Микрофоны

Микрофоны служат для преобразования энергии звуковых коле­баний в электрический ток звуковой чистоты. Их широко применяют в технике проводной и радиосвязи, радиовещания, телевидении, ап­паратуре звукозаписи.

Микрофоны характеризуются чувствительностью, -диапазоном частот и неравномерностью частотной характеристики в этом диа­пазоне, характеристикой направленности.

Чувствительность определяется отношением напряжения, раз­виваемого микрофоном на его номинальном сопротивлении нагрузи»,

к звуковому давлению, воздействующему на чувствительный элемечг микрофона, и измеряется в вольтах (или милливольтах) на паска ль (В/Па или мВ/Па).

Рис. 23. Характеристики направленности микрофонов: а — круг, б — восьмерка, в — кардиоида, г — суперкардиойда

Рис. 24. Электродинамический катушечный (а, б) и ленточный (в, г) микрофоны:

1 — звуковая катушка, 2 — диафрагма, 3 — зазор, 4 — . магнйтопровод, 5 — маг­нит, 6 — полюсный наконечник, 7 — гофрированный воротник, 8 — изолирую­щие перемычки, 9 — гофрированнай лента

Частотная характеристика выражает зависимость чувствитель­ности микрофона от частоты на его акустической (рабочей) оси. Не­равномерность частотной характеристики определяется отношением максимального значения чувствительности к минимальному в преде­лах номинального диапазона частот и измеряется в децибелах.

Характеристика (диаграмма) направленности выражает зависи­мость (в полярных координатах) чувствительности на данной час­тоте от угла между акустической (рабочей) осью и направлением прихода воздействующего на микрофон звука. Эта характеристика зависит от устройства звукоприемной части микрофона. Микрофоны, у которых звуковая волна может воздействовать только на одну сторону подвижной системы (диафрагмы), не обладают резко вы­раженной направленностью и имеют, особенно в области низших частот, круговую характеристику направленности (рис. 23, а). Мик­рофоны, у которых диафрагма открыта с двух сторон (с фронта и тыла), реагируют на разность звуковых давлений, возникающих по обе стороны диафрагмы.
Они имеют диаграмму направленности в виде восьмерки (рис. 23, б) и обладают двусторонней направлен­ностью. Для получения острой направленности действия используют комбинированные микрофоны, составленные из двух (направленного и ненаправленного). Комбинированные микрофоны позволяют полу­чить однонаправленную диаграмму в виде кардиоиды (рис. 23, в) или суперкардиоиды (рис. 23, г). Эти микрофоны обеспечивают вы­деление полезного сигнала при повышенном уровне шумов окружаю­щей среды.

По принципу действия (способу преобразования звукового сиг­нала) микрофоны подразделяют на электродинамические (катушеч­ные и ленточные), электростатические (конденсаторные), пьезоэлек­трические, электромагнитные и угольные. Электродинамические и электростатические микрофоны широко применяют в профессиональ­ных установках высококачественного звукоусиления, радиовещания, телевидения, а электромагнитные, пьезоэлектрические и угольные — в простейших звукоусилительных установках (мегафонах) и уст­ройствах телефонной и диспетчерской связи. Рассмотрим первые два вида микрофонов.

В электродинамических катушечных микрофонах МД подвижная диафрагма 2 соединена со звуковой катушкой 1, которая расположена в зазоре 3 магнитной системы микрофона (рис. 24, а, б). Под воздействием звуковых колебаний среды диа­фрагма вместе со звуковой катушкой совершает возвратно-поступа­тельное движение в направлении рабочей оси микрофона. В резуль­тате взаимодействия проводников катушки с магнитным полем стержневого 5 (кернового) или кольцевого магнита на выводах ка­тушки появляется эдс звуковой частоты.

Диафрагма катушечных микрофонов выполняется из жесткого материала (тонкой пластмассы, специальной бумаги, пропитанной лаком). Плоские края диафрагмы прикреплены черев эластичный гофрированный воротник 7 к корпусу или магнитной системе микро­фона. Эластичность гофрированного воротника обеспечивает под­вижность диафрагмы со звуковой катушкой.

Звуковая катушка наматывается изолированным медным или алюминиевым проводом 00,03 — 0,05 мм.


Кольцевые (трубчатые) или стержневые (керновые) магниты 5 катушечных микрофонов из­ готовляют из высококоэрцитивных сплавов стали с добавлением ме­ди, никеля, титана и снабжают магнитопроводами 4 из мягких ста­лей, обладающих небольшим магнитным сопротивлением.

В корпусе или подставках некоторых микрофонов устанавлива­ют выходные трансформаторы, обеспечивающие лучшее согласова­ние с нагрузкой, особенно при подключении микрофона к усилителю с большим входным сопротивлением.

Рис, 25. Конденсаторный микро­фон:

а — общий вид, б — схема включения

Электродинамические ленточные микрофоны МЛ вместо звуковой катушки имеют тонкую (2 мкм) гофрированную ме­таллическую (обычно алюминиевую) ленту 9 (рис. 24, в, г), которая движется в магнитном поле. Диафрагма в микрофонах отсутствует, а магнитный зазор 3 не кольцевой, а линейный. В ленте возникает переменная эдс, которая подводится к первичной обмотке микро­фонного трансформатора. Поскольку сопротивление ленты мало (около 0,5 Ом), в ленточных микрофонах используют повышающий выходной трансформатор. Эти микрофоны характеризуются более естественным и мягким звучанием и, несмотря на ма­лую надежность, широко при­меняются в студиях и концерт­ных залах.

Конденсаторный микрофон (рис. 25, а) пред­ставляет собой плоский конден­сатор (звукоприемный кап­сюль), у которого одна из об­кладок (мембрана) подвижная. Под воздействием звуковых ко­лебаний изменяется емкость конденсатора. Чтобы эти изме­нения превратить в переменный ток звуковой частоты, на об­кладки конденсаторного микро­фона цодают постоянное на­пряжение (рис. 25,6), Звуко­приемный капсюль конден­саторного микрофона имеет одну подвижную обкладку из металли­ческой фольги толщиной от 2 до 30 мкм или из тонкой (3 — 6 мкм) металлизированной полимерной пленки. Другой (неподвижной) об­кладкой капсюля служит массивная металлическая пластина (база Б). Расстояние между обкладками 20 — 40 мкм.


В последнее время базу стали выполнять из радиокерамики или стеклопластика с ме­таллизацией поверхности, обращенной к мембране. База имеет от­верстия, расположенные под мембраной М. Эти отверстия определя­ют величину демпфирования мембраны, а следовательно, и частот­ную характеристику капсюля.

В цепь, питания последовательно с микрофоном включается на­грузочный резистор Rн. При уменьшении емкости конденсатора кап­сюля под воздействием звуковых колебаний заряд на его обкладках уменьшается, а при увеличении емкости — возрастает. Изменения заряда вызывают переменный ток в цепи, а на нагрузочном резисто­ре Rн возникает переменное напряжение, которое затем подают на вход микрофонного усилителя. Емкость капсюля микрофона состав­ляет от единиц до десятков пикофарад, а диапазон рабочих частот от 20 — 30 Гц до 20 — 50 кГц За счет отверстий в базе мембрана вос­принимает звуковые волны с двух сторон, поэтому микрофон приоб­ретает направленность восприятия.

Таблица 49

Микрофон	Номинальный диапазон частот, Ги	Чувства­тельность (f=1000 ГЦ). мВ/Па	Неравномер­ность час­тотной харак­теристики, дБ	Средний перепад чувстви­тельности, «фронт — тыл», дБ	Выходное сопротивле­ние, Ом	Размеры*, мм	Масса*, г
МК-12	50 — 15 000	11	9	20	200±50	021X22/89X156X272	120/2220
МК-ИМ	50 — 15 000	7	8	15	250±50	040X215/272X156X89	270/3000
МК-15	50 — 15000	5,5	12	10	200±50	58Х58Х70/89Х X 156X272	210/2200
МКЭ-2	50 — 15000	1,5	15	15	—
МКЭ-3	50 — 15000	3,5	10	15	—	021X15®	140
МЛ- 19	50 — 15 000	2,0	14	17	250±50	014X22	17
МД-52А МД-52Б	50 — 15 000	1.2	12	12	100±20	41X50X140	650
МД-52Б-СН	50 — 15 000	1.3	12	12	100±20	032X114	160, 200
МД-63, МД-63Р	60 — 15000	1,1	20	—	250±50	325X270X190	1000
МД-64А	100 — 12000	1,0	12	12	250±50	022X68	125,9
МД-66, МД-66А	100 — 10000	2,0	20	12	180±20	033X121	200
МД-200	100 — 10000	1,5	12	12	250±50	033X116	170

* В числителе указаны размеры и масса микрофона, в знаменателе — источника питания.



Рис. 26. Малогабаритные го­ловки громкоговорителей с маг­нитной системой:

а — открытой, б — закрытой

Преимуществами конденса­ торных микрофонов являются высокая чувствительность, рав­номерная частотная характе­ристика чувствительности, ши­рокий диапазон рабочих частот. Электретные мик­рофоны МКЭ представляют собой разновидность конденса­торных. Они не требуют для работы поляризующего напря­жения. На одну обкладку этих микрофонов наносят слой элек­трета с постоянным электриче­ским зарядом, обеспечивающим поле, соответствующее поляри­зующему напряжению до 100 В. Заряд сохраняется около 30 лет. Электретные микрофоны де­шевле обычных конденсаторных и весьма перспективны в бытовой аппаратуре магнитной записи. В зависимости от конструкции кон­денсаторные микрофоны могут быть ненаправленными, односторонне направленными и двусторонне направленными. Основные параметры выпускаемых электродинамических и конденсаторных микрофонов приведены в табл. 49.

Микрофон МК-12 — односторонне направленный с кардиоидной характеристикой направленности, МК-14М имеет три характеристики направленности (кардиоиду в вертикальной плоскости, круг, коси­нусоиду), электретный МКЭ-2 — односторонне направленный, а МКЭ-3 — ненаправленный, электродинамические МД-63, МД-63Р — ненаправленные, а МД-52А, МД-52Б, МД-64А, МД-66, МД-66А и МД-200 — односторонне направленные. Микрофон МД-52Б-СН — стереофонический, представляет собой систему из двух монофониче­ских односторонне направленных микрофонов МД-52Б. Микрофон МД-63Р используется в комплекте с радиомикрофоном.

§ 17. Головки громкоговорителей и телефоны

Головки громкоговорителей служат для преобразо­вания энергии переменного тока в энергию звуковых волн Различа­ют электродинамические головки и прямого излучения. Работа электродинамических головок основана на взаимодействии постоян­ного магнитного поля, образующегося в зазоре магнитной системы, с переменным электрическим током, проходящим через звуковую катушку Электродинамические головки являются лучшими по каче­ству воспроизведения звука, хотя обладают низким кпд и значитель­ными частотными искажениями.


На рис. 26, а, б показаны малогаба­ритные головки громкоговорителей с открытой и закрытой магнитной системами 1, круглой диафрагмой 2 диаметром 60 мм и низкоомной звуковой катушкой 3

Электроакустическими характеристиками и параметрами головок громкоговорителей являются следующие

Частотная характеристика — выражает зависимость звукового давления от частоты подводимого напряжения сигнала при посто­янной его амплитуде на зажимах головки.

Номинальный диапазон частот — полоса воспроизводимых зву ковых частот, в пределах которой неравномерность частотной ха­рактеристики головки не превышает заданной величины

Номинальная мощность РНОм — наибольшая электрическая мощ­ность, подводимая к головке громкоговорителя, при которой вноси­мые головкой нелинейные искажения не превышают установленных техническими условиями норм (обычно на низшей частоте не более 10 %). Ее измеряют в ваттах и указывают в начале обозначения (например, 0.25ГД-10 — динамическая головка громкоговорителя мощностью 0,25 Вт, модель 10).

Стандартное звуковое давление Рст головки громкоговорителя, которое она развивает в точке, лежащей на ее акустической оси на расстоянии 1 м, при подведении к головке напряжения, соответст­вующего мощности 0,1 Вт при ее номинальном электрическом со­противлении.

Акустическая мощность — средняя во времени мощность сигна­ла, излучаемого головкой громкоговорителя

Среднее стандартное звуковое давление Рст ср — среднеарифме­тическое из значений стандартного звукового давления на частотах (ряда 16, 20, 25, 32 Гц и т.д. через 1/3 октавы), входящих в но­минальный диапазон воспроизводимых частот головки громкогово­рителя.

Коэффициент нелинейных искажений — отношение (в процентах) действующего суммарного звуковоцр давления на всех частотах, от­личных от частоты подводимого к головке синусоидного напряже­ния, к действующему значению звукового давления, развиваемого головкой на всех частотах, включая частоту подводимого напря­жения.


Нелинейные искажения проявляются главным образом при больших амплитудах колебаний подвижной системы головки гром­коговорителя на низких звуковых частотах Они вызываются нели­нейностью упругости подвесов подвижной системы головки и опре­деляются типом ее акустического оформления

Полное электрическое сопротивление Zr головки громкоговори­теля — это сопротивление переменному току, измеренное на зажимах головки На верхних звуковых частотах оно увеличивается из-за влияния индуктивности звуковой катушки, а с понижением частоты снижается до сопротивления катушки постоянному току На основ­ной частоте f0 механического резонанса подвижной системы головки модуль электрического сопротивления достигает максимальной ве­личины За номинальное сопротивление принимают модуль полного электрического сопротивления на частоте 1 кГц или его минимальное значение в диапазоне частот выше частоты основного механического резонанса.

В зависимости от диапазона воспроизводимых звуковых частот головки громкоговорителей подразделяют на широкополосные, низ­ко-, средне- и высокочастотные.

Широкополосные головки обеспечивают воспроизведение полной полосы частот, соответствующей классу радиоаппаратуры (радиолы, магнитофона и т д). Нижняя частота fB диапазона различных ти­пов широкополосных головок составляет 63 — 315 Гц, а верхняя fв — 5 — 12,5 кГц Более широкий диапазон имеют головки мощностью 3 — 4 Вт, используемые в звуковоспроизводящих устройствах I класса, а узкий — головки с малой номинальной Мощностью, используемые в переносной аппаратуре.

Таблица 50

Тип головки	Номинальный диапазон частот, Гц		Неравномер­ность час­тотной харак­теристики, ДБ	Частота резонанса, Гц	Среднее стандартное звуковое давление, Па	Полное сопротивле­ние, Ом	Размеры, мм
	нижней	верхней
			Широкополосные
0,25ГД-10	315	5,0	15	290±60	0,2	8	63X63X29,5
0,5ГД-30	125	10	15	125±50	0,3	16	125X80X47
0.5ГД-37	315	7,1	15	300±50	0,3	8	80X80X37,5
1ГД-36-100	100	12,5	10	100±20	0,2	8	160X100X58
1ГД-37-140	140	10	12	140±20	0,28	8	160X100X64
1ГД-39	200	6,3	15	180±20	0,2	8	100X100X37
1ГД-40-100	100	10	12	100±20	0,27	8	160X100X45
2ГД-22	100	10	15	100±20	0,2	12,5	82X280X77
ЗГД-38	80	12,5	15	__	0,2	4	160X160X73,6
4ГД-8Е	125	7,1	18	120±20	0,3	4	125X125X49
4ГД-35	63	12,5	10	65±10	0,3	4; 8	200X200X74
6ГД-3	100	10	12	85±15	0,4	4	240X160X87
			Низкочастотные
6ГД-2	40	5	15	30±3	0,27	6,3	0 252X135
6ГД-6	63	5	15	80±8	0,1	4	0 125X80
10ГД-30	63	5	15	32±8	0,15	8	0 240X126
10ГД-34	63	5	18	—	0,1	4	0 125X73
			Среднечастотные
4ГД-6	200	5	10	160±30	0,2	8	80X80X38
			Высокочастотные
2ГД-36	2000	20	15	2500±500	0,2	8	80X50X35
ЗГД-2	5000	18	10	4500±700	0,25	15	80X80X30
ЗГД-31	3000	18	18	—	0,2	8	0 100X48
ЮГД-35	3000	25	18	—	0,25	15	0 100X47

Примечание. Для головок с круглой диафрагмой указаны диаметр и высота, а эллиптической формы — значения большой и малой осей эллипса и высота.

Таблица 51

Система	Номинальный диапазон вос­производимых частот, Гц	Номинальная мощность, Вт	Паспортная мощность-, Вт	Среднее стандартное звуковое давление, Па	Полное электрическое сопротив­ление, Ом	Тип электродинамической головки	Габариты, мм	Масса, кг
ЗАС-3	125 — 10000	3	4	0,2	4	ЗГДтЗЗ	210X280X150	4,5
4АС-2	125 — 16000	4	8	0,2	4	4ГД-43, ЗГД-31	173X272X100	2,5
6АС-2	63 — 18000	6	20	од	4	10ГД-34, ЗГД-31	170X165X300	4
6МАС-4	63 — 20 000	6	20	0,1	4	10ГД-34, ЗГД-31	270X160X190	4
8АС-2	40 — 18000	8	16	0,1	4	8ГД-1 ,4ГД-6, ЗГД.2	620X360X270	20
8АС-3	100 — 10000	8	15	0,2	2	2Х4ГД-35	470X270X170	5
10МАС-1М	63 — 18000	10	20	0,15	8	10ГД-30, ЗГД-31	428X270X230	8,5
15АС-1	63 — 20 000	15	25	0,11	4	2Х6ГД-6, ЗГД-31	440X240X160	7
25АС-2	40 — 20000	25	—	0,11	4	25ГД-26, 10ГД-33,	485X285X244	12
						-ЗГД-31
35AG-1	30 — 20 000	35	70	0,1	4	ЗОГД-1-25,	710X360X282	27
						15ГД-1 1-120,
						10ГД-35-3000

Примечание. Неравномерность частотной характеристики в номинальном диапазоне частот громкоговорителя 6АС-2 со-ставляет 20, 10МАС-Ш и 15АС-1 — 15, а остальных — 18 дБ.

Низкочастотные головки имеют нижнюю частоту диапазона 40 — 63 Гц, а верхнюю до 5 кГц, среднечастотные — 200 Гц и 5 кГц, вы­сокочастотные — 2—5 и 18—20 кГц соответственно. Основные элек­трические параметры и габаритные размеры электродинамических головок громкоговорителей приведены в табл. 50.

Для стационарных радиоустройств (радиоприемников, телеви­зоров, магнитофонов) служат широкополосные головки (1ГД-36, 1ГД-40, 2ГД-22, ЗГД-38, 4ГД-35) с малой неравномерностью частот­ной характеристики, для переносных устройств — головки (0,25ГД-10, 0.5ГД-30, 0.5ГД-37, 1ГД-37, 1ГД-39) с ограниченными выходной мощностью и полосой пропускания, для автомобильных радиопри­емников — головки (4ГД-8Е, 6ГД-3) с повыщенной чувствитель­ностью и высокой механической прочностью.


Низко-, средне- и вы­ сокочастотные головки разработаны для многополосных акустичес­ких систем высшего класса.

Акустические (АС) и малогабаритные (MAC) системы содержат низко, и высокочастотные головки, рассчитанные на работу с высо­кокачественной звукоусилительной аппаратурой, радиолами, магни­тофонами, электрофонами для воспроизведения стереофонических и монофонических звуковых программ. Основные электрические па­раметры и габаритные размеры акустических и малогабаритных си­стем приведены в табл 51.

Телефоны предназначены для воспроизведения звука в пор­тативных связных радиостанциях, для индивидуального прослуши­вания стереофонических программ от бытовой аппаратуры (элект­рофонов, магнитофонов, радиол). Наиболее широко применяются электромагнитные телефоны, где мембрана колеблется под действием электромагнита, по катушке которого проходит переменный ток зву­ковой частоты. Распространены также пьезоэлектрические телефоны и реже электродинамические. Электромагнитные телефоны выпуска­ются высокоомные (более 2000 Ом) и низкЬомные (600 Ом) при частоте 1000 Гц на пару телефонов.

Таблица 52

Тип телефона	Система*	Полоса вос­производи­мых частот, Гц	Неравно­мерность частотной характе­ристики, ДБ	Среднее звуковое давле -ние**, Па	Полное электри­ческое сопротив­ление на частоте 1000 Гц, к Ом	Коэффи-циент гармоник, %
					0,26—
Т А -4	Э	300—3000	13	6	0,36	5
					8,5—12
ТД-6	Д	50—5000	13	20	—	—
ТДС-3	Д	20—20 000	12	10	8—16	1
ТДС-7	Д	20—20 000	5	94***	8	—
ТОН-2	Э	300—3000	35	4	6	—
ТПК-571	П	50—9000	16	4	20	2
Т2	Э	400—3000	20	4,5	0,4	—
втм	Э	400—3000	18	6,4	0,18-	—

* Буквы Э, Д, П означают электромагнитная, динамическая, пьезоэлект­рическая системы

** На расстоянии 1 см при подведении мощности 1 мВт, *** Давление указано в децибелах.

Основные параметры обычных и миниатюрных телефонов при­ведены в табл. 52.



Содержание раздела

---

---