Надо Знать

добавить знаний



Микрофон


Microphone studio.jpg

План:


Введение

Microphone studio.jpg

Микрофон - прибор, преобразующий звуковые колебания на электрические и применяется для передачи звуковых колебаний на большое расстояние. 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.

Первый использован на практике микрофон был сконструирован в 1876 году-это был угольный микрофон Томаса Эдисона, хотя некоторые примитивные микрофоны, называемые трансмиттерами конструировали и раньше. Раннее развитие микрофонов обязан Лаборатории Белла, в частности там был сконструирован первый конденсаторный микрофон.

Принцип работы микрофона состоит 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 используется явление электромагнитной индукции, изменение емкости конденсаторов или пьезоэлектрическим эффектом.


1. Разновидности микрофонов

Конденсаторный микрофон Oktava-319

По принципу действия микрофонов можно выделить несколько их основных типов.

Старейшие, угольные микрофоны используют свойство угольного порошка изменять сопротивление в зависимости от силы сжатия порошка мембраной, которая колеблется под действием звукового давления.

В пьезоэлектрических микрофонах используется пьезоэлектрический эффект, суть которого заключается в возникновении электрических зарядов на поверхности кристаллов некоторых веществ (например кристаллах сегнетовой соли) при их деформации под действием давления (в том числе звукового), величина которых пропорциональна деформируемых силе.

Микрофоны магнитоэлектрического типа преобразующие акустическую энергию в электрическую, используя явление электромагнитной индукции. Конструктивно такие микрофоны выполняются или с плавающей катушкой (динамические микрофоны) или подвижной лентой (ленточные микрофоны).

Конденсаторные или электростатические микрофоны используют зависимость емкости конденсатора от перемещений его подвижной пластины под действием звуковых колебаний. Разновидностью конденсаторных микрофонов является электретные микрофоны, которые используют диэлектрики - материалы, которые могут нести электрические заряды.

Наиболее распространенными на сегодняшний день динамические, конденсаторные и электретные микрофоны.


1.1. Динамические микрофоны

Динамический микрофон Sennheiser

Самый распространенный тип конструкции микрофона, в основе которого - мембрана, соединенная с легкой катушкой индуктивности, что помещена в сильное магнитное поле, создаваемое постоянным магнитом. Колебания звукового давления действуют на мембрану и оказывают движения катушке. Когда катушка пересекает силовые линии магнитного поля, в ней приводится электродвижущая сила. ЭДС индукции пропорциональна как амплитуде колебаний мембраны, так и частоте колебаний.

Преимуществами динамических микрофонов является их прочность, небольшие размеры и масса, что дает возможность использовать их за пределами студии - во время репортажей и на концертах. По характеристике направленности динамические микрофоны бывают ненаправленные и кардиоидная.

Конденсаторный микрофон Oktava 319 внутри

1.2. Конденсаторные микрофоны

В основе этого типа микрофонов - конденсатор, одна из обкладок которого массивная и неподвижная, а другая выполнена из эластичного материала (обычно полимерная пленка с нанесенной металлизацией). Под действием звуковых колебаний подвижная обкладка начинает колебаться, меняя емкость конденсатора.

Конденсаторный микрофон имеет высокий выходное сопротивление, поэтому внутри его корпуса располагают предусилитель с высоким (порядка 1 Гом) входным сопротивлением, выполненный на электронной лампе или полевом транзисторе. Как правило, напряжение для поляризации и питания предусилителя подается по сигнальным проводам (фантомное питание).

Конденсаторные микрофоны имеют достаточно равномерную амплитудно-частотную характеристику и обеспечивают высококачественное звучание, благодаря чему широко используются в студиях звукозаписи, на радио и телевидении. Недостатками их является высокая стоимость, необходимость во внешнем питании и высокой чувствительности к ударам и климатическим воздействиям - влажности воздуха и перепадам температуры, что ограничивает их использование за пределами студии.

Электретные микрофоны
("Капсулы").

1.2.1. Электретные микрофоны

Разновидностью конденсаторного микрофона является электретный микрофон. Принцип действия электретного микрофона основан на способности некоторых диэлектрических материалов (электретов) сохранять поверхностную неоднородность распределения заряда в течение длительного времени. Эти материалы используются как диалектричне заполнения конденсатора, что позволяет формировать поляризующих напряжение без подключения к внешним источникам энергии. Питание нужно только для усилителя.

2. Характеристики микрофонов

Микрофоны любого типа оцениваются по следующим характеристикам:

  1. чувствительность
  2. амплитудно-частотная характеристика
  3. акустическая характеристика микрофона
  4. характеристика направленности
  5. уровень собственных шумов микрофона

2.1. Чувствительность

Чувствительность микрофона определяется отношением напряжения на выходе микрофона к звуковому давлению Р 0 в свободном звуковом поле, т.е. при отсутствии сигнала. При распространении синусоидальной звуковой волны в направлении акустической оси микрофона, это направление называется осевой чувствительностью:

M_0 = U/P_0 (МВ / н / м )

Акустическая ось совпадает с осью симметрии микрофона. Если конструкция микрофона не имеет оси симметрии, то направление акустической оси указывается в технических условиях. Чувствительность современных микрофонов составляет от 1-2 (динамические микрофоны) до 10-15 (конденсаторные микрофоны) мВ / Па.


2.2. Амплитудно-частотная характеристика

АЧХ микрофонов Oktava 319 и Shure SM58

Амплитудно-частотная характеристика (АЧХ), или просто частотная характеристика - это зависимость осевой чувствительности от частоты звуковых колебаний. Эта характеристика связана с зависимостью чувствительности микрофона от частоты звуковых колебаний. Неравномерность амплитудно-частотной характеристики измеряют в децибелах как отношение чувствительности микрофона на определенной частоте в чувствительности на средней частоте, например 1000 Гц.


2.3. Акустическая характеристика

Влияние звукового поля на микрофон 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 в силу, которая действует на диафрагму U / F, характеризующий микрофон, как электромеханический преобразователь. Акустическая характеристика определяет характеристику направленности микрофона. По виду акустической характеристики, а следовательно и характеристики направленности отличают три типа микрофонов, как приемников звука: приемники давления, градиента давления, комбинированные.


2.4. Характеристика направленности

Направленность микрофонов. Представление в полярных координатах
приемники давления
Polar pattern omnidirectional.png Ненаправленный
приемники градиента давления
Polar pattern figure eight.png Двунаправленный
"Восьмерка"
комбинированные
Polar pattern cardioid.png Кардиоид
Polar pattern hypercardioid.png 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 / M 0

Направленность микрофона определяет его возможное расположение относительно источников звука. Если чувствительность не зависит от угла падения звуковой волны, т.е. 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 углу, в рамках которого чувствительность микрофона мало отличается от осевой чувствительности.


2.4.1. Ненаправленные микрофоны

В микрофонах - приемниках 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 меняет звукового поля. А если больше, то за счет дифракции звуковых волн, давление меняется. На низких частотах от 1000 Гц и ниже такие микрофоны не имеют направленного действия.

Ненаправленные микрофоны удобны, например, для записи разговора людей, сидящих за круглым столом.


2.4.2. Микрофоны двустороннего направления

В микрофонах - приемниках 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 восьмерки.

Двусторонние микрофоны удобны, например, для записи разговора двух собеседников, сидящих друг напротив друга.

2.4.3. Микрофоны одностороннего направления

Односторонняя направленность достигается микрофонах комбинированного типа. Их диаграммы направленности близкие по форме к кардиоида, поэтому нередко их называют кардиоидный. Модификации микрофонов, имеют еще меньшую направленность, чем кардиоидный, называют суперкардиоидная и гиперкардиоиднимы, однако эти разновидности. в отличие от кардиоидный микрофон, также чувствительны к сигналам с противоположной стороны.

Эти микрофоны имеют определенные преимущества в эксплуатации: источник звука располагается с одной стороны микрофона в рамках достаточно широкого пространственного угла, а звуки, распространяющиеся за его пределами микрофон не воспринимает.


2.5. Уровень шумов

Уровень собственных шумов микрофона Nш определяется отношением эффективного напряжения на выходе микрофона при отсутствии звукового поля Uш до напряжения U1 при наличии звукового поля с эффективным давлением в 0,1 н / м :

N ш = 20 lg U ш / U 1, дБ.

Напряжение U ш обусловлено главным образом тепловыми шумами в опорах электрической схемы микрофона.


код для вставки
Данный текст может содержать ошибки.

скачать

© Надо Знать
написать нам