текстове на лекции - 23. Въглероден микрофон. Електродинамични, електромагнитни, пиезоелектрични микрофони
Основните характеристики и параметри на микрофоните, които определят тяхното качество, включват следното:
1) чувствителност - съотношението на напрежението на изхода на микрофона към звуковото налягане, действащо върху него;
2) динамичен диапазон - разликата между нивата на максималното звуково налягане и собствения шум;
3) работен честотен диапазон;
4) честотна характеристика (FC);
5) характеристика на насоченост - зависимостта на чувствителността на микрофона от ъгъла между неговата акустична ос и посоката към източника на звук.
Важни параметри на микрофона също са нивото на собствения шум и изходния импеданс. Очевидно добрият микрофон трябва да е с нисък шум. Изходният импеданс на микрофона трябва да съответства на входния импеданс на оборудването, към което е свързан.
Най-общо казано, без да се вземат предвид условията на използване при решаване на конкретни проблеми, не може да се твърди, че микрофон с определени характеристики е по-лош или по-добър. Не всички параметри съдържат твърдението: "Колкото по-висока е стойността, толкова по-добре."
Например, микрофон с висока чувствителност е добър в подслушвателно устройство за запис на звук от голямо разстояние. Но същият микрофон е малко полезен в ръката на солист, който пее придружен от оркестър, тъй като той ще възприеме не само гласа на певеца, но и звуците на музикални инструменти, изкривени по време на разпространението. За правилното възпроизвеждане на звука на басови музикални инструменти не е необходимо да използвате микрофон с висока горна работна честота на срязване. Въпреки това, колкото по-широк е работният честотен диапазон (колкото по-ниска е долната и колкото по-висока е горната честота на срязване), толкова по-гъвкав е микрофонът.
1.2. ПРЕОБРАЗУВАТЕЛИ НА ЕЛЕКТРО-АКУСТИЧНИ СИГНАЛИ
1.2.1. въглероден микрофон
Движението на подвижния електрод заедно с мембраната се извършва с количество, пропорционално на моментната стойност на звуковото налягане и предизвиква промяна в плътността на въглищния прах, а оттам и в неговото съпротивление. В резултат на това токът, протичащ от източника E0 през микрофона, се променя, т.е. във веригата на микрофона се появява компонент на променлив ток, пропорционален на променливия компонент на звуковото налягане и EMF на източника E0.
Следователно въглеродният микрофон има две функции. Първо, той преобразува звукови сигнали в електрически сигнали. Второ, електрическите сигнали възникват в резултат на преобразуването на енергията на източника на постоянен ток E0.Този процес е придружен от усилване на сигнала.
В покой през микрофона протича постоянен ток и под действието му се образуват контактни мостове с намалено съпротивление. Наличието на тези мостове определя стойността на статичното съпротивление Kc,, което също зависи от позицията на микрофона и големината на тока или захранващото напрежение. При излагане на звукови вибрации контактните мостове се разрушават и средното динамично съпротивление Rdin нараства спрямо статичното (фиг. 2).
Нека дадем количествено описание на процесите във въглероден микрофон.
Стойността на променливата съставка на съпротивлението с амплитуда Rm се дължи на променливата съставка на хармоничното звуково трептене Pmcosωt.
Импедансът на въглеродния микрофон в динамичен режим се променя в този случай според закона
Използвайки израз (1.7) и еквивалентната схема (фиг. 3), е възможно да се определи токът, протичащ през съпротивлението на натоварване Rn:
Въвеждайки обозначението Rdyn + Rn = R0 в израза (1.8), получаваме
Отношението Rm/R0 се наричамодулационен коефициент и се обозначава сm.Използвайки тази нотация и прилагайки към израза (1.9) разширяване в биномен ред, лесно се получава.
Тъй като , формула (1.10)
се преобразува във формата
В израза за тока на микрофона (1.11), освен постоянната компонента и основния хармоник на звуковия сигнал, има втори и по-високи хармонични компоненти, чието наличие показва нелинейно изкривяване на сигнала.
Ако се ограничим до разглеждане на амплитудите на първия и втория хармоник на микрофонния ток във формула (1.11), тогава стойността на коефициента на нелинейно изкривяване може да се оцени като
За да се гарантира, че нелинейните изкривявания не причиняват прекомерно влошаване на разбираемостта на речта, хармоничният коефициент на нискочестотния диспечерски комуникационен път не трябва да надвишава 0,1-0,15. Следователно коефициентът на модулация m, съгласно съотношението (1.12), може да достигне максималните стойности 0,2-0,3.
Мощността на хармоничния сигнал, разработен от микрофона в товара, се определя от първия хармоник на тока:
където , както следва от израза (1.11).
Като се вземе предвид приетата по-рано нотация, равенството (1.13) се свежда до формата
Тъй като е нежелателно да се увеличава мощността поради увеличаване на коефициента на модулация поради ограничения на нивото на нелинейни изкривявания, трябва да се изясни влиянието на останалите величини, включени в израза (1.14). Увеличаването на захранващото напрежение трябва да доведе до увеличаване на силата на сигнала. Това обаче би довело до увеличаване на тока на микрофона и увеличаване на мощността, разсейвана от съпротивлението на въглеродния прах. Топлинните процеси причиняват синтероване на въглищни зърна. Първо, това се проявява в намаляване на променливия компонент на микрофонния ток и намаляване на мощността на сигнала. С развитието на процеса,необратими промени в параметрите на микрофона.
Промяната в съпротивлението на натоварване Rl влияе върху мощността на сигнала. Освен това пада до нула при Rн=0 и Rн=∞. От това следва, че П
приема максимална стойност при определена стойност на Rн.опт. Използвайки добре известното правило за намиране на оптимума
)Ra =
което съответства на режима на съвпадение.
Максималната мощност, освободена в съгласувания товар, както следва от изразите (1.14) и (1.15), е
макс = (1,16)
Захранващият ток на микрофона, определен от израза (1.11) по съотношението