Принцип действия микрофона: Принцип работы микрофона: конструкция, какие бывают микрофоны – Устройство современных микрофонов и динамиков — Эксперт — интернет-магазин электроники и бытовой техники

Содержание

Устройство современных микрофонов и динамиков

Работа всей современной аудиоаппаратуры основана на использовании процесса обработки, передачи и усиления путём преобразования звуковых частот в электрический сигнал и обратно. При этом динамики и микрофоны становятся важнейшими составляющими подобного оборудования.

Что такое акустика

У понятия «акустика» достаточно много значений, каждое из которых связано со звуком. Но в первую очередь это наука о звуке, его физической природе, принципах возникновения, восприятия, распространения. Одним из её разделов является электроакустика, которая позволяет исследовать вопросы приёма, воспроизведения, а также записи звуковой информации при помощи техники.

Именно в рамках таких научных изысканий изучаются вопросы формирования и развития систем вещания, телевидения, радиотелефонной связи, систем звукоусиления. Когда же речь идёт об электрической аппаратуре акустика (или акустическая система) представляет собой устройство, которое используется для преобразования токовых сигналов в звуковое колебание.

Конструкция микрофона и динамика

Конструктивно динамики (динамические головки, громкоговорители) состоят из нескольких основных конструктивных элементов:

Магнитов,
Катушек, намотанных на каркас,
Диффузоров.

Внутри каркаса с катушкой располагается постоянный магнит-сердечник, с помощью которого при подаче сигнала на вход образуется магнитное поле. При этом катушка начинает своё движение, характер которого зависит от поданных сигналов и их амплитуды (с её снижением уменьшается и ход самой катушки). Одновременно с катушкой двигается и диффузор, присоединённый к катушке, создавая при этом в воздухе звуковые колебания.

Микрофон по своей конструкции фактически повторяет динамик: его диффузор принимает воздушные колебания, а катушка напрямую связана с ним и магнитом внутри. Основным отличием стало то, что катушка динамической головки имеет меньше витков в сравнении с катушкой, которая устанавливается в микрофоне.

Устройство и принцип действия микрофона

Принцип работы любого микрофона вне зависимости от особенностей его конструктивного исполнения заключается в воздействии на тонкую мембрану звуковых колебаний воздуха. В результате мембранные колебания становятся причиной возбуждения электрических колебаний. В зависимости от типа устройства могут быть использованы различные технологии и физические явления: микрофон может быть

Электродинамическим
- Ленточным, когда материалом для катушки служит гофрированная алюминиевая фольга;
- Катушечным, оснащённым диафрагмой в кольцевом зазоре магнита, при колебаниях которой под действием звуковых волн катушка пересекается силовыми линиями и в ней наводится ЭДС;
Пьезоэлектрическим, работа которого основана на использовании кристаллических пластинок;
Конденсаторным, оснащённым конденсатором, ёмкость которого изменяется во время звуковых колебаний при вибрации одной из обкладок (для этого она изготавливается из эластичного материала).

Основными техническими параметрами всех микрофонов является их

Чувствительность – отношение выходного напряжения к звуковому давлению при заданном уровне частоты (в большинстве случаев она составляет 1000 Гц): чем она ниже, тем меньше чувствительность микрофона;
Акустическая характеристика, которая определяется интенсивностью влияния звукового поля;
Уровень собственного шума,
Амплитудно-частотная характеристика, зависящая от особенностей звуковых колебаний;
Направленность, которая определяется зависимостью чувствительности аппарата от его расположения по отношению к источнику звука.

Устройство и принцип действия динамика

Работа любой динамической головки основана на использовании в составе конструкции кольцевого магнита с полюсами, которые размещены на его плоской стороне, и его поля. Замкнутое магнитное поле при этом формируется за счёт использования стальных листов с обеих сторон элемента. Полученная система играет роль магнитопровода и по своей форме и размеру полностью совпадает с параметрами магнита.

Равномерность распределения магнитных линий обеспечивается за счёт вставленного в центральное отверстие стального цилиндра. Разница в диаметрах цилиндра и отверстия в магните определяется конструкцией катушки. В полученном зазоре происходит концентрация магнитного поля.

Катушка индуктивности, размещённая в зазоре, всегда погружается внутрь зазора на половину высоты, что позволяет обеспечить её одинаковый ход во время работы динамика в обе стороны. Подключение к катушке к источнику питания в зависимости от совпадения полярности катушки и самого магнита (при одной её совпадении она выталкивается, при противоположных значениях – втягивается) фактически обеспечивает работу всего устройства.

Для того чтобы добиться механического движения воздуха катушка фиксируется на жёстком цилиндре с бумажным конусом. При перемещении катушки конус также будет двигаться и появится звук. Исключить любые искажения помогает фиксация полученной конструкции при помощи диффузородержателя и центрирующей шайбы.

Читайте также: Что такое цифровой микрофон?

Микрофон | Digital Music Academy

Для записи звука используется микрофон:

Микрофон состоит из:

небольшой мембраны, которая свободно вибрирует под воздействием звуковых волн и
устройства, преобразующего механические колебания в электромагнитные.

Для этого используются различные способы. Например, в конденсаторном микрофоне это конденсатор. Мембрана представляет собой одну пластину конденсатора, вторая — закреплена неподвижно. При колебаниях меняется расстояние между пластинами, а следовательно, емкость конденсатора. При этом ток, проходящий в цепи, связанной с конденсатором, приобретает форму звуковой волны:

Таким образом, с помощью микрофона звуковые волны преобразуются в электрические.

Конденсаторные и динамические микрофоны

Термины «конденсаторный» и «динамический» применяются для обозначения двух основных типов высококачественных микрофонов, которые используются в настоящее время.

Отличия конденсаторных и динамических (катушечных) микрофонов:

Конденсаторные микрофоны в отличие от динамических нуждаются в дополнительном питании, зато особенности их строения позволяют выпускать миниатюрные модели, тогда как динамические микрофоны отличаются большими размерами, продиктованными спецификой их механизма.

Конденсаторные микрофоны применяются по большей части при записи вокала и акустических инструментов, а динамические в свою очередь, отличаясь более высоким уровнем перегрузочной способности, чаще используются в концертной практике, а также для работы с гитарными усилителями и ударными инструментами.
Конденсаторные микрофоны, как правило, обладают более широким частотным диапазоном.

Разновидностью конденсаторного микрофона является электретный микрофон, он значительно дешевле, менее требователен к условиям эксплуатации, но обладает более скромными характеристиками.

Разновидностью динамического микрофона является ленточный динамический микрофон. По своим характеристикам он ближе к конденсаторному и может использоваться только в студийных условиях.

Принцип действия конденсаторного микрофона

Диафрагма 1
Неподвижный проводник 2
Источник питания E
Нагрузочное сопротивление R

В качестве диафрагмы в конденсаторном микрофоне используется очень тонкая пленка из пластика (1), которую покрывают с одной стороны никелем или золотом. Эта пленка расположена рядом с неподвижной пластиной из проводника (2).

Электрическое поле между диафрагмой и этой пластиной создаётся двумя способами:

батарея или фантомное питание, с помощью которых диафрагма подвергается действию поляризующего напряжения,
в электретных микрофонах для этой цели используется перманентно поляризованный материал, который расположен в неподвижной пластине или в диафрагме.

Разделенные небольшой воздушной прослойкой, диафрагма с пластиной представляют собой конденсатор, емкость которого изменяется в зависимости от движений диафрагмы, которое происходит под воздействием звуковых волн.

Электрический заряд неподвижной пластины соразмерно изменяется в соответствии с приближением или удалением диафрагмы от нее, то есть колеблющееся напряжение пластины электрически «отображает» движения диафрагмы.

Как собирают конденсаторный Neumann U87

Принцип действия динамического микрофона

Динамический микрофон действует по принципу, противоположному механизму действия динамика. В этом случае диафрагму присоединяют к токопроводной катушке, которая расположена в магнитном поле, формируемом постоянным магнитом.

В результате воздействия звуковой волны диафрагма начинает колебаться, что, в свою очередь, вызывает перемещения звуковой катушки. Вибрирующие движения провода в магнитном поле стают причиной появления электрического тока. На направление и величину этого тока влияют движения диафрагмы, следовательно, в динамическом микрофоне ток электрически «отображает» звуковую волну.

Принцип действия электродинамического катушечного микрофона: в кольцевом зазоре 1 магнитной системы, имеющей постоянный магнит 2, находится подвижная катушка 3, скрепленная с диафрагмой 4.

При воздействии на последнюю звукового давления она вместе с подвижной катушкой начинает колебаться.
В силу этого в витках катушки, перерезывающих магнитные силовые линии, возникает напряжение, являющееся выходным сигналом микрофона (электромагнитная индукция).

Устройство ленточного электродинамического микрофона несколько отличается от устройства катушечной модификации.
Здесь магнитная система микрофона состоит из постоянного магнита 1 и полюсных наконечников 2, между которыми натянута легкая, обычно алюминиевая, тонкая (порядка 2 мкм) ленточка 3.
При воздействии на обе ее стороны звукового давления возникает сила, под действием которой ленточка начинает колебаться, пересекая при этом магнитные силовые линии, вследствие чего на ее концах развивается напряжение.

Динамический микрофон своими руками

Устройство электродинамической головки благодаря свойству обратимости идентично по принципу действия устройству динамического микрофона, и, таким образом, эти устройства могут быть взаимозаменяемыми.

Например, во многих конструкциях переговорных устройств, домофонов, и даже в подслушивающих устройствах, некогда монтировавшихся спецслужбами в приёмники проводного радиовещания, в качестве приёмника звука — микрофона могли использоваться динамические головки.

Различные виды микрофонов

Угольный микрофон (а) Первым устройством, использующимся только в качестве микрофона стал угольный микрофон Эдисона, об изобретении которого также независимо заявляли Генрих Махальский в 1878 году и Павел Голубицкий в 1883 году. Действие его основывается на изменении сопротивления между зёрнами угольного порошка при изменении давления на их совокупность.
Конденсаторный микрофон (д) Конденсаторный микрофон был изобретён инженером Bell Labs Эдуардом Венте (Edward Christopher Wente) в 1916 году. В нём звук воздействует на тонкую металлическую мембрану, изменяя расстояние между мембраной и металлическим корпусом. Тем самым образуемый мембраной и корпусом конденсатор меняет ёмкость. Если подвести к пластинам постоянное напряжение, изменение ёмкости вызовет ток через конденсатор, тем самым образуя электрический сигнал во внешней цепи.
Электретный микрофон, изобретённый японским учёным Ёгути в начале 1920-х годов, по принципу действия и конструкции близок к конденсаторному, однако в качестве неподвижной обкладки конденсатора и источника постоянного напряжения выступает пластина из электрета (материала, способного сохранять поверхностный заряд в течение длительного времени).
Пьезоэлектрический микрофон (е) Пьезоэлектрический микрофон, сконструированный советскими учёными С. Н. Ржевкиным и А. И. Яковлевым в 1925 году, имеет в качестве датчика звукового давления пластинку из вещества, обладающего пьезоэлектрическими свойствами (т.е. при сжатии продуцирующего электрический заряд).
Ленточный электродинамический микрофон (г) Первым динамическим микрофоном стал изобретённый в 1924 году немецкими учёными Эрлахом (Gerwin Erlach) и Шоттки электродинамический микрофон ленточного типа. Они расположили в магнитном поле гофрированную ленточку из очень тонкой (около 2 мкм) алюминиевой фольги. Такие микрофоны до сих пор применяются в студийной звукозаписи благодаря чрезвычайно широким частотным характеристикам, однако их чувствительность невелика, выходное сопротивление очень мало (доли ома), что значительно осложняет проектирование усилителей. Кроме того, достаточная чувствительность достижима только при значительной площади ленточки (а значит, и размерах магнита), в результате такие микрофоны имеют бо́льшие размеры и массу по сравнению со всеми остальными типами.
Катушечный электродинамический микрофон (в) В 1931 году американские инженеры Венте и Тёрэс (Albert L. Thuras) изобрели динамический микрофон с катушкой, приклеенной к тонкой мембране из полистирола или фольги. В отличие от ленточного, он имел существенно более высокое выходное сопротивление (десятки ом и сотни килоом), мог быть изготовлен в меньших размерах и является обратимым. Совершенствование характеристик именно этих микрофонов, в сочетании с совершенствованием звукоусилительной и звукозаписывающей аппаратуры, позволило развиться индустрии звукозаписи не только в студийных условиях.
Электромагнитный микрофон (б) Тогда же разработанные электромагнитные микрофоны, в отличие от электродинамических, имеют закреплённый на мембране постоянный магнит и неподвижную катушку.

Устройство и принцип действия микрофонов

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 ее, 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.

Первым получил распространение угольный микрофон, который и до сих пор используют в телефонии. Действие его основывается на изменении сопротивления между зернами угольного порошка при изменении давления на их совокупность.

Угольный микрофон) работает следующим образом. При воздействии звукового давления на его диафрагму она начинает колебаться. В такт этим колебаниям изменяется и сила сжатия зерен угольного порошка , в связи с чем изменяется сопротивление между электродами , а при постоянном электрическом напряжении изменяется и ток через микрофон. Если, скажем, включить микрофон к первичной обмотке трансформатора Т, то на зажимах его вторичной обмотки будет возникать переменное напряжение, форма кривой которого будет отображать форму кривой звукового давления, воздействующего на диафрагму микрофона.
Основное преимущество угольного микрофона — высокая чувствительность, позволяющая использовать его без усилителей. Недостатки — нестабильность работы и шум из-за того, что полезный электрический сигнал вырабатывается при разрыве и восстановлении контактов между отдельными зернами порошка, большая неравномерность частотной характеристики и значительные нелинейные искажения.

После угольного микрофона появился электромагнитный микрофон, который работает следующим образом Перед полюсами (полюсными наконечниками) магнита располагают ферромагнитную диафрагму или скрепленный с ней якорь. При колебаниях диафрагмы под воздействием на нее звукового давления меняется магнитное сопротивление системы, а значит, и магнитный поток через витки обмотки, намотанной на магнитопровод этой системы. Благодаря этому на зажимах обмотки возникает переменное напряжение звуковой частоты, являющееся выходным сигналом микрофона.
Электромагнитный микрофон стабилен в работе. Однако ему свойственны узкий частотный диапазон, большая неравномерность частотной характеристики и значительные нелинейные искажения. В противоположность электромагнитному микрофону чрезвычайно широкое распространение для целей озвучения, звукоусиления получил электродинамический микрофон в своих двух модификациях — катушечной и ленточной.

Принцип действия электродинамического катушечного микрофона состоит в следующем В кольцевом зазоре магнитной системы, имеющей постоянный магнит , находится подвижная катушка , скрепленная с диафрагмой . При воздействии на последнюю звукового давления она вместе с подвижной катушкой начинает колебаться. В силу этого в витках катушки, перерезывающих магнитные силовые линии, возникает напряжение, являющееся выходным сигналом микрофона. Электродинамический микрофон стабилен, имеет довольно широкий частотный диапазон, сравнительно небольшую неравномерность частотной характеристики.

Устройство ленточного электродинамического микрофона несколько отличается от устройства катушечной модификации Здесь магнитная система микрофона состоит из постоянного магнита и полюсных наконечников , между которыми натянута легкая, обычно алюминиевая, тонкая (порядка 2 мкм) ленточка . При воздействии на обе ее стороны звукового давления возникает сила, под действием которой ленточка начинает колебаться, пересекая при этом магнитные силовые линии, вследствие чего на ее концах развивается напряжение.
Т.к. сопротивление ленточки очень мало, то для уменьшения падения напряжения на соединительных проводниках напряжение, развиваемое на концах ленточки подается на первичную обмотку повышающего трансформатора, размещенного непосредственно вблизи ленточки. Напряжение на зажимах вторичной обмотки трансформатора является выходным напряжением микрофона. Частотный диапазон этого микрофона довольно широк, а неравномерность частотной характеристики невелика.

Для электроакустических трактов высокого качества наибольшее распространение в настоящее время получил конденсаторный микрофон. Принципиально он работает следующим образомЖестко натянутая мембрана под воздействием звукового давления может колебаться относительно неподвижного электрода , являясь вместе с ним обкладками электрического конденсатора. Этот конденсатор включается в электрическую цепь последовательно с источником постоянного тока Е и активным нагрузочным сопротивлением R. При колебаниях мембраны емкость конденсатора меняется с частотой воздействующего на мембрану звукового давления, в связи с чем в электрической цепи появляется переменный ток той же частоты и на нагрузочном сопротивлении возникает падение напряжения, являющееся выходным сигналом микрофона.
Нагрузочное сопротивление должно быть большим, чтобы падение напряжения на нем не уменьшалось сильно на низких частотах, где емкостное сопротивление конденсатора очень велико и эксплуатация такого микрофона была бы невозможна из-за сравнительно небольшого сопротивления микрофонных линий и нагрузки. По этой причине почти у всех современных конденсаторных микрофонов предусмотрены конструктивно связанные с самим микрофоном усилители, имеющие малый коэффициент усиления (порядка 1), высокое входное и низкое выходное сопротивления.
Конденсаторные микрофоны имеют самые высокие качественные показатели: широкий частотный диапазон, малую неравномерность частотной характеристики, низкие нелинейные и переходные искажения, высокую чувствительность и низкий уровень шумов.

Электретные микрофоны, по существу, те же конденсаторные, но постоянное напряжение для них обеспечивается не обычным источником, а электрическим зарядом мембраны или неподвижного электрода, материалы которых отличаются тем, что способны сохранять этот заряд длительное время.

Некоторое распространение получили микрофоны пьезоэлектрические Их действие основано на том, что звуковое давление воздействует непосредственно или через диафрагму 1 и скрепленный с ней стержень 2 на пьезоэлектрический элемент 3. При деформации последнего на его обкладках вследствие пьезоэлектрического эффекта возникает напряжение, являющееся выходным сигналом микрофона.

Действие транзисторных микрофонов (весьма мало распространенных) основывается на том, что под действием звукового давления на диафрагму и скрепленное с ней острие, являющееся одновременно эмиттером полупроводникового триода, изменяется сопротивление эмиттерного перехода через него. Хотя транзисторные микрофоны с диафрагмой достаточно чувствительны, но они недостаточно стабильны и их частотные характеристики даже в сравнительно узком диапазоне частот неравномерны.

Стереофонический микрофон представляет собой систему из двух микрофонов, конструктивно размещенных в общем корпусе на одной оси друг над другом. Для записи по системе XY применяют стереофонические микрофоны, состоящие из двух одинаковых монофонических микрофонов с кардиоидными характеристиками направленности, причем акустические оси левого и правого микрофонов повернуты на 90° относительно друг друга (). При записи по системе MS один из микрофонов (микрофон середины) имеет круговую характеристику направленности, а другой (микрофон стороны) — косинусоидальную характеристику направленности

Радиомикрофон представляет собой систему, состоящую из микрофона, переносного малогабаритного передатчика и стационарного приемника. Микрофон чаще всего используют динамический катушечный или электретный. Передатчик либо совмещают в одном корпусе с микрофоном, либо выполняют карманного типа. Он излучает энергию радиочастот в УКВ диапазоне на одной из фиксированных частот. Вследствие влияния дополнительных преобразований в системе «передатчик — эфир — приемник» качественные параметры радиомикрофона уступают параметрам обычного микрофона.

Микрофон — Википедия

Микрофо́н (от греч. μικρός — маленький, φωνη — голос) — электроакустический прибор, преобразующий акустические колебания в электрический сигнал.

История

В телефонном аппарате Белла, микрофон, как отдельный узел, отсутствовал, его функцию выполнял электромагнитный капсюль, совмещавший в себе функции микрофона и телефонного капсюля. Первым устройством, использующимся только в качестве микрофона стал угольный микрофон Эдисона, об изобретении которого также независимо заявляли Генрих Махальский в 1878 году и Павел Голубицкий в 1883 году. Действие его основывается на изменении сопротивления между зёрнами угольного порошка при изменении давления на их совокупность.

Конденсаторный микрофон был изобретён инженером Bell Labs Эдуардом Венте (Edward Christopher Wente) в 1916 году. В нём звук воздействует на тонкую металлическую мембрану, изменяя расстояние между мембраной и металлическим корпусом. Тем самым образуемый мембраной и корпусом конденсатор меняет ёмкость. Если подвести к пластинам постоянное напряжение, изменение ёмкости вызовет ток через конденсатор, тем самым образуя электрический сигнал во внешней цепи.

Более массовыми стали динамические микрофоны, отличающиеся от угольных гораздо лучшей линейностью характеристик и хорошими частотными свойствами, а от конденсаторных — более приемлемыми электрическими свойствами. Первым динамическим микрофоном стал изобретённый в 1924 году немецкими учёными Эрлахом (Gerwin Erlach) и Шоттки электродинамический микрофон ленточного типа. Они расположили в магнитном поле гофрированную ленточку из очень тонкой (около 2 мкм) алюминиевой фольги. Такие микрофоны до сих пор применяются в студийной звукозаписи благодаря чрезвычайно широким частотным характеристикам, однако их чувствительность невелика, выходное сопротивление очень мало (доли ома), что значительно осложняет проектирование усилителей. Кроме того, достаточная чувствительность достижима только при значительной площади ленточки (а значит, и размерах магнита), в результате такие микрофоны имеют бо́льшие размеры и массу по сравнению со всеми остальными типами.

Пьезоэлектрический микрофон, сконструированный советскими учёными С. Н. Ржевкиным и А. И. Яковлевым в 1925 году, имеет в качестве датчика звукового давления пластинку из вещества, обладающего пьезоэлектрическими свойствами. Работа в качестве датчика давления позволила создать первые гидрофоны и записать сверхнизкочастотные звуки, характерные для морских обитателей.

В 1931 году американские инженеры Венте и Тёрэс (Albert L. Thuras) изобрели динамический микрофон с катушкой, приклеенной к тонкой мембране из полистирола или фольги. В отличие от ленточного, он имел существенно более высокое выходное сопротивление (десятки ом и сотни килоом), мог быть изготовлен в меньших размерах и является обратимым. Совершенствование характеристик именно этих микрофонов, в сочетании с совершенствованием звукоусилительной и звукозаписывающей аппаратуры, позволило развиться индустрии звукозаписи не только в студийных условиях. Создание малых по размеру (даже несмотря на массу постоянного магнита, необходимого для работы микрофона), а также чрезвычайно чувствительных и узконаправленных динамических микрофонов в заметной степени изменило представление о приватности и породило ряд изменений в законодательстве (в частности, о применении подслушивающих устройств).

Тогда же разработанные электромагнитные микрофоны, в отличие от электродинамических, имеют закреплённый на мембране постоянный магнит и неподвижную катушку. Благодаря отсутствию жёстких требований к массе катушки (характерном для динамических микрофонов) такие микрофоны делались высокоомными, а также порой имели многоотводные катушки, что делало их более универсальными. Такие микрофоны, наряду с пьезоэлектрическими, позволили создать эффективные слуховые аппараты, а также ларингофоны.

Электретный микрофон, изобретённый японским учёным Ёгути в начале 1920-х годов, по принципу действия и конструкции близок к конденсаторному, однако в качестве неподвижной обкладки конденсатора и источника постоянного напряжения выступает пластина из электрета. Долгое время такие микрофоны были относительно дороги, а их очень высокое выходное сопротивление (как и конденсаторных, единицы мегаом и выше) заставляло применять исключительно ламповые схемы. Создание полевых транзисторов привело к появлению чрезвычайно эффективных, миниатюрных и лёгких электретных микрофонов, совмещённых с собранным в том же корпусе предусилителем на полевом транзисторе.

Устройство микрофона

Принцип действия микрофона с подвижной катушкой

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

Типы микрофонов по принципу действия

Сравнительные характеристики основных типов микрофонов (устаревшие данные из «БСЭ» 1967 год):

Тип микрофона	Диапазон воспринимаемых частот, Гц	Неравномерность частотной характеристики, дБ	Осевая чувствительность на частоте 1 000 Гц, мВ/Па
Угольный	300—3400	20	1000
Электродинамический катушечного типа	100—10 000 (1 класса) 30—15 000 (высшего класса)	12	0,5 ~1,0
Электродинамический ленточного типа	50—10 000 (1 класса) 70—15 000 (высшего класса)	10	1 1,5
Конденсаторный	30—15 000	5	5
Пьезоэлектрический	100—5000	15	50
Электромагнитный	300—5000	20	5

Функциональные виды микрофонов

Студийный микрофон
Сценический микрофон
Измерительный микрофон («искусственное ухо»)
Микрофонный капсюль для телефонных аппаратов
Микрофон для применения в радиогарнитурах
Микрофон для скрытого ношения
Ларингофон
Гидрофон

Характеристики микрофонов

Схематическое обозначение микрофона

Микрофоны любого типа оцениваются следующими характеристиками:

чувствительность
амплитудно-частотная характеристика
акустическая характеристика микрофона
характеристика направленности
уровень собственных шумов микрофона

Чувствительность

Чувствительность микрофона определяется отношением напряжения на выходе микрофона к звуковому давлению Р₀, как правило, в свободном звуковом поле^[1], то есть при отсутствии влияния отражающих поверхностей^[2]. При распространении синусоидальной звуковой волны в направлении рабочей оси микрофона это направление называется осевой чувствительностью:

M₀ = U/P₀ (мВ/Па).

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.

Таким образом, микрофон с чувствительностью −75 дБ менее чувствителен, чем −54 дБ, а с обозначением 2 мВ/Па менее чувствителен, чем 20 мВ/Па. Для ориентировки : −54 дБ это то же, что и 2,0 мВ/Па. Также надо учесть, что если у микрофона меньше чувствительность, это вовсе не означает, что он хуже.

Частотная характеристика чувствительности

ЧХЧ микрофонов Октава МК-319 и Shure SM58

Частотная характеристика чувствительности (ЧХЧ) — это зависимость осевой чувствительности микрофона от частоты звуковых колебаний в свободном поле. Неравномерность ЧХЧ, как правило, измеряют в децибелах как двадцать логарифмов (по основанию 10) отношения чувствительности микрофона на определённой частоте к чувствительности на опорной частоте (в основном 1 кГц).

Акустическая характеристика

Влияние звукового поля микрофона оценивается акустической характеристикой, которая определяется отношением силы, действующей на диафрагму микрофона, и звуковым давлением в свободном звуковом поле: A = F/P, а потому, что чувствительность микрофона M = U/P можно представить как U/P = U/F • F/P и выразить через А. Тогда получим: M = A • U / F. Отношение напряжения на выходе микрофона к силе, действующей на диафрагму U/F, характеризует микрофон как электромеханический преобразователь. Акустическая характеристика определяет характеристику направленности микрофона. По виду акустической характеристики, а, следовательно, и характеристики направленности, отличают три типа микрофонов как приёмников звука: приёмники давления; градиента давления; комбинированные.

Характеристика направленности

**Направленность микрофонов. Представление в полярных координатах**
приёмники давления
	Ненаправленный
приёмники градиента давления
	Двунаправленный «Восьмёрка»
комбинированные
	Кардиоида
	Гиперкардиоида

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

φ = M_α/M₀

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

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.

Микрофоны двустороннего направления

В 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. Также их применение удобно в студиях звукозаписи при записи голоса с одновременной игрой на инструментах — так как они хорошо отсекают звуки, приходящие несоосно с основным, а также при некоторых способах записи стереозвука (технология Блюмлейна).

Микрофоны одностороннего направления

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.

Уровень шумов

Эквивалентный уровень шума (equivalent noise). В соответствии с международными стандартами собственный уровень шума микрофона определяется как уровень звукового давления, который создаёт напряжение на выходе микрофона, равное напряжению, возникающему в нём только за счёт собственных шумов при отсутствии звукового сигнала. Он может быть рассчитан по формуле

L_pЭ=20lg U_ш/Sρ0,

где:

U_ш — квадратный корень из разности квадратов значений напряжения на выходе испытательного стенда по ГОСТ 16123-88 (IEC 60268-4), измеренное при подключенном микрофоне и при замене его на резистор – эквивалент модуля сопротивления испытуемого микрофона,

S — чувствительность микрофона на частоте 1000 Гц, ρ0=2,10⁻⁵Па.

Способы измерения этого параметра несколько отличаются в разных стандартах, поэтому обычно в современных каталогах приводятся два значения эквивалентного уровня шумов: по стандарту DIN 45 412 (IEC 60268-1) и по стандарту DIN 45 405 (CCIR 468-3). В первом случае при измерениях используется взвешивающая стандартная кривая А. Во втором случае используется другая форма взвешивающей кривой (психометрическая кривая 468) и отличия в методике, более подходящей для измерительных микрофонов.

Защита для микрофонов

Для микрофонов существуют различные типы защиты: накладки из полиуретана, поп-фильтры, звукозаглушающие боксы и капсюли (решётки).

Микрофон со снятой защитой.
«Дохлая кошка» и «дохлый котёнок». Дохлая кошка закрывает стереомикрофон для DSLR-камеры. Названия отличаются из-за разных размеров.
Микрофонная решётка (капсюль), защищающая микрофон от ветра и тому подобного.

Типы подключения

Проводные микрофоны с неразъёмным кабелем. Для цветовой маркировки перемотаны изолентой

Большинство микрофонов подключается к звуковому оборудованию посредством кабеля. Кабели могут быть либо , либо разъёмными. Последние применяются чаще всего. Долгие годы во время выступления на сцене, конференциях и тому подобном применялись именно проводные микрофоны, так как они неприхотливы и просты в эксплуатации. Профессиональные микрофоны имеют трёхпроводное балансное подключение (разъёмы XLR) для снижения наводок и помех. Для работы конденсаторных микрофонов звуковое оборудование должно иметь режим фантомного питания.

Также существуют более сложные устройства — радиомикрофоны (беспроводные микрофоны, радиосистемы), — которые составляют конкуренцию проводным микрофонам, хотя и не вытесняют их совсем (они также применяются для выступления на сцене, на конференциях). Внутри такого микрофона находится радиопередатчик, передающий по радио звуки на расположенный поблизости радиоприёмник (ресивер) через внутреннюю антенну (у некоторых беспроводных микрофонов также встречается внешняя антенна; у ресивера обязательно имеется внешняя антенна). Рабочая частота ресивера строго соответствует рабочей частоте передатчика микрофона (рабочая частота измеряется в мегагерцах (МГц, MHz) и может достигать нескольких сотен единиц — это УКВ-радиосвязь (или FM; иногда в техническом описании указано «FM wireless microphone»)). Приёмник подключается к звуковому оборудованию посредством кабеля, сам же питается от электросети.

Главное удобство радиомикрофонов в том, что они в отличие от проводных имеют хотя и ограниченную мощностью передатчика, но бо́льшую свободу передвижения. Недостаток — относительно частая разрядка элементов питания (аккумуляторов)^[3].

Радиомикрофоны бывают как бытового, так и профессионального уровня. Бытовые обычно работают по принципу «plug and play» («включи и работай») и имеют только настройки выходной громкости. У радиосистем профессиональных серий на ресивере и самом микрофоне можно установить желаемые настройки сигнала для каждого конкретного микрофона (иные названия: калибровка, отстройка), что позволяет одному ресиверу обслуживать иногда сразу 10 и более радиомикрофонов, кроме того, качество сигнала и передаваемых звуков у них гораздо выше, нежели у бытовых, поэтому профессиональные радиомикрофоны так хорошо себя зарекомендовали на концертах. Также бывают цифровые микрофонные радиосистемы из тех же профессиональных серий.

Наиболее известными производителями профессиональных радиомикрофонов являются Sennheiser, Beyerdynamic (Германия) и Shure (США)^{[источник не указан 1270 дней]}.

На фото для примера показан радиомикрофон «Nady DKW-Duo». Когда в концерте участвует несколько радиомикрофонов, то для цветовой маркировки их обычно перематывают изолентой (как на фото), поскольку они идентичны по виду (если одного типа и серии)^[4].

Радиомикрофон со специальным радиоприёмником

См. также

Примечания

Литература

Микрофон // Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона : в 86 т. (82 т. и 4 доп.). — СПб., 1890—1907.
Микрофон // Фотокинотехника: Энциклопедия / Гл. ред. Е. А. Иофис. — М.: Советская энциклопедия, 1981.
Сапожков М. А. Электроакустика. Учебник для вузов. — М.: «Связь», 1978. — 272 с. — 30 000 экз.
Сидоров И. Н., Димитров А. А. Микрофоны и телефоны. — «Радио и связь», 1993. — 152 с. — (Массовая радиобиблиотека; Вып. 1197). — 20 000 экз. — ISBN 5-256-01072-7, ISBN 978-5-256-01072-0.
Фурдуев В. В. Акустические основы вещания. — М.: Государственное издательство литературы по вопросам связи и радио, 1960.
Дольник А. Г., Эфрусси М. М. Микрофоны. — 2 изд.. — М.: Энергия, 1967.
Б. Я. Меерзон. Основы звукорежиссуры и оборудование студий звукозаписи. — 2-е изд.. — М.: Гуманитарный институт телевидения и радиовещания имени М.А. Литовчина, 2012. — С. 80—81. — 2 с. — ISBN 978-5-942237-029-9.
Нисбетт А. Применение микрофонов. — М.: Искусство, 1981. — 173 с. — 16 000 экз.

Ссылки

Микрофон Википедия

История

Устройство микрофона

Принцип действия микрофона с подвижной катушкой

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

Типы микрофонов по принципу действия

Сравнительные характеристики основных типов микрофонов (устаревшие данные из «БСЭ» 1967 год):

Тип микрофона	Диапазон воспринимаемых частот, Гц	Неравномерность частотной характеристики, дБ	Осевая чувствительность на частоте 1 000 Гц, мВ/Па
Угольный	300—3400	20	1000
Электродинамический катушечного типа	100—10 000 (1 класса) 30—15 000 (высшего класса)	12	0,5 ~1,0
Электродинамический ленточного типа	50—10 000 (1 класса) 70—15 000 (высшего класса)	10	1 1,5
Конденсаторный	30—15 000	5	5
Пьезоэлектрический	100—5000	15	50
Электромагнитный	300—5000	20	5

Функциональные виды микрофонов

Студийный микрофон
Сценический микрофон
Измерительный микрофон («искусственное ухо»)
Микрофонный капсюль для телефонных аппаратов
Микрофон для применения в радиогарнитурах
Микрофон для скрытого ношения
Ларингофон
Гидрофон

Характеристики микрофонов

Схематическое обозначение микрофона

Микрофоны любого типа оцениваются следующими характеристиками:

чувствительность
частотная характеристика чувствительности
акустическая характеристика микрофона
характеристика направленности
уровень собственных шумов микрофона

Чувствительность

M₀ = U/P₀ (мВ/Па).

Частотная характеристика чувствительности

ЧХЧ микрофонов Октава МК-319 и Shure SM58

Акустическая характеристика

Характеристика направленности

**Направленность микрофонов. Представление в полярных координатах**
приёмники давления
	Ненаправленный
приёмники градиента давления
	Двунаправленный «Восьмёрка»
комбинированные
	Кардиоида
	Гиперкардиоида

φ = M_α/M₀

Ненаправленные микрофоны

Микрофоны двустороннего направления

Микрофоны одностороннего направления

Уровень шумов

L_pЭ=20lg U_ш/Sρ0,

где:

S — чувствительность микрофона на частоте 1000 Гц, ρ0=2,10⁻⁵Па.

Защита для микрофонов

Микрофон со снятой ветрозащитой.
Меховая ветрозащита (разговорное «собака»; в английском языке используются термины «дохлая кошка» (dead cat) или «дохлый котёнок» (dead kitten), в зависимости от размера. Самая эффективная защита от шума ветра. Надевается на жесткий кожух «цеппелин».
Микрофонная решётка («корзина»), защищающая капсюль микрофона от ветра (задувания).

Типы подключения

Проводные микрофоны с неразъёмным кабелем. Для цветовой маркировки перемотаны изолентой

Наиболее известными производителями профессиональных радиомикрофонов являются Sennheiser, Beyerdynamic (Германия) и Shure (США)^{[источник не указан 1733 дня]}.

Радиомикрофон со специальным радиоприёмником

См. также

Примечания

Литература

Микрофон // Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона : в 86 т. (82 т. и 4 доп.). — СПб., 1890—1907.
Микрофон // Фотокинотехника: Энциклопедия / Гл. ред. Е. А. Иофис. — М.: Советская энциклопедия, 1981. — 447 с.
Сапожков М. А. Электроакустика. Учебник для вузов. — М.: «Связь», 1978. — 272 с. — 30 000 экз.
Сидоров И. Н., Димитров А. А. Микрофоны и телефоны. — «Радио и связь», 1993. — 152 с. — (Массовая радиобиблиотека; Вып. 1197). — 20 000 экз. — ISBN 5-256-01072-7, ISBN 978-5-256-01072-0.
Фурдуев В. В. Акустические основы вещания. — М.: Государственное издательство литературы по вопросам связи и радио, 1960.
Дольник А. Г., Эфрусси М. М. Микрофоны. — 2 изд.. — М.: Энергия, 1967.
Б. Я. Меерзон. Основы звукорежиссуры и оборудование студий звукозаписи. — 2-е изд.. — М.: Гуманитарный институт телевидения и радиовещания имени М.А. Литовчина, 2012. — С. 80—81. — 2 с. — ISBN 978-5-942237-029-9.
Нисбетт А. Применение микрофонов. — М.: Искусство, 1981. — 173 с. — 16 000 экз.

Ссылки

3. Разновидности микрофонов. Основные требования, предъявляемые к микрофонам. Типы микрофонов по принципу действия

1.Понятие звука. Характеризующие составляющие звука. Диапазон звуковых волн, воспринимаемый человеком. Инфразвук, Ультразвук.

Понятие звука.

Звук, в широком смысле — упругие волны, распространяющиеся в какой-либо упругой среде и создающие в ней механические колебания; в узком смысле — субъективное восприятие этих колебаний специальными органами чувств животных или человека.

Звуковые волны могут служить примером колебательного процесса. Всякое колебание связано с нарушением равновесного состояния системы и выражается в отклонении её характеристик от равновесных значений с последующим возвращением к исходному значению. Для звуковых колебаний такой характеристикой является давление в точке среды, а её отклонение — звуковым давлением.

Если произвести резкое смещение частиц упругой среды в одном месте, например, с помощью поршня, то в этом месте увеличится давление. Благодаря упругим связям частиц давление передаётся на соседние частицы, которые, в свою очередь, воздействуют на следующие, и область повышенного давления как бы перемещается в упругой среде. За областью повышенного давления следует область пониженного давления, и, таким образом, образуется ряд чередующихся областей сжатия и разряжения, распространяющихся в среде в виде волны. Каждая частица упругой среды в этом случае будет совершать колебательные движения.

В жидких и газообразных средах, где отсутствуют значительные колебания плотности, акустические волны имеют продольный характер, то есть направление колебания частиц совпадает с направлением перемещения волны. В твёрдых телах, помимо продольных деформаций, возникают также упругие деформации сдвига, обусловливающие возбуждение поперечных (сдвиговых) волн; в этом случае частицы совершают колебания перпендикулярно направлению распространения волны. Скорость распространения продольных волн значительно больше скорости распространения сдвиговых волн.

Характеристики звука.

Звуковой сигнал можно представить, как совокупность различных синусоидальных составляющих. Каждая составляющая характеризуется рядом параметров.

Высота звука — определяется частотой звуковой волны (или, периодом волны). Чем выше частота, тем выше звучание:

Высота звука измеряется в герцах или килогерцах. 1 гц=1:С Т.е. колебание в 1 гц соответствует волне с периодом в 1 сек.

Громкость звука – определяется амплитудой сигнала, чем выше амплитуда, тем громче сигнал.

Громкость звука измеряется в децибелах и обозначается Дб. Единица измерения, названная в честь Александра Грэма Белла. Приставка деци применяется для обозначения единиц в долях, равных 1:10. 1 Дб=1:10 Б.

Громкость это уровень мощности, которая пропорциональна амплитуде звукового сигнала.

В соответствии с частотой, звуковые волны принято разделять на следующие диапазоны: инфразвук — до 16 Гц

слышимый звук — 16 Гц — 20000 Гц

ультразвук — 20 Кгц — 1000 МГц

гиперзвук — выше 109 Гц.

Порог слышимости — минимальная величина звукового давления, при которой звук данной частоты может быть ещё воспринят ухом человека. Величину порога слышимости принято выражать в децибелах, принимая за нулевой уровень звукового давления 2×10−5Н/м2 или 20×10−6Н/м2 при частоте 1 кГц (для плоской звуковой волны). Порог слышимости зависит от частоты звука. При действии шумов и других звуковых раздражителей порог слышимости для данного звука повышается (см. Маскировка звука), причём повышенное значение порога слышимости сохраняется некоторое время после прекращения действия мешающего фактора, а затем постепенно возвращается к исходному уровню. У разных людей и у одних и тех же лиц в разное время порог слышимости может различаться. Он зависит от возраста, физиологического состояния, тренированности. Измерения порога слышимости обычно производят методами аудиометрии.

2. История создания микрофона. Принцип действия микрофона. Микрофо́н (от греч. μικρός — маленький, φωνη — звук) — электроакустический прибор, преобразовывающий звуковые колебания в колебания электрического тока, устройство ввода. Служит первичным звеном в цепочке звукозаписывающего тракта или звукоусиления. Микрофоны используются во многих устройствах, таких как телефоны и магнитофоны, в звукозаписи и видеозаписи, на радио и телевидении, для радиосвязи, а также для ультразвукового контроля и измерения.

История

В начале наибольшее распространение получил угольный микрофон Эдисона, об изобретении которого также независимо заявляли Г.Махальский в 1878 и П. М. Голубицкий в 1883. Угольный микрофон до сих пор используется в аппаратах аналоговой телефонии. Действие его основывается на изменении сопротивления между зёрнами угольного порошка при изменении давления на их совокупность.

Конденсаторный микрофон был изобретён американским учёным Э. Венте в 1917 году. В нём звук воздействует на тонкую металлическую мембрану, изменяя расстояние между мембраной и металлическим корпусом. Тем самым образуемый мембраной и корпусом конденсатор меняет ёмкость. Если подвести к пластинам постоянное напряжение, изменение ёмкости вызовет ток через конденсатор, тем самым образуя электрический сигнал во внешней цепи.

Первым динамическим микрофоном стал изобретённый в 1924 году немецкими учёными Э. Герлахом и В. Шоттки электродинамический микрофон ленточного типа. Они расположили в магнитном поле гофрированную ленточку из очень тонкой (ок. 2 мкм) алюминиевой фольги. Такие микрофоны до сих пор применяются в студийной записи благодаря чрезвычайно высоким частотным характеристикам, однако их чувствительность невелика, выходное сопротивление очень мало (доли Ома), что значительно осложняло проектирование усилителей. Кроме того, достаточная чувствительность достижима только при значительной площади ленточки (а значит, и размерах магнита), в результате такие микрофоны имеют большие размеры и массу по сравнению со всеми остальными типами.

Пьезоэлектрический микрофон, сконструированный советскими учёными С. Н. Ржевкиным и А. И. Яковлевым в 1925 году, имеет в качестве датчика звукового давления пластинку из вещества, обладающего пьезоэлектрическими свойствами. Работа в качестве датчика давления позволила создать первые гидрофоны и записать сверхнизкочастотные звуки, характерные для морских обитателей.

В 1931 году американские учёные Э. Венте и А. Терас изобрели динамический микрофон с катушкой, приклееной к тонкой мембране из полистирола или фольги. В отличие от ленточного, он имел существенно более высокое выходное сопротивление (десятки Ом и сотни кило Ом), мог быть изготовлен в меньших размерах и является обратимым.

Совершенствование характеристик именно этих микрофонов, в сочетании с совершенствованием звукоусилительной и звукозаписывающей аппаратуры, позволило развиться индустрии звукозаписи. Создание малых по размеру (даже несмотря на массу постоянного магнита, необходимого для работы микрофона), а также чрезвычайно чувствительных и узконаправленных динамических микрофонов в заметной степени изменило представление о приватности и породило ряд изменений в законодательстве (в частности, о применении подслушивающих устройств).

Электретный микрофон, изобретённый японским учёным Ёгути в начале 20-х гг. XX века по принципу действия и конструкции близок к конденсаторному, однако в качестве неподвижной обкладки конденсатора и источника постоянного напряжения выступает пластина из электрета. Долгое время такие микрофоны были относительно дороги, а их очень высокое выходное сопротивление (как и конденсаторных, единицы мегаОм и выше) заставляло применять исключительно ламповые схемы.

Создание полевых транзисторов привело к появлению чрезвычайно эффективных, миниатюрных и лёгких электретных микрофонов, совмещённых с собранным в том же корпусе предусилителем на полевом транзисторе.

Устройство микрофона

Принцип действия микрофона с подвижной катушкой

Принцип работы микрофона заключается в том, что давление звуковых колебаний воздуха, воды или твердого 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).

Динамический микрофон
Катушечный
Ленточный
Конденсаторный микрофон
Электретный микрофон — разновидность конденсаторного микрофона.
Угольный микрофон
Пьезомикрофон

Требования к микрофонам:

Воспроизводить электрический сигнал, превосходящий собственные шумы.
Производить сигнал с минимальными искажениями.
Для конкретного источника звука должен одинаково реагировать на весь полезный спектр аудиосигнала
Для источника звука, воспроизводящего ограниченный диапазон частот, применение микрофонов, реализованных на обширную частотную область.

4. Характеристики микрофонов, определяющие их условия эксплуатации.

1.Чувствительность микрофона [Дб : вольт*паскаль] Чувствительность характеризует восприимчивость к мощности производимого сигнала. На практике, большинство профессиональных микрофонов имеют выходное напряжение в пределах 10 дБ. Границы чувствительности микрофонов могут быть определены через понятия уровней звукового давления.

2. Надежность. Динамические микрофоны особенно устойчивы к проявлениям небрежного или грубого обращения, которое может иметь место вне пределов студии. Электростатические микрофоны, наоборот, требуют к себе более бережного отношения. Некоторые микрофоны обладают специальными предохранительными прокладками между капсулой (и связанной с ней электроникой) и ручкой микрофона. Ограниченная чувствительность к низкочастотной области также в значительной мере способствует их стабильности в работе. Ленточные микрофоны являются менее пригодными, так как их ленточная диафрагма имеет резонансную частоту в районе 40 Гц, которая достаточно легко возбуждается от небольших движений или даже от шума аудитории. Кабели и разъемы, используемые во время представления, также должны быть проверены на наличие шумов при эксплуатации.

3. Чувствительность к ветру. Внезапные порывы ветра способны вызвать случайные изменения градиента воздушного давления. Поэтому микрофоны, в основу работы которых заложен этот принцип, являются менее пригодными для эксплуатации. Ленточные микрофоны, имеющие тонкую ленточную диафрагму, в особенности показывают отрицательные характеристики. Для этих случаев очень важно применять защитные противоветровые экраны нужной конфигурации.

4.Соответствие волновых сопротивлений.

Импеданс — эл.сопротивление, которое устройство оказывает проходящему току.

Низкоимпедансные 2. Высокоимпедансные.

Как правило, микрофонная система должна подходить под импеданс аппаратуры, к которой она должна быть подключена. Если это условие будет нарушено, то между соединительными компонентами возникнут нежелательные отражения сигнала, которые могут в конечном счете повлиять на частотное реагирование. На практике, для обеспечения лучшей совместимости систем, волновое сопротивление микрофона выбирается на одну треть меньше импеданса соединяемого с ним устройства

5. Чувствительность к изменениям температуры и влажности. Конденсация влажности на поверхности диафрагмы микрофонов приводит к увеличению ее инерции и к временной потери чувствительности. Если электростатический микрофон хранился или транспортировался в холодных условиях, его характеристики будут особенно подвержены климатическому воздействию.

6. Изменение частотного восприятия. Некоторые виды микрофонов имеют переключатели, способные качественно изменять восприимчивость системы к определенным диапазонам частот. Эти переключатели могут располагаться как на самом микрофоне, так и на отдельных контрольных устройствах. Кроме названных, на микрофонах могут присутствовать специальные регуляторы контроля низких частот.

Устройство и принцип действия микрофонов

⇐ ПредыдущаяСтр 7 из 10Следующая ⇒

На рис. 15.1 рассмотрены основные принципы устройства микрофонов.

Рис. 15.1. Устройство микрофонов:
а — угольного; б — электромагнитного; в — электродинамического; г — ленточного; д — конденсаторного; е — пьезоэлектрического

Угольный микрофон (рис. 15.1, а) работает следующим образом. При воздействии звукового давления на его диафрагму 1 она начинает колебаться. В такт этим колебаниям изменяется и сила сжатия зерен угольного порошка 2, в связи, с чем изменяется сопротивление между электродами 3 и 4, а при постоянном электрическом напряжении изменяется и ток через микрофон. Если, скажем, включить микрофон к первичной обмотке трансформатора Т, то на зажимах его вторичной обмотки будет возникать переменное напряжение, форма кривой которого будет отображать форму кривой звукового давления, воздействующего на диафрагму микрофона.

Основное преимущество угольного микрофона — высокая чувствительность, позволяющая использовать его без усилителей. Недостатки — нестабильность работы и шум из-за того, что полезный электрический сигнал вырабатывается при разрыве и восстановлении контактов между отдельными зернами порошка, большая неравномерность частотной характеристики и значительные нелинейные искажения.

После угольного микрофона появился электромагнитный микрофон, который работает следующим образом (рис. 15.1, б). Перед полюсами (полюсными наконечниками) 2 магнита 3 располагают ферромагнитную диафрагму 1 или скрепленный с ней якорь. При колебаниях диафрагмы под воздействием на нее звукового давления меняется магнитное сопротивление системы, а значит, и магнитный поток через витки обмотки, намотанной на магнитопровод этой системы. Благодаря этому на зажимах обмотки возникает переменное напряжение звуковой частоты, являющееся выходным сигналом микрофона. Электромагнитный микрофон стабилен в работе. Однако ему свойственны узкий частотный диапазон, большая неравномерность частотной характеристики и значительные нелинейные искажения.

В противоположность электромагнитному микрофону чрезвычайно широкое распространение для целей озвучения, звукоусиления получил электродинамический микрофон в своих двух модификациях — катушечной и ленточной.

Принцип действия электродинамического катушечного микрофона состоит в следующем (рис.15.1, в). В кольцевом зазоре 1 магнитной системы, имеющей постоянный магнит 2, находится подвижная катушка 3, скрепленная с диафрагмой 4. При воздействии на нее звукового давления, она вместе с подвижной катушкой начинает колебаться. В силу этого в витках катушки, перерезывающих магнитные силовые линии, возникает напряжение, являющееся выходным сигналом микрофона.

Электродинамический микрофон стабилен, имеет довольно широкий частотный диапазон, сравнительно небольшую неравномерность частотной характеристики.

Устройство ленточного электродинамического микрофона несколько отличается от устройства катушечной модификации (рис. 15.1, г). Здесь магнитная система микрофона состоит из постоянного магнита 1 и полюсных наконечников 2, между которыми натянута легкая, обычно алюминиевая, тонкая (порядка 2 мкм) ленточка 3. При воздействии на обе ее стороны звукового давления возникает сила, под действием которой ленточка начинает колебаться, пересекая при этом магнитные силовые линии, вследствие чего на ее концах развивается напряжение. Так как сопротивление ленточки очень мало, то для уменьшения падения напряжения на соединительных проводниках оно подается на первичную обмотку повышающего трансформатора, размещенного непосредственно вблизи ленточки. Напряжение на зажимах вторичной обмотки трансформатора является выходным напряжением микрофона. Частотный диапазон этого микрофона довольно широк, а неравномерность частотной характеристики невелика.

Для электроакустических трактов высокого качества наибольшее распространение в настоящее время получил конденсаторный микрофон. Принципиально он работает следующим образом (рис. 15.1, д). Жестко натянутая мембрана 1 под воздействием звукового давления может колебаться относительно неподвижного электрода 2, являясь вместе с ним обкладками электрического конденсатора. Этот конденсатор включается в электрическую цепь последовательно с источником постоянного тока Е и активным нагрузочным сопротивлением R. При колебаниях мембраны емкость конденсатора меняется с частотой воздействующего на мембрану звукового давления, в электрической цепи появляется переменный ток той же частоты и на нагрузочном сопротивлении возникает падение напряжения, являющееся выходным сигналом микрофона. Нагрузочное сопротивление должно быть большим, чтобы падение напряжения на нем не уменьшалось сильно на низких частотах, где емкостное сопротивление конденсатора очень велико и эксплуатация такого микрофона была бы невозможна из-за сравнительно небольшого сопротивления микрофонных линий и нагрузки. По этой причине почти у всех современных конденсаторных микрофонов предусмотрены конструктивно связанные с самим микрофоном усилители, имеющие малый коэффициент усиления (порядка 1), высокое входное и низкое выходное сопротивления. Конденсаторные микрофоны имеют самые высокие качественные показатели: широкий частотный диапазон, малую неравномерность частотной характеристики, низкие нелинейные и переходные искажения, высокую чувствительность и низкий уровень шумов.

Принцип действия электретных микрофонов аналогичен принципу действия конденсаторных микрофонов, с тем отличием, что для их работы не требуется внешний источник питания. Мембрана таких микрофонов получает электрический заряд в процессе производства, и для их питания достаточно небольшого напряжения (обычно около 1,5 вольта), которое обеспечивается установленной в микрофоне батареей.

По сравнению с конденсаторными микрофонами, мембрана электретных микрофонов значительно толще, поэтому их чувствительность и частотные характеристики несколько хуже. Появившиеся недавно «обратно-электретные» микрофоны несколько компенсируют этот недостаток за счет того, что электрический заряд получает не мембрана, а фиксированная металлическая пластина, а сама мембрана может быть изготовлена из более тонкого материала.

Некоторое распространение получили микрофоны пьезоэлектрические (рис. 15.1, е). Их действие основано на том, что звуковое давление воздействует непосредственно или через диафрагму 1 и скрепленный с ней стержень 2 на пьезоэлектрический элемент 3. При деформации последнего на его обкладках вследствие пьезоэлектрического эффекта возникает напряжение, являющееся выходным сигналом микрофона.

Стереофонический микрофон представляет собой систему из двух микрофонов, конструктивно размещенных в общем корпусе на одной оси друг над другом. Для записи по системе XY применяют стереофонические микрофоны, состоящие из двух одинаковых монофонических микрофонов с кардиоидными характеристиками направленности, причем акустические оси левого и правого микрофонов повернуты на 90° относительно друг друга (рис. 15.2, а). При записи по системе MS один из микрофонов (микрофон середины) имеет круговую характеристику направленности, а другой (микрофон стороны) — косинусоидальную характеристику направленности (рис. 15.2, б).

Рис. 15.2. Характеристики направленности
стереофонических микрофонов

Радиомикрофон представляет собой систему, состоящую из микрофона, переносного малогабаритного передатчика и стационарного приемника. Микрофон чаще всего используют динамический катушечный или электретный. Передатчик либо совмещают в одном корпусе с микрофоном, либо выполняют карманного типа. Он излучает энергию радиочастот в УКВ диапазоне на одной из фиксированных частот. Вследствие влияния дополнительных преобразований в системе «передатчик — эфир — приемник» качественные параметры радиомикрофона уступают параметрам обычного микрофона.

Оптические микрофоны

В обычных микрофонах, что конденсаторных, что динамических, колебания воздушной среды преобразуются в электрические. В новом микрофоне наличествует еще одно звено — световой луч. В микрофоне есть два световода: один — издающий, другой — принимающий, а вместо стандартной мембраны используется зеркальная мембрана, отражающая луч на принимающий световод. Когда эта мембрана находится в состоянии покоя, луч попадает точно на принимающий светодиод. Но стоит мембране прийти в движение от воздействия на нее звука, как угол отражения, естественно, меняется, соответственно, меняется и количество света, попадающего на принимающий светодиод. Все это фиксируется фотодетектором, который уже преобразует световой поток в электрические колебания.

Цифровые микрофоны

В цифровом микрофоне, без какого бы то ни было усиления, аналоговый сигнал превращается в цифровой. Это осуществляется с помощью уникального конвертера. На выходе цифрового преобразователя вырабатывается 28-битный сигнал с динамическим диапазоном более 140 дБ. Основное преимущество прямого преобразования — значительное увеличение динамического диапазона, которое заметно на всем дальнейшем пути прохождения сигнала. Регулировка чувствительности осуществляется в цифровом виде, в результате можно отказаться от таких традиционных периферийных устройств, как предусилитель и аналого-цифровой преобразователь.

Рекомендуемые страницы:

Устройство современных микрофонов и динамиков

Что такое акустика

Конструкция микрофона и динамика

Устройство и принцип действия микрофона

Устройство и принцип действия динамика

Микрофон | Digital Music Academy

Конденсаторные и динамические микрофоны

Принцип действия конденсаторного микрофона

Принцип действия динамического микрофона

Различные виды микрофонов

Устройство и принцип действия микрофонов

Микрофон — Википедия

История

Устройство микрофона

Классификация микрофонов

Типы микрофонов по принципу действия

Функциональные виды микрофонов

Характеристики микрофонов

Чувствительность

Частотная характеристика чувствительности

Акустическая характеристика

Характеристика направленности

Ненаправленные микрофоны

Микрофоны двустороннего направления

Микрофоны одностороннего направления

Уровень шумов

Защита для микрофонов

Типы подключения

См. также

Примечания

Литература

Ссылки

Микрофон Википедия

История

Устройство микрофона

Классификация микрофонов

Типы микрофонов по принципу действия

Функциональные виды микрофонов

Характеристики микрофонов

Чувствительность

Частотная характеристика чувствительности

Акустическая характеристика

Характеристика направленности

Ненаправленные микрофоны

Микрофоны двустороннего направления

Микрофоны одностороннего направления

Уровень шумов

Защита для микрофонов

Типы подключения

См. также

Примечания

Литература

Ссылки

3. Разновидности микрофонов. Основные требования, предъявляемые к микрофонам. Типы микрофонов по принципу действия

4. Характеристики микрофонов, определяющие их условия эксплуатации.

4.Соответствие волновых сопротивлений.

Устройство и принцип действия микрофонов

Добавить комментарий Отменить ответ