Трубчатые приемники

Трубчатые приемники - разновидность линейной группы микрофонов. Несколько десятков тонких трубок от сантиметра до нескольких метров, длинные находятся по середине, короткие по наружной поверхности пучка.

Рис. 13.4. Трубчатые приемники

1 - звукопроводные трубки; 2 - срез трубок;

3 - капсюль микрофона электродинамического или электромагнитного типа (приемник давления),

в зависимости от требуемого частотного диапазона;

4 - предкапсюльный объем

d - разность длин ближайших по размеру трубок.

Минимальная разность хода

, (13.7)

где q – угол между осью приемника и направлением прихода звуковой волны.

Звуковые волны, приходящие вдоль оси складываются в фазе. Приходящие под углом – сдвинуты по фазе.

Соответственно, сдвиг фаз между этими волнами

, (13.8)

Суммируя амплитуды звуковых волн всех трубок с учетом сдвига фаз, получим

; (13.9)

. (13.10)

Второй вариант – трубчатый щелевой приемник (приемник бегущей волны). Представляет собой трубку с продольной щелью (рис.13.5).

Рис.13.5. Трубчатый щелевой приемник

С некоторым приближением такую трубку можно рассматривать как множество трубок разной длины. Чтобы не было стоячих волн наружный конец трубки закрыт поглощающей тканью. Звуковые волны поступают к капсюлю в разной фазе, как в случае приемника из большого числа трубок. Изменяя площадь открытой части трубок и длину δ, можно получить микрофоны с требуемой ХН.

На практике часто встречаются остро направленные микрофоны – рефлекторные. В них капсюль не направленной или однонаправленной ХН помещается в фокусе параболического отражателя (рис. 13.6). Звуковые волны после отражения концентрируются в фокусе параболы, в месте расположения подвижного элемента капсюля. Волны, приходящие под углом к оси параболы рассеиваются рефлектором не попадая на микрофон. ХН меняется от практически ненаправленной на НЧ (диаметр рефлектора меньше длины волны) до узкого лепестка на ВЧ. ЧХ имеет подъем в сторону ВЧ, который компенсируется или электрическим путем, или спецконструкцией капсюля.

Рис. 13.6. Остро направленный микрофон

рефлекторного типа

УСТРОЙСТВО МИКРОФОНОВ

Электродинамические (катушечные, ленточные), конденсаторные (в том числе электретные), электромагнитные, пьезоэлектрические, угольные.

Самый первый – угольный микрофон, до сих пор используется в телефонии.

Угольный микрофон (рис13.7, а). На этом рисунке: 1 – диафрагма; 2 – угольный порошок; 3, 4 – электроды.

Звуковое давление воздействует на диафрагму 1, она начинает совершать колебательное движение. Вследствие этого изменяется сила сжатия зерен угольного порошка 2. Изменяется сопротивление между электродами 3, 4, соответственно изменяется ток через угольный слой. На зажимах вторичной обмотки трансформатора возникает переменное напряжение, пропорциональное звуковому давлению.

Рис. 13.7. Устройство микрофонов

Выходное напряжение определяется по зависимости

, (13.11)

где F – действующая на диафрагму микрофона результирующая сила звукового давления; U₀ – приложенное к микрофону постоянное напряжение; m – коэффициент модуляции; R_i – внутренне сопротивление микрофона; R_н – сопротивление его нагрузки; n – коэффициент трансформации; x – смещение; k – отношение коэффициента модуляции к величине смещения диафрагм микрофона.

Преимущества: высокая чувствительность (можно использовать без усилителя).

Недостатки: нестабильность работы и шум (за счет разрыва и восстановления контактов между зернами порошка), неравномерность ЧХ, значительные нелинейные искажения.

Там, где требуется высокое качество преобразования, его давно не используют.

Электромагнитный микрофон (рис13.7, б). На этом рисунке: 1 – ферромагнитная диафрагма; 2 – полюса (полюсные наконечники); 3 – магнит.

При колебаниях диафрагмы меняется магнитное сопротивление системы, а значит и магнитный поток через витки обмотки. На зажимах обмотки возникает переменное напряжение звуковой частоты.

Выходное напряжение:

, (13.12)

где Ф₀ – магнитный поток; d – зазор между полюсом и якорем; u - колебательная скорость диафрагмы (якоря); w - число витков обмотки; Z_i - внутреннее электрическое сопротивление микрофона.

Преимущества: стабильность в работе.

Недостатки: узкий частотный диапазон, большая неравномерность ЧХ, значительные нелинейные искажения.

Электродинамический микрофон (модификации: катушечный, ленточный).

а) катушечный микрофон (рис13.7, в): 1 - кольцевой зазор; 2 - постоянный магнит; 3 - подвижная катушка; 4 - диафрагма.

Имеет широкое распространение при озвучивании и звукоусилении.

В кольцевом зазоре магнитной системы, имеющей постоянный магнит, находится катушка, скрепленная с диафрагмой. При воздействии звукового давления она колеблется вместе с подвижной системой. В витках катушки возникает напряжение, являющееся выходным сигналом.

Выходное напряжение:

, (13.13)

где B – индукция в зазоре магнитной системы; l – длина проводника обмотки подвижной катушки.

Преимущества: стабильность, широкий частотный диапазон, сравнительно небольшая неравномерность частотной характеристики.

б) ленточный микрофон (рис13.7, г): 1- постоянный магнит; 2 - полюсные наконечники; 3 - тонкая, легкая алюминиевая ленточка (2 мкм).

Магнитная система микрофона состоит из постоянного магнита и полюсных наконечников, между которыми натянута ленточка из алюминия. При воздействии на обе стороны ленточки звукового давления, возникает сила, ленточка колеблется, пересекая магнитные силовые линии. На концах ленточки развивается напряжение. Сопротивление ленточки очень мало, напряжение подается на первичную обмотку повышающего трансформатора.

Выходное напряжение то же, что и для катушечного.

Преимущества: частотный диапазон широк, неравномерность частотной характеристики невелика.

Конденсаторный (электростатический) микрофон (рис13.7, д): 1 - мембрана; 2 - неподвижный электрод.

Получил наибольшее распространение.

Жестко натянутая мембрана 1 под воздействием звукового давления колеблется относительно неподвижного электрода 2, являясь вместе с ним обкладками электрического конденсатора, который включается в электрическую цепь последовательно с источником постоянного тока Е. При колебаниях мембраны ёмкость конденсатора меняется с частотой воздействующего на мембрану звукового давления. В электрической цепи появляется ток.

Выходное напряжение:

, (13.14)

где d – зазор между диафрагмой и неподвижным электродом; Z_i – внутреннее емкостное электрическое сопротивление микрофона.

У современных конденсаторных микрофонов предусмотрены связанные с микрофоном усилители, , высокое входное и низкое выходное сопротивление. Выходным сопротивлением конденсаторного микрофона является выходное сопротивление его усилителя, то же с выходным напряжением. У него самые высокие качественные показатели.

Преимущества: широкий частотный диапазон, равномерность ЧХ, низкие нелинейные и переходные искажения, высокая чувствительность, низкий уровень шумов.

Электретные микрофоны – те же конденсаторные, но постоянное напряжение обеспечивается не обычным источником, а зарядом мембраны или электрода, материалы которых сохраняют заряд длительное время.

Пьезомикрофоны (рис13.7, е): 1 – диафрагма; 2 – стержень; 3 – пьезоэлемент.

Звуковое давление воздействует на пьезоэлемент. На его обкладках вследствие пьезоэффекта возникает напряжение U.

Выходное напряжение:

, (13.15)

где k – пьезопостоянная.

Радиомикрофон – микрофон, в котором передатчик и антенна интегрированы в корпусе ручного микрофона. Микрофон используют динамический катушечный или электретный. Передатчик или совмещен с микрофоном или карманного типа. Работает на фиксированной частоте. От передатчика сигнал – через микшерский пульт в тракт. Параметры радиомикрофона уступают параметрам обычного микрофона вследствие влияния дополнительных преобразований в системе передатчик-эфир-приемник.

Имеются также инструментальные микрофоны, которые крепятся на инструменте.

Карманные передатчики имеют универсальные входы с переключаемой чувствительностью. Т.е. могут использоваться с электроинструментами, и с динамическими и конденсаторными микрофонами, питая их от своей батареи. Большинство радиомикрофонов используют в радиоканале метод ЧМ. Простые радиомикрофоны используют диапазон частот 17-220 МГц. В этом диапазоне возможно использование до 8 одновременно работающих систем. Дорогие системы используют ВЧ до 1 ГГц. Одновременно работающих микрофонов может быть до 15 и более. Эти системы помехозащищенны. Некоторые радиомикрофоны могут анализировать эфир на предмет занятости и автоматически определять оптимальные частоты передачи. Мощность передатчика – порядка 50 мВт. Тогда дистанция уверенного приема - 100-150 м.

Обычно радиомикрофоны имеют одну антенну, всвязи с чем возможно появление «мертвых» зон приема, однако большей популярностью пользуются двухантенные системы, где нет этого недостатка (они дороги и сложны).