравнению с приемниками давления.

velib.com

Электретные микрофоны

Частотные характеристики микрофонов

Основным электроакустическим параметром, определяющим качество работы микрофона, является его чувствительность. Чувствительностью микрофона Sм (В/Па) называется отношение электродвижущей силы Ем (В), развиваемой микрофоном, к звуковому давлению Р (Па), действующему на микрофон, Sм= Ем / Р. Зависимость чувствительности микрофона от частоты при постоянных значениях звукового давления и тока питания микрофона называется частотной характеристикой микрофона.

Чувствительность угольного микрофона на различных частотах различна. Резкое возрастание чувствительности на определенной частоте разговорного спектра возникает в результате резонанса, при совпадении частоты звуковых колебаний с частотой собственных колебаний мембраны. Неравномерный характер частотной характеристики микрофона вызывает амплитудно-частотные искажения, воспринимаемые на слух как искажения тембра голоса при разговоре.

Коэффициент неравномерности частотной характеристики микрофона определяется по формуле:

∆S=20lg Sмmax / Sмmin (дБ)

Чем меньше значение коэффициента неравномерности ∆S, тем меньше искажения вносимые микрофоном в тракт телефонной передачи.

Микрофон характеризуется также средней чувствительностью в заданном диапазоне частот.

Sм ср= ( Sм 1 +Sм 2 +…+Sм n) / n

Где n - число частот, на которых определена чувствительность.

Достоинства угольного микрофона:

1. простота устройства

2. сравнительно низкая стоимость

3. усилительная способность в процессе преобразования звуковых колебаний в электрические

Недостатки угольного микрофона:

1. значительные нелинейные и частотные искажения, вносимые микрофоном в тракт передачи

2. нестабильность характеристик во времени

3. зависимость параметров микрофона от его положения в пространстве

4. спекание и гигроскопичность зерен порошка

Чтобы разобраться в том, как работает электретный микрофон, рассмотрим схему, поясняющую принцип работы конденсаторного микрофона.

- + Б

       
   
 

R Выход

 
 

Рис.6. Схема включения конденсаторного микрофона

Мембрана и электрод выполнены из электропроводного материала и разделены изолирующим кольцом, т.е. представляют собой конденсатор. Жестко натянутая мембрана под действием звукового давления совершает колебательные движения относительно неподвижного электрода. Конденсатор включен в электрическую цепь последовательно с источником постоянного тока и нагрузочным сопротивлением. При колебаниях мембраны емкость конденсатора меняется с частотой воздействующего на мембрану звукового давления, поэтому изменяется и напряжение на обкладках конденсатора. В электрической цепи появляется переменный ток той же частоты, и на нагрузочном сопротивлении возникает переменное напряжение, которое является выходным сигналом микрофона. Конденсаторный микрофон является емкостным преобразователем, емкость которого лежит в пределах 30-150 пф. Следовательно, внутреннее сопротивление такого микрофона на низшей частоте рабочего диапазона составляет десятки и сотни мОм. Сопротивление нагрузки микрофона должно быть значительно больше его внутреннего сопротивления, или равным ему. Поэтому такие микрофоны обладают высоким выходным сопротивлением. Для его уменьшения в корпус микрофона встраивается истоковый повторитель на полевом п-канальном транзисторе. (рис. а). Это позволяет понизить выходное сопротивление до 3-4 кОм. При этом уменьшаются потери сигнала при подключении выхода микрофона ко входу усилителя сигнала микрофона. Усилитель подключается для усиления выходного сигнала микрофона.

Электретные микрофоны по принципу работы являются теми же конденсаторными, но в них отсутствует отдельный источник поляризованного напряжения. Постоянное напряжение в них обеспечивается зарядом электрета (диэлектрика), тонким слоем нанесенного на мембрану. Этот диэлектрик способен заряжаться в сильных электрических полях и при высокой температуре сохранять заряд продолжительное время. Этот заряд сохраняется свыше 30 лет. Электретные микрофоны обладают повышенными электроакустическими и техническими характеристиками и обеспечивают более разборчивую передачу речи по телефону.

           
 
   
   
 
 

а) б)

Рис. 7. Внутренние схемы электретных микрофонов (а) и (б) и схема подключения электретного микрофона с двумя выводами

У электретных микрофонов с двумя выводами выход микрофона выполнен по схеме усилителя с открытым стоком (рис.б).

studlib.info

Электретные микрофоны

Частотные характеристики микрофонов

Основным электроакустическим параметром, определяющим качество работы микрофона, является его чувствительность. Чувствительностью микрофона Sм (В/Па) называется отношение электродвижущей силы Ем (В), развиваемой микрофоном, к звуковому давлению Р (Па), действующему на микрофон, Sм= Ем / Р. Зависимость чувствительности микрофона от частоты при постоянных значениях звукового давления и тока питания микрофона называется частотной характеристикой микрофона.

Чувствительность угольного микрофона на различных частотах различна. Резкое возрастание чувствительности на определенной частоте разговорного спектра возникает в результате резонанса, при совпадении частоты звуковых колебаний с частотой собственных колебаний мембраны. Неравномерный характер частотной характеристики микрофона вызывает амплитудно-частотные искажения, воспринимаемые на слух как искажения тембра голоса при разговоре.

Коэффициент неравномерности частотной характеристики микрофона определяется по формуле:

∆S=20lg Sмmax / Sмmin (дБ)

Чем меньше значение коэффициента неравномерности ∆S, тем меньше искажения вносимые микрофоном в тракт телефонной передачи.

Микрофон характеризуется также средней чувствительностью в заданном диапазоне частот.

Sм ср= ( Sм 1 +Sм 2 +…+Sм n) / n

Где n - число частот, на которых определена чувствительность.

Достоинства угольного микрофона:

1. простота устройства

2. сравнительно низкая стоимость

3. усилительная способность в процессе преобразования звуковых колебаний в электрические

Недостатки угольного микрофона:

1. значительные нелинейные и частотные искажения, вносимые микрофоном в тракт передачи

2. нестабильность характеристик во времени

3. зависимость параметров микрофона от его положения в пространстве

4. спекание и гигроскопичность зерен порошка

Чтобы разобраться в том, как работает электретный микрофон, рассмотрим схему, поясняющую принцип работы конденсаторного микрофона.

- + Б

       
   
 

R Выход

 
 

Рис.6. Схема включения конденсаторного микрофона

Мембрана и электрод выполнены из электропроводного материала и разделены изолирующим кольцом, т.е. представляют собой конденсатор. Жестко натянутая мембрана под действием звукового давления совершает колебательные движения относительно неподвижного электрода. Конденсатор включен в электрическую цепь последовательно с источником постоянного тока и нагрузочным сопротивлением. При колебаниях мембраны емкость конденсатора меняется с частотой воздействующего на мембрану звукового давления, поэтому изменяется и напряжение на обкладках конденсатора. В электрической цепи появляется переменный ток той же частоты, и на нагрузочном сопротивлении возникает переменное напряжение, которое является выходным сигналом микрофона. Конденсаторный микрофон является емкостным преобразователем, емкость которого лежит в пределах 30-150 пф. Следовательно, внутреннее сопротивление такого микрофона на низшей частоте рабочего диапазона составляет десятки и сотни мОм. Сопротивление нагрузки микрофона должно быть значительно больше его внутреннего сопротивления, или равным ему. Поэтому такие микрофоны обладают высоким выходным сопротивлением. Для его уменьшения в корпус микрофона встраивается истоковый повторитель на полевом п-канальном транзисторе. (рис. а). Это позволяет понизить выходное сопротивление до 3-4 кОм. При этом уменьшаются потери сигнала при подключении выхода микрофона ко входу усилителя сигнала микрофона. Усилитель подключается для усиления выходного сигнала микрофона.

Электретные микрофоны по принципу работы являются теми же конденсаторными, но в них отсутствует отдельный источник поляризованного напряжения. Постоянное напряжение в них обеспечивается зарядом электрета (диэлектрика), тонким слоем нанесенного на мембрану. Этот диэлектрик способен заряжаться в сильных электрических полях и при высокой температуре сохранять заряд продолжительное время. Этот заряд сохраняется свыше 30 лет. Электретные микрофоны обладают повышенными электроакустическими и техническими характеристиками и обеспечивают более разборчивую передачу речи по телефону.

           
 
   
   
 
 

а) б)

Рис. 7. Внутренние схемы электретных микрофонов (а) и (б) и схема подключения электретного микрофона с двумя выводами

У электретных микрофонов с двумя выводами выход микрофона выполнен по схеме усилителя с открытым стоком (рис.б).

studlib.info