Пристрій мікрофонів

[ виправити ] текст може містити помилки, будь ласка перевіряйте перш ніж використовувати.

скачати

Тема

Пристрій мікрофонів

Звукові коливання, сприйняті мембраною, повинні бути перетворені в електричні сигнали. Для цього до мембрани приєднують електромеханічний перетворювач, що працює в генераторному режимі.

У залежності від того, яка система перетворення використана в мікрофоні, розрізняють електродинамічні, електромагнітні, електростатичні, п'єзоелектричні і вугільні мікрофони.

Мікрофони електромагнітної системи. Розбірлива передача мови по проводах вперше була здійснена 3 липня 1875 А. Беллом (1847 - 1922) за допомогою мікрофона електромагнітної системи. Мікрофон запатентований в 1876 р.

Конструкція мікрофона показана на рис. 1, де в ролі якоря виступає мембрана мікрофона. Однак, така конструкція мало придатна для практичного застосування, тому що:

  • на мембрану діє постійна складова сили, прогинаються мембрану, і мембрана повинна бути достатньої товщини, щоб протистояти цьому впливу;

  • магнітне опір мембрани має бути невеликим, що також вимагає збільшення її товщини.

Товста мембрана має велику інерцію і, отже, буде погано відтворювати верхні частоти звукового діапазону. Для поліпшення характеристик мікрофона необхідно компенсувати постійну складову сили. Це можна зробити, помістивши мембрану між полюсами двох магнітів. Так, наприклад, влаштований поширений в СНД мікрофон ДЕМШ (див. рис. 1).







Пристрій мікрофона ДЕМШ Малюнок 1

Діапазон відтворюваних частот мікрофона ДЕМШ 300 - 3000 Гц, середня чутливість при роботі на навантаження 600 Ом - 0.22 мВ / Па, модуль повного опору - Ом, габарити мм, маса - 14 г.

Як бачимо, парметри мікрофона забезпечують запис мови, але не дозволяють здійснити запис музичних програм.

Ще можна зустріти мікрофон електромагнітної системи МЕМ-60. Цей мікрофон відтворює діапазон частот Гц.

Має чутливість на навантаженні 600 Ом і частоті 1000 Гц рівну ~ 10 мВ / Па. Модуль повного опору 300 Ом. Габарити мм і масу 400 г.

Мікрофони електромагнітної системи відрізняються високою v еханіческой міцністю, надійністю і застосовуються на транспорті, в армії - там, де важкі умови експлуатації.

Перші ідеї та роботи зі створення мікрофона електродинамічної системи пов'язані з іменами Каттріса, Реддінг і Сіменса (C. Cuttris, J. Redding патент США № 242.816, 1881 р.; Simens E. W. Німецький патент № 2355, 1878 р.).

Однак, перші зразки мікрофона, придатні для практичного застосування, створені Вента і Тьюрасом (Wente E. C., Thuras A. L. J. Ac. Soc. Am. Vol. 3, july 1931). Розрізняють котушкові і стрічкові мікрофони цієї системи.

Котушковий мікрофон представляє собою мембрану, до якої прикріплено котушка, яка містить кілька десятків витків дроту. Котушка поміщена в радіальний магнітне поле, створюване постійним магнітом.

При дії на мембрану звукових хвиль, коливання мембрани передаються котушці і в ній виникає е.р.с. е = . Частотна характеристика мікрофона (тобто залежність е від частоти f) повинна бути рівномірною.

Щоб з'ясувати, за яких умов це можливо, напишемо вираз для чутливості мікрофона:

(1)

де = - Коефіцієнт навантаження мікрофона, - Коефіцієнт електромеханічної зв'язку, - Механічний опір коливальної системи мікрофона. - Акустична чутливість мікрофона. Єдиний член у формулі (1.), Який залежить від частоти - механічний опір z.

Отже, механічна і акустична частина повинна бути побудована так, щоб у межах робочої смуги частот опір z залишалося незмінним або змінювалося незначно.

Практично це досягається створенням складних (що складаються з декількох коливальних контурів) резонансних систем. Таким способом вдається отримати частотну характеристику мікрофона з смугою частот Гц і нерівномірністю дБ. На рис. 2 показана конструкція мікрофона МД-85А.

1 - капсуль, 2 - корпус, 3 - кришка, 4 - кабель, 5 - притискна деталь, 6 - манжета, 7 - амортизатор, 8 - мембрана, 9 - звукова котушка, 10 - магніт, 11 - склянка, 12 - фланець, 13 - полюсний наконечник, 14 - тканина, 15 - накладка, 16 - обсяг у корпусі, 17 - отвори в дні корпусу, 18 - бокові отвори корпусу. Малюнок 2

Порожнини капсуля і корпусу, пов'язані між собою через отвори, утворюють складну резонансну систему.

Завдяки простоті і надійності конструкції, хорошим електроакустичним параметрами котушкові мікрофони отримали широке поширення.

Стрічковий мікрофон являє собою гнучку стрічку довжиною см, вміщену між полюсними наконечниками постійного магніту (див. рис. 3).

У полюсних наконечниках роблять ряд отворів для того, щоб зменшити різницю ходу хвиль, що діють на стрічку з різних сторін. Відстань між отворами не перевищує 1.7 см, що забезпечує рівномірність частотної характеристики до ~ 15000 Гц.

Магнітна індукція в зазорі ~ 1 Тл. Е.р.с. порядку 1 мв. Для підвищення вихідної напруги мікрофон забезпечений трансформатором з коефіцієнтом трансформації 50 або більше.

При цьому вихідний опір мікрофона виходить близько Ом. Осьова чутливість мікрофону:

де n - коефіцієнт трансформації, S - площа стрічки, l - довжина стрічки, - Резонансна частота рухомої системи, С М - гнучкість стрічки.

З цієї формули випливає, що для підвищення чутливості стрічкового мікрофона необхідно збільшувати площу стрічки, індукцію в щілини і гнучкість стрічки.

Ці вимоги - суперечливі, тому що збільшення площі (за рахунок збільшення ширини стрічки) призводить до зменшення гнучкості. Зазвичай стрічку роблять гофрованої і зменшують її товщину до 2 мікрон, але при цьому втрачається міцність. Тому стрічкові мікрофони використовують тільки в приміщеннях, тому що навіть подих вітру може порвати стрічку

1 - гофрована стрічка, 2 - полюсні наконечники з отворами, 3 - постійний магніт, 4 - щілина між полюсними наконечниками, 5 - отвори в полюсних наконечниках, 6 - ізоляційні планкі.Устройство стрічкового мікрофона.Рісунок 3

Вітчизняні мікрофони електродинамічної системи маркують літерами: МД - котушкові мікрофони, МЛ - стрічкові мікрофони.

Мікрофони електростатичної системи. Електростатичні перетворювачі були запропоновані Едісоном і довбають. Однак, перший мікрофон електростатичної системи створений Вента (E. C. Wente. Phys. Rev., Vol. 10., Pp. 39-63, July, 1917).

Мікрофон є конденсатором, утворений масивною підставою і тонкою мембраною, ізольованій від підстави прокладкою (див. рис. 2). На цей конденсатор через резистор R подано поляризующего напруги U =.

Під дією звукових хвиль мембрана здійснює коливальний рух. Відстань між мембраною і підставою d змінюється. Отже, змінюється ємність мікрофона С. Відносне зміна ємності мікрофона

Період звукових коливань зазвичай менше постійної часу . Тому заряд конденсатора не встигає змінитися за час одного періоду, тобто

.

Але тоді

і

Зміни напруги на конденсаторі пропорційні змінам відстані між обкладками конденсатора. Ці зміни і є е.р.с. мікрофона тобто

Якщо коливання відбуваються за гармонійним законом

то швидкість коливань

Коефіцієнт електромеханічного зв'язку

Чутливість мікрофона:

Щоб чутливість мікрофона не залежала від частоти необхідно, щоб

Це можливо, якщо резонансна частота мембрани вище верхньої частоти робочого діапазону частот. Тоді осьова чутливість мікрофона

. напруженість електричного поля між обкладками мікрофона

Пробивна напруженість електричного поля для повітря дорівнює 30 кВ / см. При величині зазору між обкладками d = 20 мкм пробій може наступити при напрузі U = = 60 В. За цим в конденсаторних мікрофонах величина напруги U = зазвичай не перевищує 150 В (залежно від розміру d) /

При заданій резонансної частоті мембрани її маса повинна бути якомога меншою. Зазвичай мембрану виготовляють з дюралю або полімерної плівки, покритої тонким шаром золота.

Частотна характеристика мікрофонів відрізняється високою рівномірністю, тому їх часто використовують як вимірювальні.

Діапазон частот конденсаторних мікрофонів від Гц до кГц з нерівномірністю дБ до 10 кГц і дБ на більш високих частотах.

Недоліком конденсаторних мікрофонів є необхідність подавати достатньо висока напруга на мікрофон. Від цього недоліку вільні електретні мікрофони, в яких електричне поле створюється електретний плівкою, що застосовується як матеріалу мембрани. Останнім часом електретні мікрофони отримали широке розповсюдження завдяки невеликим габаритам і вазі.

Мікрофони електростатичної системи маркуються літерами: МК - конденсаторні мікрофони і МСЕ - електретні мікрофони.

Вугільні мікрофони. Електромагнітний мікрофон А. Белла виявився недостатньо чутливим для практичного застосування в телефонній связі.і був витіснений більш чутливим вугільним мікрофоном. Вугільний мікрофон був створений завдяки експериментам Едісона, Берлінера і Юза (1-й патент виданий Едісону 27.04.1877.). Мікрофон складається з корпусу, заповненого вугільним порошком і мембрани з провідного матеріалу.

До корпусу і мембрані через обмотку трансформатора докладено постійна напруга U =.

При дії на мембрану звукових коливань вугільний порошок стискається або відпускається мембраною, його опір змінюється і змінюється струм в ланцюзі мікрофона.

Змінна складова струму створює у вторинній обмотці трансформатора корисний сигнал.

Частотна характеристика мікрофона близька до оптимальної для передачі мови. Динамічний діапазон ~ 30 дБ.

Нелінійні спотворення мікрофона можуть досягати 15 - 20%. Вугільні мікрофони можна зустріти в телефонних апаратах випуску минулих років з маркуванням МК-10 або МК-16.

Додати в блог або на сайт

Цей текст може містити помилки.

Комунікації, зв'язок, цифрові прилади і радіоелектроніка | Реферат
33.5кб. | скачати


Схожі роботи:
Історія та пристрій мікрофонів
Пристрій ПК
Пристрій ПК 2
Пристрій автомобіля
Пристрій холодильника
Пристрій CD-диска
Дискретне пристрій ДУ
Пристрій введення
Модеми та їх пристрій
© Усі права захищені
написати до нас