Технические характеристики индукционных микрофонов

Основными характеристиками являются: диапазон рабочих частот f_н ~ f_в (Гц, кГц); неравномерность АЧХ в диапазоне частот, дБ; чувствительность, мВ/Па; уровень шумов.

Последние две характеристики нуждаются в некотором пояснении. Паскаль - единица звукового давления, равная: 1 Па = 1 Н/м = 10 дин/см² = 0,102 кгс/м² = 10‘⁵ бар = 7,5 -10^-3 мм рт. ст.

За порог слышимости человеческого уха принята величина звукового давления, равная 2 10^-5 паскаля: Р₀ = 2 10^-5 Па.

Уровень звукового давления в децибелах: N=20 ln Р/Р₀. Максимум звукового давления, которое может выдержать без разрушения человеческое ухо, составляет около 10³ Па, что соответствует 160 дБ относительно порога слышимости. Поскольку атмосферное давление составляет 10⁵ Па, самый громкий звук дает переменную составляющую атмосферного давления порядка 1%. Чувствительность большинства индукционных микрофонов составляет единицы милливольт на паскаль. Тогда на пороге слышимости 2 10^-5 Па выходное напряжение микрофона будет на уровне сотых долей микровольта. К сожалению, это нереально, и прежде всего в том смысле, что это напряжение утонет в шумах. Основным источником шумов индукционных микрофонов является воздействие переменных магнитных полей, особенно промышленной частоты 50 Гц. Поэтому в справочных данных на индукционный микрофон уровень шумов характеризуется следующим образом: уровень эквивалентного звукового давления 2-10^-5 Па, обусловленный воздействием на микрофон переменного магнитного поля 50 Гц напряженностью 0,08 А/м, не более N₁ дБ. Для лучших микрофонов этот показатель N₁ составляет 12... 15 дБ. Это очень хороший показатель, так как позволяет иметь динамический диапазон 140. ..145 дБ. К сожалению, напряженность поля 50 Гц величиной 0,08 А/м обеспечивается далеко не в каждом помещении. Обычно она значительно выше из-за того, что все современные здания буквально опутаны токонесущими проводами промышленной частоты,

В качестве примера индукционного динамического микрофона можно привести микрофон МД - 85 А с параметрами:

-диапазон частот 50. .16000 Гц при неравномерности АЧХ до 18 дБ; чувствительность 2,2 мВ/Па;

• показатель внутренних шумов = 15 дБ;

• выходное сопротивление = 200 Ом;

• габариты: диаметр 51 мм, длина 180 мм;

• масса 0,18 кг.

2. Конденсаторные микрофоны

Принцип работы основан на том, что если у конденсатора, обладающего запасом энергии электрического поля, изменить емкость, то на нем будет изменяться напряжение. Емкость меняют очень просто: одной из обкладок конденсатора делают мембрану микрофона, которая колеблется под воздействием звукового давления относительно другой, неподвижной обкладки конденсатора. Схема включения конденсаторного микрофона приведена на рис. 11. Здесь С₁ - переменная емкость, изменяющаяся под воздействием звукового давления; С₂ - разделительный конденсатор.

Рис 11

Конденсатор Сі через высокоомный резистор R₁, заряжается от источника постоянного напряжения. При изменении емкости переменная составляющая напряжения на конденсаторе С₂ порождает ток, который на нагрузке R_н дает выходное напряжение микрофона Uвых.

Схема рис, 11 имеет существенный недостаток: необходим источник напряжения для питания микрофона. Этот источник должен быть именно батареей или аккумулятором, так как питать микрофон выпрямленным напряжением промышленной частоты нельзя из-за очень высоких требований к пульсации этого напряжения.

Кроме конденсаторных микрофонов с внешним питанием, существуют микрофоны и с внутренним питанием, в качестве которого используются электреты Электреты - это поляризованные диэлектрики, длительно сохраняющие электрический заряд. Идея поляризации диэлектрика на длительное время принадлежит М. Фарадею (1838 г.). Однако реально первый поляризованный диэлектрик был изготовлен в 1922 году японским ученым Угучи, который смешал равные части карнаубского воска и смолы, расплавил эту смесь и в течение 12 часов охлаждал ее в сильном электрическом поле (11 кВ/см). Сейчас существуют и другие рецепты получения электрет. Схема включения электреты в состав микрофона показана на рис. 12.

Отрицательный заряд с правой грани электреты попадает через резистор R на мембрану, в результате между мембраной и пластиной электреты образуется конденсатор, емкость которого начинает меняться под воздействием на мембрану (левая обкладка конденсатора) акустических волн.

Рис. 12

Качественные характеристики конденсаторных микрофонов очень высокие. Например, микрофон МК-012 - высококачественный конденсаторный микрофон для концертных залов и телестудий - имеет характеристики:

• диапазон частот 20 Гц - 20 КГц с неравномерностью АЧХ не более ± 1,5 дБ;

• чувствительность около 10 мВ/Па;

• динамический диапазон 140 дБ;

• коэффициент гармоник менее 0,5 %.

Эти микрофоны нечувствительны к магнитным полям, и их шумы обусловлены сравнительно высоким сопротивлением и наводками на элементы конструкции от переменных электрических полей. Динамический диапазон 140 дБ намного превышает динамический диапазон лучшего симфонического оркестра, звучащего в зале с безупречной акустикой и звукоизоляцией. Поэтому лучшие микрофоны из известных на сегодняшний день - это микрофоны конденсаторные.