Лекция №1. Тема «Микрофон»

Лекция №1.
Тема «Микрофон»
Микрофон это устройство, позволяющее преобразовать звук в электрический
сигнал. И служащее первичным звеном цепочки звукозаписывающего тракта или
звукоусилением. Микрофон является датчиком относительного (дифференциального)
давления в газах.
Различают следующие классификации микрофонов:
По принципу преобразования звуковой энергии в электрическую (механоэлектрические характеристики):
Угольные – содержит угольный порошок, заключенный между двумя
металлическими пластинами и заключенный в металлическую капсулу, динамические и
конденсаторные. Под воздействием звуковых колебаний мембрана (6) приводит
колебательные движения и изменяет плотность угольного порошка. При уплотнении
порошка его сопротивление уменьшается, а при разрыхлении увеличивается. Изменение
сопротивления угольного порошка приводит к образованию пульсирующего тока. Так
звуковые колебания преобразуются в соответствующие колебания электрического тока.
Достоинства: угольный микрофон практически не требует усиления сигнала. Сигнал
можно подавать непосредственно на выскоомный наушник или громкоговоритель. До
недавнего времени позволял отказаться от дефицитных полупроводниковых деталей.
Недостаток – имеет плохую амплитудную характеристику. Он не чувствителен к слишком
низким, и слишком высоким частотам. Кроме того он требует наличия источника
постоянного тока.
Динамический микрофон – наиболее распространенный вид конструкции
микрофона. Он представляет собой мембрану, соединенную с легкой катушкой
индуктивности, которая помещена в сильное магнитное поле, которое создается
постоянным магнитом. Колебания давления воздуха (звук) воздействует на мембрану и
приводит в движение катушку. Когда катушка пересекает силовые линии магнитного
поля, в ней наводится ЭДС индукции. ЭДС индукции пропорционально как амплитуде
колебаний мембраны, так и частоте колебаний. В отличие от конденсаторных
микрофонов, динамические микрофоны не требуют фантомного питания. Фантомное
питание – одновременная передача по одним проводам и тока и информационных
сигналов.
Конденсаторный микрофон – представляет собой конденсатор, одна из обкладок
выполнена из эластичного материала (полимерная пленка с нанесенной металлизацией),
которая при звуковых колебаниях изменяет емкость конденсатора. Если конденсатор
заряжен, то изменение емкости конденсатора приводит к изменению напряжения, которое
и является полезным сигналом с микрофона. Для работы такого микрофона между
обкладками должно быть приложено поляризующее напряжение (обычно 48 вольт).
Конденсаторный микрофон имеет очень высокое выходное сопротивление. В связи с
этим, в непосредственной близости с микрофоном (внутри его корпуса), располагают
предусилитель с высоким (порядка 1 ГОм) с входным сопротивлением, который выполнен
на полевой лампе или полевом транзисторе. Как правило, напряжение для поляризации и
питания предусилителя подается по сигнальным проводам (фантомное питание).
Достоинства – конденсаторные обладают равномерной амплитудно-частотной
характеристикой и обеспечивают высококачественное излучение, соответственно
используются на студиях звукозаписи, радио, телевидения. Недостатком является высокая
стоимость, необходимость во внешнем питании, высокая чувствительность к ударам и
климатическим воздействиям, что не позволяет использовать его в полевых условиях.
Разновидностью конденсаторного микрофона является электретный микрофон, который
свободен от недостатков вышеупомянутого. Принцип действия электретного
конденсаторного микрофона основан на способности некоторых диэлектрических
микрофонов, которые называются электретными, сохранять поверхностную
неоднородность распределения заряда в течение длительного времени. Тонкая пленка из
гомоэлектрета помещается в зазор конденсаторного микрофона, либо наносится на одну
из обкладок. Это приводит к появлению некоторого постоянного заряда конденсатора.
При изменении емкости вследствие смещения мембраны на конденсаторе появляется
изменение напряжения, соответствующая акустическому сигналу. В отличии от
динамических данный микрофон имеет очень высокое сопротивление, что вынуждает
подключать их к усилителям с высоким выходным сигналам. Такие микрофоны требуют
внешнего источника электропитания.
По принципу воздействия звука на диафрагму (механо-аккустические
характеристики): с точки зрения акустико-механических принципов, устройства
микрофона делятся на приемники давления и приемники. В микрофонах – приемниках
давления звуковая волна воздействует на одну, фронтальную сторону диафрагмы, а в
приемнике градиента давления на обе стороны.
По принципу зависимости выходного сигнала от пространственной ориентации
(характеристики направленности) – с этой точки зрения делятся на направленные и
ненаправленные. Направленность определяется как изменение чувствительности
микрофона, при перемещении источника звука неизменной интенсивности, относительно
оси перпендикулярной плоскости диафрагмы. Микрофон наиболее чувствителен именно
на этой оси. Однако при отклонении источника, поведения микрофона различны: в случае
если чувствительность меняется очень слабо, микрофон является не направленным и его
характеристика направленности графически изображается в виде круга; если
чувствительность в пределах фронтальной полусферы меняется мало, а чувствительность
с тыльной стороны резко падает, то он называется односторонне направленным
(кардиондный). График характеристики для такого микрофона напоминает сердце, и
называются они соответственно кардиондными; если у кардиоидного микрофона
чувствительность при отклонении от оси, сильно ослабевает, образуя вытянутую
кардиоиду (грушу), то такой микрофон называют суперкардиоидным; в случае резкого
падения чувствительности микрофона, при отклонении от оси микрофона, то микрофон
называется остронаправленным (гиперкардиондным). И существуют так же двусторонне
направленные микрофоны, график которых представляет собой восьмерку. Следует
учитывать, что характеристики направленности сильно зависят от частоты звука. В
отношении низких частот, направленность микрофона меньше, в отношении высоких –
больше.
По принципу включения в звуковой тракт (коммутационные характеристики):
делятся на традиционные микрофоны (проводные) и радиомикрофоны.
Радиомикрофоны представляют собой «комбайн» состоящий из микроголовки и
передатчика в одном корпусе и приемника. Петличные микрофоны состоят из двух частей
– самого микрофона закрепленного на лацкане, воротнике и т.д., и соединенным с ним
скрытым кабелем передатчиком, находящемся на поясе, в кармане и так далее. Параметры
микрофона: чувствительность – отношение выходного напряжения к звуковому давлению,
выражается в милливольтах на паскаль. Измерение чувствительности стандартизировано,
оно производится при условиях действия прямой звуковой волны («свободное поле») и на
частоте 1000 Гц. Различают чувствительность от уровня чувствительности, который
зависит от номинального сопротивления нагрузки. Стандартный уровень
чувствительности выражается в децибелах (Дб) и отражает уровень мощности, который
развивает микрофон в номинальную нагрузку при давлении в 1 паскаль. При этом чем
меньше сопротивление нагрузки, и стало быть выходного сопротивления микрофона, тем
выше уровень чувствительности микрофона. Предельное звуковое давление измеряется в
диапазоне средних частот и указывают, при каком уровне гармоники превысят 0.5%. Для
профессиональных микрофонах это число достигает до 100 Дб. Уровень собственных
шумов микрофона определятся как уровень эквивалентного звукового давления при
отсутствии воздействующего звукового сигнала, и измеряется в Дб. Чем ниже значение
этого параметра, тем лучше. Для профессиональных микрофонов он составляет 20 Дб.
Динамический диапазон микрофона это разность между предельным звуковым
давлением и собственным шумом микрофона.
Для подключения к кабелю применяют трехконтактный разъем XLR – имеет три
контакта: общий провод, второй провод – прямая полярность (плюсовой провод), третий –
обратная полярность.