Ηλεκτροδυναμικό μικρόφωνο: συσκευή, αρχή λειτουργίας. Οι πιο διάσημοι κατασκευαστές. Μικρόφωνα για οικιακή χρήση

Μικρόφωνο Το μικρόφωνο είναι συνήθως ενσωματωμένο ή υπάρχει υποδοχή για αυτό. Είναι καλό εάν εφαρμόζεται Full Duplex (ταυτόχρονη αναπαραγωγή και εγγραφή), αυτή η λειτουργία είναι σημαντική για δωρεάν κλήσεις μέσω IP τηλεφωνίας Skype (www.skype.com/intl/ru, Windows 2000/XP/Vista, 21,6 MB, δωρεάν λογισμικό). αντίθεση από μια συνηθισμένη μητέρα

) εξετάστηκε το ιστορικό των μικροφώνων, καθώς και οι κύριες παράμετροι και μέθοδοι μετρήσεών τους. Αυτό το άρθρο θα παρουσιάσει την ταξινόμηση των μικροφώνων.

Όλα τα μικρόφωνα που χρησιμοποιούνται στην πρακτική ηχογράφησης μπορούν να ταξινομηθούν στις ακόλουθες κατηγορίες:
- στις αρχές της μετατροπής ενέργειας·
- ανά τύπο κατευθυντικών χαρακτηριστικών·
- κατά τομείς εφαρμογής και σχεδιαστικών χαρακτηριστικών.

Με βάση τις αρχές της μετατροπής της ακουστικής ενέργειας σε ηλεκτρική ενέργεια, τα μικρόφωνα χωρίζονται σε διάφορες κατηγορίες: ηλεκτροδυναμικά (συμπεριλαμβανομένου καρουλιού σε κύλινδρο, κορδέλα, κ.λπ.), συμπυκνωτή (ηλεκτρικό). άνθρακα, πιεζοηλεκτρικό, πυρίτιο, οπτικό κ.λπ.

Τα ηλεκτροδυναμικά μικρόφωνα (κύλινδρος σε κύλινδρο, κορδέλα) και πυκνωτικά (ηλεκτρικά) είναι επί του παρόντος τα πιο διαδεδομένα στην πρακτική ηχογράφησης, επομένως θα επικεντρωθούμε μόνο στις αρχές μετατροπής των άλλων τύπων μικροφώνων είτε είναι ξεπερασμένα (carbon) είτε βρίσκονται σε εξέλιξη στάδιο (οπτικό, πυρίτιο, κ.λπ.). Περιγράφηκαν στο προηγούμενο άρθρο, περισσότερα λεπτομερείς πληροφορίεςμπορούν να ληφθούν από τη βιβλιογραφία.

Ο τύπος της μετατροπής ενέργειας αντικατοπτρίζεται συχνά στο όνομα του μικροφώνου, για παράδειγμα: MD-52 (D-40S) - ηλεκτροδυναμικό μικρόφωνο (52 - αριθμός ανάπτυξης). ML-20 (R-44) - ηλεκτροδυναμικό μικρόφωνο κορδέλας, MK-011 (S-3000) - πυκνωτικό μικρόφωνο. MKE-19 - ηλεκτρικό μικρόφωνο κ.λπ.

Ηλεκτροδυναμικά μικρόφωνα
Όπως σημειώθηκε προηγουμένως, η αρχή της λειτουργίας τέτοιων μικροφώνων βασίζεται στην αρχή της επαγωγής, που ανακαλύφθηκε από τον Faraday το 1831 και η οποία συνίσταται στο γεγονός ότι εάν, όταν κινεί έναν αγωγό σε μαγνητικό πεδίο, διασχίζει τις γραμμές δύναμης, τότε ηλεκτροκινητική δύναμη(EMF). Όταν αυτός ο αγωγός είναι κλειστός σε ένα εξωτερικό κύκλωμα, εμφανίζεται ένα emf σε αυτό υπό την επίδραση του επαγόμενο ρεύμα. Σε ένα ηλεκτροδυναμικό μικρόφωνο, ένα ηχητικό κύμα δρα σε ένα φωτεινό διάφραγμα, το οποίο αρχίζει να δονείται και θέτει σε κίνηση τον αγωγό που σχετίζεται με αυτό, τοποθετημένο σε ένα σταθερό μαγνητικό πεδίο. Όταν ένας αγωγός κινείται σε ένα μαγνητικό πεδίο, προκαλείται ηλεκτρικό ρεύμα σε αυτό, το οποίο στη συνέχεια ενισχύεται και μεταδίδεται για περαιτέρω επεξεργασία. Ανάλογα με τον τύπο του αγωγού (πηνίο φωνής, δηλαδή σύρμα τυλιγμένο σε κυλινδρικό πλαίσιο ή μεταλλική κορδέλα κ.λπ.), τα ηλεκτροδυναμικά μικρόφωνα χωρίζονται σε πηνίο, κορδέλα και άλλους τύπους (για παράδειγμα, ισοδυναμικά).

Ηλεκτροδυναμικά πηνία μικρόφωνα
Ο σχεδιασμός ενός πολυκατευθυντικού δυναμικού μικροφώνου φαίνεται σχηματικά στο Σχ. 1. Στο Σχ. Το 1α δείχνει ένα απλοποιημένο μοντέλο, το Σχ. Το σχήμα 1β δείχνει μια διατομή ενός πραγματικού σχεδίου μικροφώνου.

Κολλημένο στο διάφραγμα, το οποίο αποτελείται από έναν σφαιρικό θόλο (1) και μια κυματοειδή ανάρτηση (2), είναι ένα πηνίο φωνής (3), που αποτελείται από ένα πλαίσιο με έναν αγωγό τυλιγμένο πάνω του σε δύο στρώσεις. Το μαγνητικό κύκλωμα περιλαμβάνει: έναν μόνιμο μαγνήτη (4), έναν μαγνητικό πυρήνα σε μορφή κυπέλλου (5), μια φλάντζα (6) και ένα πόλο (7). Η κρεμάστρα κυματοειδούς διαφράγματος είναι κολλημένη στην επάνω φλάντζα (μέσω της φλάντζας) έτσι ώστε το πηνίο να βρίσκεται στη μέση του διακένου (8). Δεδομένου ότι ο μαγνήτης μαγνητίζεται κατά μήκος του άξονα, οι μαγνητικές γραμμές δύναμης διασχίζουν το κενό, οπότε όταν, όταν το διάφραγμα κινείται υπό την επίδραση της ηχητικής πίεσης, το πηνίο αρχίζει να ταλαντώνεται, διασχίζοντας τις μαγνητικές γραμμές δύναμης, προκαλείται ρεύμα αυτό, που σχετίζεται με την πραγματική τιμή της ηχητικής πίεσης στο διάφραγμα από τη σχέση F=BLI, όπου F=pS είναι η δύναμη που ασκεί στο διάφραγμα (N), S είναι η περιοχή του διαφράγματος (τετρ. m), p - ηχητική πίεση(Pa), B - επαγωγή στο κενό (Tesla), L - μήκος του αγωγού του πηνίου φωνής (m), I - ισχύς ρεύματος (A).

Όταν το διάφραγμα ταλαντώνεται στις κοιλότητες μεταξύ του, του πόλου και της άνω φλάντζας, δημιουργείται υπερβολική ηχητική πίεση και ο αέρας αρχίζει να διαφεύγει μέσα από το διάκενο στην κοιλότητα (9) και στη συνέχεια μέσα από τις οπές στο κάτω μέρος του κυπέλλου ( 10) στην κοιλότητα (11). Αυτές οι τρύπες συνήθως καλύπτονται με ύφασμα (12), το οποίο καθιστά δυνατή τη ρύθμιση της αντίστασης στη ροή του ήχου. Μια επικάλυψη (13) τοποθετείται συνήθως στην κορυφή του διαφράγματος, το σχήμα της οποίας στο κεντρικό τμήμα επαναλαμβάνει το σφαιρικό σχήμα του διαφράγματος, έχει φαρδιά παράθυρα, δηλαδή είναι ακουστικά διαφανές. Υπάρχει μια στενή κοιλότητα (14) μεταξύ του διαφράγματος και του μαξιλαριού, η οποία έχει επίσης επίδραση στην απόσβεση των κραδασμών του διαφράγματος.

Δεδομένου ότι η ευαισθησία ενός ηλεκτροδυναμικού μικροφώνου ορίζεται περίπου ως S~sм BL/Z, όπου sm είναι η περιοχή της μεμβράνης, B είναι η μαγνητική επαγωγή στο διάκενο, L είναι το μήκος του αγωγού, Z είναι η σύνθετη αντίσταση (αντίσταση) του το μικρόφωνο, έτσι ώστε η ευαισθησία να μην εξαρτάται από τη συχνότητα, δηλαδή το μικρόφωνο είχε επίπεδη απόκριση συχνότητας, είναι απαραίτητο η αντίσταση του μικροφώνου να παραμένει σταθερή στο ευρύ φάσμασυχνότητα Για το σκοπό αυτό, στο σχεδιασμό δυναμικών μικροφώνων, χρησιμοποιούνται ακολουθίες κοιλοτήτων αέρα με ειδικά επιλεγμένες τιμές μάζας (mi) και ευελιξίας (ci) του όγκου αέρα και αντίσταση ενεργού απώλειας (ri) λόγω τριβής στις υποδοχές (το οποίο, όπως αναφέρθηκε προηγουμένως, ρυθμίζεται από την επιλογή των μεγεθών των σχισμών και των παραμέτρων του υφάσματος που τις καλύπτει). Έτσι, σχηματίζεται ένα πολύπλοκο ακουστικό-μηχανικό σύστημα πολλαπλών συντονισμών, στο οποίο δημιουργείται μια ακολουθία συντονισμών σε κοντινή απόσταση (με περίπου ίδιους ποιοτικούς παράγοντες), το περίβλημα του οποίου σχηματίζει μια ομοιόμορφη απόκριση συχνότητας.

Η επιλογή του σχεδιασμού του διαφράγματος (υλικό, πάχος, σχήμα κ.λπ.), μαγνητικό κύκλωμα και άλλα στοιχεία έχει επίσης σημαντικό αντίκτυπο στο σχήμα απόκριση συχνότητας, επίπεδο μη γραμμικών και μεταβατικών παραμορφώσεων και άλλες παράμετροι. Ένα διάφραγμα με ανάρτηση (Εικ. 2) συνήθως κατασκευάζεται με θερμή πίεση από μια μεμβράνη πάχους ~20 microns (για παράδειγμα, πολυεστέρας τύπου Mylar), η οποία έχει υψηλή θερμοκρασία (από -40 έως +77 βαθμούς) και σταθερότητα στους κραδασμούς και μπορεί να αντέξει σε υψηλή τάση Επιπλέον, μια τέτοια μεμβράνη έχει επαρκή ακαμψία, η οποία επιτρέπει τη διατήρηση του τρόπου λειτουργίας του εμβόλου της ταλάντωσης του διαφράγματος σε ένα αρκετά μεγάλο εύρος συχνοτήτων και έχει χαμηλό ειδικό βάρος.

Ως μαγνήτες χρησιμοποιούνται σκληρά μαγνητικά κράματα με υψηλή υπολειμματική επαγωγή (για παράδειγμα, μαγνήτες νεοδυμίου). Το γυαλί και η φλάντζα είναι κατασκευασμένα από μαλακά μαγνητικά υλικά (χάλυβας χαμηλής περιεκτικότητας σε άνθρακα ή μόνιμο κράμα). Η διάμετρος του γυαλιού είναι 20-40 mm, γεγονός που καθορίζει το συνολικό μέγεθος της κάψουλας. Η κάψουλα, μαζί με αμορτισέρ που την προστατεύουν από κραδασμούς και κραδασμούς, είναι στερεωμένη στο σώμα του μικροφώνου.

Ανάλογα με τη σχεδίαση του γυαλιού, τα μικρόφωνα μπορούν να λειτουργήσουν σε λειτουργία δέκτη πίεσης ή σε λειτουργία δέκτη κλίσης πίεσης, εάν παρέχεται πρόσβαση ενός εξωτερικού ηχητικού κύματος στην πίσω επιφάνεια του διαφράγματος μέσω των πλευρικών οπών στα γυαλιά (ο σχεδιασμός αυτού του ένα μικρόφωνο θα εμφανιστεί στο επόμενο άρθρο). Κατά συνέπεια, μπορούν να έχουν όλα τα είδη κατευθυντικών χαρακτηριστικών, τα οποία θα συζητηθούν παρακάτω.

Η θεωρία σχεδίασης και οι μέθοδοι υπολογισμού για δυναμικά μικρόφωνα είναι καλά ανεπτυγμένες, καθώς παράγονται εδώ και αρκετές δεκαετίες. Οι εργασίες των Gutin L. Ya., Furduev V. V., Vakhitov Sh., Vakhitov Y. Sh., Harry Olson και άλλων παρουσιάζουν υπολογισμούς ηλεκτροδυναμικών μικροφώνων με βάση την ανάλυση ισοδύναμων ηλεκτρικών κυκλωμάτων (μέθοδος ηλεκτρομηχανικών αναλογιών). Το ισοδύναμο κύκλωμα ενός δυναμικού μικροφώνου (δέκτης πίεσης) φαίνεται στο Σχ. 3, όπου m1, c1, r1 είναι η μάζα, η ευκαμψία και η αντίσταση του κινούμενου συστήματος, mi, сi, ri είναι η μάζα, η ευκαμψία και η αντίσταση του αέρα στις κοιλότητες πίσω από το διάφραγμα. Ο υπολογισμός τέτοιων κυκλωμάτων (καθορισμός των χαρακτηριστικών συχνότητας και παλμών, σύνθετων αντιστάσεων κ.λπ.) δεν παρουσιάζει προβλήματα, για παράδειγμα, με τη χρήση προγραμμάτων MicroCAD κ.λπ. Προκύπτουν δυσκολίες με τις παραμέτρους μέτρησης πραγματικό μικρόφωνο: ευκαμψία, μάζα, αντίσταση κ.λπ. Επιπλέον, η ακρίβεια των υπολογισμών με τη μέθοδο των ηλεκτρομηχανικών αναλογιών μπορεί να θεωρηθεί ικανοποιητική στην περιοχή χαμηλής συχνότητας (όπου μπορεί κανείς να εξετάσει δομικά στοιχείαμικρόφωνο ως σύστημα με αθροιστικές παραμέτρους), κατά την αύξηση της συχνότητας, είναι απαραίτητο να ληφθούν υπόψη οι κατανεμημένες ιδιότητες του κινητού συστήματος και να χρησιμοποιηθούν περισσότερα ακριβείς μεθόδους. Επί του παρόντος, ο υπολογισμός των ταλαντωτικών διεργασιών σε πολύπλοκα σχέδια καψουλών μικροφώνου (λαμβάνοντας υπόψη τις ταλαντώσεις των στοιχείων του κινούμενου συστήματος, τις ταλαντωτικές διεργασίες σε πολύπλοκο σύστημακοιλότητες αέρα, περίθλαση στο σώμα κ.λπ.) γίνεται με αριθμητικές μεθόδους.

Τα δυναμικά μικρόφωνα παρέχουν αρκετά καλές ηλεκτροακουστικές παραμέτρους (αν και είναι κατώτερα από τα πυκνωτικά μικρόφωνα σε ευαισθησία, ανομοιομορφία και στάθμη παροδικές διαδικασίες), συγκεκριμένα: μεγάλο δυναμικό εύρος, αντοχή σε μηχανικά, κλιματικά φορτία και παρεμβολές ανέμου, χαμηλό επίπεδοθόρυβος (λόγω της απουσίας ανάγκης χρήσης τροφοδοτικών και προενισχυτών), μεγαλύτερη αξιοπιστία κ.λπ., επομένως χρησιμοποιούνται ευρέως σε συστήματα ενίσχυσης ήχου, συστήματα συνεδριάσεων, ραδιοφωνικές εκπομπές, αναφορές πεδίου, στούντιο ομιλίας κ.λπ. τεράστια ποικιλία σχεδίων δυναμικών μικροφώνων που παράγονται από κορυφαίες εταιρείες στον κόσμο.

Ηλεκτροδυναμικά μικρόφωνα κορδέλας
Ο σχηματικός σχεδιασμός ενός μικροφώνου με κορδέλα φαίνεται στο Σχ. 4. Ανάμεσα στους πόλους του μαγνήτη, παράλληλα με τα ηλεκτροφόρα καλώδια, υπάρχει μια κυματοειδές μεταλλική λωρίδα. Η κορδέλα είναι συνήθως κατασκευασμένη από αλουμινόχαρτο πάχους 2-4 microns, πλάτους 1,5-2 mm, μήκους 20-40 mm. Όταν πέφτει ένα ηχητικό κύμα, η κορδέλα αρχίζει να ταλαντώνεται, διασχίζει τις γραμμές δύναμης, ενώ επάγεται ένα EMF σε αυτό και εμφανίζεται ένα επαγόμενο ρεύμα στο κύκλωμα όπου είναι συνδεδεμένο το μικρόφωνο, το οποίο σχετίζεται με δρούσα δύναμηη ίδια αναλογία: F=BLI.

Δεδομένου ότι το μήκος της κορδέλας είναι πολύ μικρότερο από το μήκος του αγωγού του πηνίου φωνής σε ένα δυναμικό μικρόφωνο και το πλάτος της κορδέλας είναι μεγαλύτερο από τη διάμετρο του σύρματος, έχει χαμηλή αντίσταση (περίπου 0,2-0,5 Ohms) και Η τάση που παράγεται στα άκρα του είναι πολύ μικρή (10-50 µV/Pa). Επομένως, τα μικρόφωνα με κορδέλα χρησιμοποιούνται πάντα με έναν μετασχηματιστή που βρίσκεται απευθείας στο σώμα του μικροφώνου για την αποφυγή παρεμβολών λόγω παρεμβολών στο καλώδιο. Χάρη σε αυτό, η ευαισθησία αυξάνεται σε 1...2 mV/Pa, η αντίσταση στα 200-300 Ohms.

Το ισοδύναμο κύκλωμα ενός μικροφώνου με κορδέλα φαίνεται στο Σχ. 5, όπου m1, c1 - ισοδύναμη μάζα και ευκαμψία της λωρίδας, r1 - ενεργή αντίσταση της λωρίδας, m2, r2 - αντίσταση τριβής μάζας και αέρα στα κενά μεταξύ της λωρίδας και του πόλου, mc και rc - προσαρτημένη μάζα αέρα και αντίσταση ακτινοβολίας, sv - ευελιξία αέρα στις κοιλότητες μπροστά και πίσω από την κορδέλα.

Τα μικρόφωνα με κορδέλα έχουν χαμηλό επίπεδο παροδικής παραμόρφωσης λόγω της χαμηλής αδράνειας της ελαφριάς κορδέλας και επομένως παρέχουν καθαρό, «ζεστό» ήχο, για τον οποίο εκτιμώνται ιδιαίτερα στις ηχογραφήσεις στούντιο. Ωστόσο, απαιτούν προσεκτικό χειρισμό κατά τη μεταφορά και είναι πολύ ευαίσθητα στις κλιματολογικές και μηχανική καταπόνηση. Επιπλέον, λόγω του μεγάλου μεγέθους του μαγνήτη και της παρουσίας μετασχηματιστή, έχουν σχετικά μεγάλες διαστάσεις και είναι αρκετά ακριβή στην κατασκευή τους.

Συμπυκνωτικά μικρόφωνα
Η αρχή λειτουργίας ενός πυκνωτικού μικροφώνου φαίνεται στο Σχ. 6. Η κάψουλα μικροφώνου είναι ένας πυκνωτής, η μία πλάκα του οποίου είναι ακίνητη (μεγάλο ηλεκτρόδιο), η δεύτερη είναι μια λεπτή τεντωμένη μεμβράνη από επιμεταλλωμένο εκτόςμεμβράνη υψηλής πολυμερούς. Ο πυκνωτής τροφοδοτείται με σταθερή τάση πόλωσης (συνήθως 48 V) μέσω μιας αντίστασης υψηλής αντίστασης, η παρουσία της οποίας εξασφαλίζει σταθερό φορτίο στις πλάκες του. Όταν ένα ηχητικό κύμα πέφτει στο μικρόφωνο, η μεμβράνη αρχίζει να δονείται, ενώ η απόσταση μεταξύ των πλακών αλλάζει και η χωρητικότητα του πυκνωτή αλλάζει, η οποία είναι ίση με C0 = ε0 S/d, όπου ε0 είναι η διηλεκτρική σταθερά του αέρα ( ε0 = 8,85x10-12 F/m), S - περιοχή ηλεκτροδίου (ή περιοχή ενεργού διαφράγματος), d - απόσταση μεταξύ των πλακών. Το φορτίο του πυκνωτή είναι ανάλογο της χωρητικότητας C0 και της εφαρμοζόμενης τάσης πόλωσης U0: Q0 = C0 U0. Όταν το διάφραγμα ταλαντώνεται, εμφανίζεται μια αλλαγή στη χωρητικότητα, ανάλογη με το μέγεθος της μετατόπισης του διαφράγματος: ΔC = ε0 S/(d-x), όπου x είναι η μετατόπιση του διαφράγματος. Δεδομένου ότι όταν αλλάζει η χωρητικότητα του πυκνωτή, το φορτίο παραμένει πρακτικά σταθερό, η τάση σε αυτό πρέπει, κατά συνέπεια, να αλλάξει: Q0 = C0 U0 = ΔС (U0 -u), όπου u είναι το στοιχείο μεταβλητής τάσης που εμφανίζεται όταν το διάφραγμα ταλαντώνεται. Από τις παραπάνω εκφράσεις προκύπτει ότι η εναλλασσόμενη συνιστώσα της τάσης είναι ανάλογη με το μέγεθος της τάσης πόλωσης, τη μετατόπιση του διαφράγματος και είναι αντιστρόφως ανάλογη με την απόσταση μεταξύ των πλακών: u=U0 x/d.

Η εναλλασσόμενη τάση που προκαλείται από τις ταλαντώσεις της μεμβράνης τροφοδοτείται μέσω ενός πυκνωτή μπλοκαρίσματος (από τη διείσδυση σταθερής πολωτικής τάσης) στον προενισχυτή, ο οποίος μετατρέπει την υψηλή (χωρητική) αντίσταση της κάψουλας σε υψηλότερη χαμηλή αξίανα το συντονίσει με αντίσταση εισόδουεπόμενος ενισχυτής μικροφώνου. Προκειμένου να μειωθούν οι απώλειες καλωδίων, ο προενισχυτής τοποθετείται απευθείας στο σώμα του μικροφώνου.

Για να διασφαλιστεί ότι η ευαισθησία ενός πυκνωτικού μικροφώνου δεν εξαρτάται από τη συχνότητα (δηλαδή, υπάρχει μια επίπεδη απόκριση συχνότητας), πρέπει να πληρούνται οι ακόλουθες προϋποθέσεις:
Rн>1/2πfнC0 και f0 >fв,
όπου fн και fв είναι η κάτω και η ανώτερη συχνότητα του εύρους λειτουργίας του μικροφώνου, το f0 είναι η συχνότητα συντονισμού της μεμβράνης. Αυτές οι απαιτήσεις σημαίνουν ότι η πρώτη συχνότητα συντονισμού της μεμβράνης πρέπει να είναι υψηλότερη από την ανώτερη συχνότητα του εύρους συχνοτήτων λειτουργίας, επομένως οι μεμβράνες από λεπτές επιμεταλλωμένες πολυμερείς μεμβράνες με πάχος 5 μικρομέτρων ή περισσότερο τεντώνονται έντονα. Η χαμηλότερη συχνότητα του εύρους λειτουργίας καθορίζεται από την τιμή αντίστασης της αντίστασης Rн και την χωρητικότητα μεμβράνης C0. Για παράδειγμα, εάν η χωρητικότητα της κάψουλας είναι 100 pF, τότε για συχνότητα 30 Hz πρέπει να έχετε τιμή αντίστασης τουλάχιστον 0,5109 Ohm. Συνήθως είναι στην περιοχή των (0,5...2) 109 Ohm.

Εάν πληρούνται οι καθορισμένες προϋποθέσεις, η ευαισθησία του μικροφώνου δεν θα εξαρτάται από τη συχνότητα και θα προσδιορίζεται ως εξής:
S~ U0 Sc/d,
όπου U0 είναι η τάση πόλωσης, S είναι η περιοχή της μεμβράνης, c είναι η συνολική ευκαμψία του συστήματος (ευκαμψία μεμβράνης συν την ευκαμψία του όγκου αέρα κάτω από τη μεμβράνη), d είναι η απόσταση μεταξύ των πλακών.

Από την παραπάνω σχέση προκύπτει ότι για να αυξηθεί η ευαισθησία του μικροφώνου είναι απαραίτητο να αυξηθεί η τάση πόλωσης, αλλά αυτό αποτρέπεται από το μικρό διάκενο μεταξύ της μεμβράνης και του σταθερού ηλεκτροδίου (d = 20...40 μm), αφού αυτό αυξάνει την πιθανότητα «βλάβης» (σε U0 /d~ 104 V/mm ο πυκνωτής διαρρηγνύεται), επομένως δεν υπερβαίνει τα 48 V. Μπορείτε να αυξήσετε την περιοχή S, αλλά ταυτόχρονα και το χαρακτηριστικό κατευθυντικότητας στο υψηλές συχνότητες ah και αυξάνονται οι τεχνολογικές δυσκολίες στην κατασκευή (εξασφάλιση ομοιόμορφης τάσης κ.λπ.), επομένως, μεμβράνες με διάμετρο 6...20 mm (σε τα τελευταία χρόνιαεμφανίστηκαν μικρόφωνα με «μεγάλα» διαφράγματα με διάμετρο 25 mm). Με τόσο μικρές αποστάσεις μεταξύ των ηλεκτροδίων, η ελαστική αντίσταση του στρώματος αέρα κάτω από τη μεμβράνη γίνεται αρκετά μεγάλη και πρέπει να την ξεπεράσει όταν ταλαντώνεται, γεγονός που μειώνει την ευαισθησία του μικροφώνου. Για να μειωθεί η ελαστικότητα του όγκου του αέρα, γίνονται ειδικές αυλακώσεις στο ογκώδες ηλεκτρόδιο και λόγω του πρόσθετου αέρα στις αυλακώσεις, η συνολική ελαστικότητα του στρώματος αέρα μειώνεται, ενώ ταυτόχρονα η χωρητικότητα πρακτικά δεν αλλάζει, καθώς καθορίζεται από το επίπεδο τμήμα της επιφάνειας.

Όταν το διάφραγμα ταλαντώνεται, μη γραμμική παραμόρφωσηλόγω των μη γραμμικών ιδιοτήτων ενός λεπτού στρώματος αέρα στον όγκο της υπομεμβράνης, των μη γραμμικών ιδιοτήτων του κινούμενου συστήματος κ.λπ.

Εμφανίζεται στο Σχ. 6 καλείται το κύκλωμα σύνδεσης της κάψουλας μικροφώνου κύκλωμα μεταγωγής χαμηλής συχνότηταςμε πολωτική τάση, ωστόσο υπάρχει κύκλωμα υψηλής συχνότηταςσυμπερίληψη, όταν ένας πυκνωτής μικροφώνου είναι συνδεδεμένος σε κύκλωμα με γεννήτρια υψηλής συχνότητας. Όταν η μεμβράνη κινείται υπό την επίδραση ενός ηχητικού κύματος, η χωρητικότητα αλλάζει και εμφανίζεται η διαμόρφωση της φέρουσας συχνότητας υψηλής συχνότητας (για παράδειγμα, 8 MHz), η οποία στη συνέχεια αποδιαμορφώνεται και η συνιστώσα χαμηλής συχνότητας διαχωρίζεται από αυτήν. Στην πράξη, χρησιμοποιούνται κυκλώματα που χρησιμοποιούν τόσο φάση όσο και συχνότητα και διαμόρφωση εύρους. Τέτοια κυκλώματα εξαλείφουν την ανάγκη χρήσης υψηλής τάσης πόλωσης (αρκεί η παροχή ρεύματος 6-12 V), εξαλείφουν τους περιορισμούς στην αναπαραγωγή χαμηλών συχνοτήτων, μειώνουν τις μη γραμμικές παραμορφώσεις και τις απαιτήσεις για μόνωση καλωδίων (καθώς για υψηλές συχνότητες έχει αρκετά χαμηλή αντίσταση). Ωστόσο απαιτούν υψηλή σταθερότητασυχνότητα της γεννήτριας και σταθερότητα της χωρητικότητας της κάψουλας απουσία ακουστικού σήματος, που μπορεί να συμβεί όταν αλλάζουν οι εξωτερικές κλιματικές συνθήκες. Και τα δύο κυκλώματα (διαμορφωτής και αποδιαμορφωτής) τοποθετούνται στο σώμα του μικροφώνου και υπάρχει μόνο τάση στην έξοδό του ηχητική συχνότητα. Τέτοια κυκλώματα μεταγωγής χρησιμοποιούνται μερικές φορές στη μέτρηση και ορισμένα μικρόφωνα στούντιο (για παράδειγμα, το μοντέλο Sennheiser MKH805). Δεδομένου ότι χρησιμοποιούνται πολύ λιγότερο συχνά, μόνο η πρώτη επιλογή μεταγωγής χαμηλής συχνότητας θα εξεταστεί περαιτέρω).

Οι θεωρήσεις που αναφέρθηκαν προηγουμένως εφαρμόζονται στα συμπυκνωτικά μικρόφωνα ως εξής: ο σχεδιασμός της κάψουλας που φαίνεται στο Σχ. 7, περιλαμβάνει μια μεμβράνη (1) - μια τεντωμένη μεμβράνη πολυμερούς με μια εξωτερική μεταλλική στρώση (εφαρμόζεται με εναπόθεση κενού), η οποία είναι κολλημένη σε μεταλλικό δακτύλιο χρησιμοποιώντας ηλεκτρικά αγώγιμη κόλλα. Η δεύτερη επένδυση κατασκευάζεται με τη μορφή σταθερού ηλεκτροδίου (2), κατασκευασμένη από μεταλλική πλάκα ή με θερμή πίεση από σύνθετο διηλεκτρικό επιμεταλλωμένο στην επιφάνεια. Ένα διάκενο αέρα (5), συνήθως πάχους 20-40 μm, σχηματίζεται μεταξύ της μεμβράνης και του στατικού ηλεκτροδίου χρησιμοποιώντας μονωτικά διαχωριστικά. Ένας μονωτήρας διαχωρίζει το περίβλημα και το ακίνητο ηλεκτρόδιο. Το ηλεκτρόδιο έχει οπές (7) που καθορίζουν τη συνολική ευκαμψία του συστήματος, επιπλέον, χρησιμοποιείται ροδέλα με οπές (8) για να σχηματίσει μια σχισμή (9), η οποία δημιουργεί πρόσθετη μάζα και τριβή για να σχηματίσει το κατευθυντικό χαρακτηριστικό (βλ. παρακάτω. ), καθώς και μια μπάρα απελευθέρωσης δακτυλίου και τάνυσης. Ένα πλέγμα είναι εγκατεστημένο στην κορυφή της μεμβράνης, που χρησιμεύει ως προστασία από ηλεκτροστατικές παρεμβολές και μηχανική βλάβημεμβράνες. Η κάψουλα είναι εγκατεστημένη σε ένα περίβλημα, το οποίο περιλαμβάνει επίσης έναν προενισχυτή, στοιχεία στερέωσης, αμορτισέρ κ.λπ. παρουσιάζονται παρακάτω.

Ένα πυκνωτικό μικρόφωνο απαιτεί τροφοδοτικό υψηλής τάσης για τη φόρτιση της κάψουλας και για τον προενισχυτή. Συνήθως, για αυτό χρησιμοποιείται phantom power, το οποίο είναι διαθέσιμο σε τηλεχειριστήρια, βιντεοκάμερες κ.λπ. 8. Η ονομασία «φαντάμ» επιλέχθηκε επειδή η τάση DC τροφοδοτείται στο μικρόφωνο μέσω του ίδιου καλωδίου δύο καναλιών μέσω του οποίου αφαιρείται η τάση AC από το μικρόφωνο.

Συμπυκνωτικά ηλεκτρικά μικρόφωνα
Στη δεκαετία του '70, ξεκίνησε η βιομηχανική παραγωγή ηλεκτρικών συμπυκνωτικών μικροφώνων, χρησιμοποιώντας το αποτέλεσμα της δημιουργίας ηλεκτροδίων φιλμ (που ανακάλυψε ο Ιάπωνας φυσικός M. Yaguchi), ικανά να πολύ καιρόεκτός ηλεκτρικό φορτίο. Η κάψουλα ενός τέτοιου μικροφώνου είναι επίσης ένας μεταβλητός πυκνωτής, αλλά μια από τις πλάκες είναι μια λεπτή διηλεκτρική μεμβράνη (για παράδειγμα, κατασκευασμένη από φθοριούχο πολυβινύλιο κ.λπ.), ικανή να διατηρεί φορτίο μετά την πόλωση. Ένα ηλεκτρέτο χαρακτηρίζεται από την πυκνότητα φορτίου στην επιφάνειά του (που καθορίζεται με τη μέθοδο πόλωσης) και τον χρόνο συγκράτησης του, ο οποίος εξαρτάται, πρώτα απ 'όλα, από τις συνθήκες λειτουργίας (για παράδειγμα, θερμοκρασία και υγρασία) και τα χαρακτηριστικά σχεδιασμού στα οποία χρησιμοποιείται. . Η μεμβράνη επιμεταλλώνεται εξωτερικά και κολλάται στον μεταλλικό δακτύλιο σε τεταμένη κατάσταση. Το ακίνητο ηλεκτρόδιο είναι κατασκευασμένο από σύνθετο μονωτικό υλικό και επιμεταλλώνεται στην πλευρά της μεμβράνης. Η χρήση τέτοιων ηλεκτρικών φιλμ δεν απαιτεί DC τάσηπόλωση, αφού η φόρτιση διατηρείται λόγω της ηλεκτροδότησης του φιλμ. Απαιτείται μόνο μια μικρή τάση (της τάξης των λίγων βολτ) για την τροφοδοσία του προενισχυτή. Η μικρογραφία των προενισχυτών και η χρήση τροφοδοτικών μικρού μεγέθους επιτρέπουν την τοποθέτησή τους μέσα στο σώμα του μικροφώνου. Αυτό κατέστησε δυνατή τη μείωση του μεγέθους του μικροφώνου, απλοποιώντας τις συνθήκες παραγωγής και λειτουργίας. Επιπλέον, στα ηλεκτρονικά μικρόφωνα είναι δυνατό να χρησιμοποιηθεί μικρότερο πάχος του κενού μεταξύ του φιλμ και του ηλεκτροδίου (καθώς τα φορτία είναι σε δεσμευμένη μορφή, δεν ρέουν στο κέντρο όταν κινείται η μεμβράνη και επομένως η μεμβράνη δεν "κολλήστε" στο ηλεκτρόδιο) και, ως αποτέλεσμα, αυξήστε την ευαισθησία.

Ένας ειδικός τύπος ηλεκτρικών μικροφώνων είναι τα μικρόφωνα με ένα "μαζικό ηλεκτρικό", δηλαδή μικρόφωνα στα οποία εφαρμόζεται μια μεμβράνη ηλεκτροδίου σε ένα σταθερό ηλεκτρόδιο και η δεύτερη πλάκα πυκνωτή είναι κατασκευασμένη από λεπτό πολυμερές φιλμ, όπως ένα συμβατικό μικρόφωνο συμπυκνωτή. Αυτό καθιστά δυνατή τη μείωση του πάχους του δονούμενου φιλμ, πράγμα που σημαίνει αύξηση της ευαισθησίας του μικροφώνου, αλλά ταυτόχρονα διατήρηση των πλεονεκτημάτων των ηλεκτρικών μικροφώνων.

Η θεωρία του υπολογισμού των συμπυκνωτικών μικροφώνων έχει λάβει μεγάλη προσοχή στη βιβλιογραφία: υπάρχει μεγάλο αριθμόλειτουργεί με τη μέθοδο των ηλεκτρομηχανικών αναλογιών για τον υπολογισμό των παραμέτρων των πυκνωτικών μικροφώνων (ένα παράδειγμα ισοδύναμου κυκλώματος ενός πυκνωτικού πανκατευθυντικού μικροφώνου φαίνεται στο Σχ. 9), καθώς και σημαντικό αριθμό μονογραφιών, άρθρων και διατριβών που χρησιμοποιούν ακριβείς αριθμητικές μεθόδους να υπολογίσει ταλαντωτικές διεργασίες στην κάψουλα ενός πυκνωτικού μικροφώνου και διεργασίες περίθλασης στο σώμα του.

Τα πυκνωτικά (ηλεκτρικά) μικρόφωνα έχουν μια σειρά από πλεονεκτήματα που τους επιτρέπουν να χρησιμοποιούνται ευρέως στην πρακτική στο στούντιο. Τα κυριότερα περιλαμβάνουν τα εξής: χαμηλό επίπεδο παροδικής παραμόρφωσης (λόγω της χαμηλής μάζας του διαφράγματος), ευρεία συχνότητα και δυναμικές περιοχές, υψηλή ευαισθησία, χαμηλή ευαισθησία σε μαγνητικές παρεμβολές κ.λπ.

Ωστόσο, έχουν λιγότερη μηχανική (δόνηση, τίναγμα κ.λπ.) και κλιματική αντίσταση ( καθεστώς θερμοκρασίαςαπό -10 έως +35 βαθμούς, υγρασία όχι μεγαλύτερη από 85%), απαιτούν πρόσθετη τάση πόλωσης, έχουν περισσότερα υψηλό κόστοςκαι άλλα υψηλό επίπεδοθόρυβο από τα δυναμικά μικρόφωνα.

Θόρυβοι
Δεδομένου ότι το επίπεδο θορύβου είναι ένας σημαντικός παράγοντας στη χρήση όλων των τύπων μικροφώνων, ας σταθούμε στους λόγους εμφάνισής τους και στις μεθόδους αντιμετώπισής τους με περισσότερες λεπτομέρειες.

Ο θόρυβος του μικροφώνου συνήθως χωρίζεται σε εσωτερικό, αγώγιμο και εξωτερικό. Εσωτερική (δική)εμφανίζεται θόρυβος στις κάψουλες (ως αποτέλεσμα τυχαίων δονήσεων των μορίων αέρα στο στρώμα μεταξύ της μεμβράνης και του στατικού ηλεκτροδίου) και τα στοιχεία ηλεκτρικό διάγραμμα, που βρίσκεται στο περίβλημα του μικροφώνου (λόγω τυχαίων θερμικών διεργασιών στην αντίσταση φορτίου, σε ολοκληρωμένων κυκλωμάτωνπροενισχυτής κ.λπ.), που οδηγεί στην εμφάνιση τάσης (ρεύματος) στην έξοδο μικροφώνου απουσία εξωτερικής επιρροής ήχου. Δεδομένου ότι τα πυκνωτικά μικρόφωνα χρησιμοποιούν πάντα προενισχυτές, ενώ τα μικρόφωνα με δυναμικό πηνίο συνήθως όχι (σε ​​αυτά, ο δικός τους θόρυβος προκύπτει κυρίως σε ενεργητική αντίστασηπηνίο φωνής), τότε το επίπεδο εσωτερικού θορύβου στα πυκνωτικά μικρόφωνα είναι σημαντικά υψηλότερο από ό,τι στα δυναμικά μικρόφωνα.

Διεξαγόμενος θόρυβος (παρεμβολές)εμφανίζονται λόγω της επίδρασης εξωτερικών ηλεκτρομαγνητικών και ηλεκτρικών πεδίων σε στοιχεία δομών μικροφώνου (σε μετασχηματιστές εξόδου, για παράδειγμα, σε μικρόφωνα με κορδέλα, πηνία φωνής δυναμικών μικροφώνων κ.λπ.). Πηγές ηλεκτρομαγνητικές παρεμβολές, που εμφανίζονται με τη μορφή φόντου χαμηλής συχνότητας, είναι καλώδια ισχυρών συσκευών φωτισμού, συσκευών τροφοδοσίας κ.λπ. Για την καταπολέμησή τους, οι μετασχηματιστές προστατεύονται με οθόνες από χάλυβα χαμηλής περιεκτικότητας σε άνθρακα, μόνιμο κράμα κ.λπ. Στα επαγγελματικά δυναμικά μικρόφωνα, Χρησιμοποιούνται πηνία αντιφώνου, τυλιγμένα στο περίβλημα στο οποίο βρίσκεται η κάψουλα. Η αυτεπαγωγή ενός τέτοιου πηνίου είναι ίση με την επαγωγή του πηνίου φωνής, αλλά για να αντισταθμιστεί η παρεμβολή, η περιέλιξη πραγματοποιείται προς την αντίθετη κατεύθυνση. Σε μικρόφωνα υπάρχουν επίσης ηλεκτροστατικές παρεμβολές, τα οποία εμφανίζονται τόσο με τη μορφή φόντου όσο και με τη μορφή κλικ, θρόισμα κ.λπ. όταν το μικρόφωνο και το καλώδιο του μετακινούνται ξαφνικά. Η προστασία από αυτά πραγματοποιείται με εξισορρόπηση κυκλωμάτων μικροφώνου και ηλεκτροστατική θωράκιση των καλωδίων (χρησιμοποιώντας μια κάλτσα από εύκαμπτη επιμεταλλωμένη γειωμένη πλεξούδα). Εξωτερικός θόρυβος (παρεμβολές)παράγεται από εξοπλισμό που βρίσκεται στο δωμάτιο (αερισμός, φωτισμός, βιντεοκάμερες κ.λπ.) και άνθρωποι (κοινό, χειριστές κ.λπ.). Τέτοιοι θόρυβοι δημιουργούν συνήθως ένα διάχυτο ηχητικό πεδίο σε ένα δωμάτιο, η ενέργεια του οποίου κατανέμεται ομοιόμορφα. Λαμβάνοντας υπόψη ότι οι χρήσιμες πηγές ήχου έχουν ακριβή εντοπισμό στο δωμάτιο, χρησιμοποιούνται κατευθυντικά και εξαιρετικά κατευθυντικά μικρόφωνα για τον συντονισμό αυτών των θορύβων, επιλέγεται η βέλτιστη θέση του μικροφώνου σε σχέση με την πηγή κ.λπ. Επιπλέον, ο εξωτερικός θόρυβος περιλαμβάνει αεροδυναμικός θόρυβος, δηλαδή παρεμβολές που προκύπτουν από τον αέρα που ρέει γύρω από το μικρόφωνο (λόγω ανέμου, ξαφνικής κίνησης, αναπνοής του τραγουδιστή κατά την προφορά των εκρηκτικών και τριβικών συμφώνων κ.λπ.). Προστασία από αυτές τις παρεμβολές παρέχεται από ανεμοθώρακες ("ανεμοπροστασία") από χαραγμένο αφρώδες ελαστικό ή πολυστρωματικό μεταλλικό πλέγμα που κόβει τη ροή του αέρα. Η αποτελεσματικότητα των οθονών αυξάνεται όσο αυξάνεται το μέγεθός τους. Ωστόσο, δεδομένου ότι οι οθόνες έχουν σημαντική επίδραση στο σχήμα της απόκρισης συχνότητας στην περιοχή υψηλής συχνότητας, βέλτιστη επιλογήοι παράμετροί τους έχουν μεγάλη αξία. Τέλος, υπάρχουν κραδασμούς και δομικός θόρυβος, που προκαλούνται από κραδασμούς χαμηλής συχνότητας που επενεργούν μέσω δομικών στοιχείων στην κάψουλα, λόγω κραδασμών στηρίξεων (στάση, πάτωμα κ.λπ.), κούνημα του μικροφώνου στα χέρια του ερμηνευτή, ακούσια χτυπήματα, κραδασμούς κ.λπ. Προστασία από αυτό τύπος θορύβου είναι η χρήση αμορτισέρ μέσα στο περίβλημα, προκειμένου να μειωθεί η μετάδοση κραδασμών από το σώμα του μικροφώνου στην κάψουλα. Ο δομικός θόρυβος εμφανίζεται λόγω τριβής του μικροφώνου στα ρούχα (για μικρόφωνα με λαβή), συμπίεση και τριβή στα χέρια του καλλιτέχνη κ.λπ. Για να μειωθεί, είναι απαραίτητο να μειωθεί η τραχύτητα του σώματος, να αυξηθεί το πάχος του, να διαχωριστούν τα μεταλλικά μέρη του σώματος και της κάψουλας με ελαστικά και πολυμερή παρεμβύσματα κ.λπ.

Δικό σου: Οχι