ДИНАМИЧЕСКИЕ (КАТУШЕЧНЫЕ) МИКРОФОНЫ.

Приемники давления. На рис. 5.9а схематически доказана конструкция динамического микрофона приемника давления. Принцип его действия заключается в том, что катушка 5 с намотанным на нее проводом, находящаяся в радиальном магнитном поле (рис. 5.9б и в), колеблется под действием звукового давления, пересекая силовые линии. Вследствие этого в ней индуктируется ЭДС: Е =Blv, где В — индукция магнитного поля; l — длина провода катушки; v — скорость колебаний катушки.

Для создания магнитного поля обычно применяют кольцевой магнит 1 из высококоэрцитивных сплавов и магнитопровод (два фланца — 2, 6 и керн 3) из мягких материалов. Между керном и верхним фланцем образуется кольцевой зазор 4, в котором размещают звуковую катушку 5. В зазоре В ≈ 1,0 Тс. Катушка жестко связана с диафрагмой 9, имеющей куполообразную форму для придания ей большей жесткости. Диафрагма с помощью гофрированного гибкого подвеса 7 закреплена на верхнем фланце и может колебаться только вдоль зазора. Диафрагму изготовляют из легких, но прочных материалов, например из полистирола. Микрофон имеет корпус 13 с отверстием, опереди затянутым защитной сеткой 8 для предохранения диафрагмы от повреждений.

Рис. 5.9. Конструкция динамического микрофона-приемника давления с фрагментами, показывающими расположение катушки в зазоре:

а) общий вид; б) разрез катушки с одной стороны; в) вид сверху; 1 — кольцевой магнит; 2 — нижний фланец; 3 — керн; 4 — кольцевой зазор; 5 — звуковая катушка; 6 — верхний фланец; 7 — подвес; 8—защитная сетка; 5 — диафрагма; 10 — объем под диафрагмой; 11 — шелк; 12 — каналы; 13 — корпус микрофона; 14 — внутренний объем; 15 — шайба из немагнитного материала

Асимметричные приемники градиента давления. Одним из первых в семействе динамических микрофонов был МД-52А .Он стал предшественником современных динамических микрофонов. Такой динамический микрофон (рис. 5.11а) отличается по конструкции от динамического микрофона – приемника давления – тем, что в его корпусе и в магнитной цепи имеются отверстия.

Благодаря им звуковые волны проходят по пути: отверстие, внутренний объем, каналы, к обратной стороне диафрагмы, с соответствующей разностью хода, по отношению к звуковым волнам, приходящим к лицевой стороне ее. При этом разность хода определяется расстоянием отверстий от края диафрагмы.

В микрофонах, выпускаемых промышленностью, характеристика направленности для средней части частотного диапазона близка к суперкардиоидной, для которой перепад чувствительностей и индекс фронт-тыл получаются около 10—12 дБ. Частотная характеристика такого микрофона (рис. 5.11б, кривые 1, 2) для фронтального и тыльного приема имеет диапазон частот 50— 15 000 Гц. Уровень чувствительности — 54 дБ, неравномерность частотной характеристики 10 дБ. Микрофон применяли как в студиях, так и для звукоусиления в театрах и концертных залах, т. е. при наличии акустических шумов, создаваемых публикой. Для работы в условиях акустических шумов повышенного уровня (60—70 дБ) и для уменьшения обратной акустической связи применяли комбинацию двух микрофонов с характеристиками направленности кардиоидного типа. Например, расположенные один за другим микрофоны типа МД-44 создают бикардиоидный микрофон МДО-1. У такого микрофона острая направленность и соответственно повышенный индекс направленности фронт/тыл (до 15— 18 дБ). Из-за относительно большого расстояния между капсюлями не удается получить равномерную передачу в широком частотном диапазоне. Например, в диапазоне 150—8000 Гц неравномерность составляет 12 дБ. Частотная характеристика имеет спад в сторону низких частот, обусловленный тем, что акустическая характеристика пропорциональна квадрату частоты в диапазоне до 1000 Гц. Поэтому этот микрофон непригоден для музыкальных передач. Для передачи речи его характеристика близка к оптимальной, поэтому его используют только для ее звукоусиления в условиях акустических шумов повышенного уровня.

ЛЕНТОЧНЫЕ МИКРОФОНЫ

Приемники градиента давления. Принцип действия ленточного микрофона — симметричного приемника градиента давления—заключается в том, что под действием разности звуковых давлений гибкая ленточка 1,

(рис. 5.12) колеблется в магнитном поле, силовые линии которого идут вскользь по ширине ленточки. Вследствие этого в ленточке индуктируется ЭДС Е = Blv, где В— индукция поля у ленточки, в плоскости ленточки; l — длина ленточки; v — скорость ее колебаний.

Магнитное поле создается подковообразным магнитом 3. Полюсные наконечники 2 образуют щель 4, в которой размещена ленточка. В полюсных наконечниках сделан ряд отверстий (окон) 5 для того, чтобы уменьшить разность хода звуковых волн, действующих на ленточку с обеих ее сторон, и в то же время избежать насыщения магнитной цепи. Расстояние между отверстиями вместе с ленточкой (2а) не превышает 1,7 см, т. е. не превышает длины волны, соответствующей частоте 20 кГц. Это обеспечивает свободное огибание звуковых волн во всем диапазоне передаваемых частот и линейность акустической чувствительности микрофона в диапазоне до 15 кГц [см. рис. (5.4)].

Ленточка, укрепленная на изоляционных планках 6, имеет длину от 5 до 10 см. Индукция в зазоре не превышает 1,0 Тс, поэтому ЭДС, развиваемая ленточкой, составляет несколько микровольт. Для повышения напряжения микрофон снабжен трансформатором с большим коэффициентом трансформации (равным 50 и больше). Заметим, что сопротивление ленточки мало и даже при таком коэффициенте трансформации внутреннее сопротивление микрофона R_i получается не выше 200— 250 Ом. Вследствие малости сопротивления ленточки трансформатор располагают как можно ближе к ней, чтобы сопротивление соединительных проводов было значительно меньше сопротивления ленточки.

Для повышения чувствительности микрофона необходимо увеличить площадь ленточки и индукцию в щели, уменьшать массу ленточки. Эти условия противоречивы. При заданной резонансной частоте ленточки (ее обычно берут около 30 Гц) необходимо увеличивать гибкость ленточки. Это делают путем ее гофрирования и возможного уменьшения ее толщины (до двух микрон). Ленточка является самым уязвимым местом этого микрофона: от сильного дуновения (например, от ветра) она рвется. Поэтому ленточный микрофон используют только в помещении.

Стандартный уровень чувствительности ленточного микрофона такой же, как и у динамического (—57 дБ), частотный диапазон лежит в пределах 50—16 000 Гц и имеет неравномерность частотной характеристики не более 8 дБ (наиболее равномерна она в диапазоне ниже 5 кГц).

Характеристика направленности его — косинусоидальная («восьмерка», см. рис. 5.6б, кривая 5) и не зависит от частоты. В этом преимущество ленточного микрофона градиента давления.

Во втором варианте микрофона (рис. 5.12б) камера закрывает всю ленточку, но в корпуса камеры сделано отверстие 8 для прохода звуковых волн к задней стороне ленточки.

Для того чтобы ленточка 1 не испытывала сопротивления со стороны объема камеры 7, находящегося за ней, необходимо создать условия полного поглощения звуковых колебаний, передаваемых ленточкой этому объему. Для этой цели объем соединяют с так называемым лабиринтом, представляющим собой длинную трубку, например, в виде спирали или зигзагообразной формы, заполненную поглощающим материалом . Получается асимметричный приемник градиента давления, характеристика направленности которого имеет форму кардиоиды.

Применяется и сдвоенный микрофон градиента давления , т. е. приемник градиента давления второго порядка (он называется биградиентным). Этот микрофон имеет более острую характеристику направленности, но более суженный частотный диапазон (100—10 000 Гц).

Комбинированные приемники.Существует ленточный микрофон и в виде комбинации приемника давления и приемника градиента давления (рис. 5.13). Часть ленточки с тыльной стороны защищена от действия звуковых волн камерой с лабиринтом. Таким образом получается, что одна часть ленточки 2 находится под действием разности давлений волн, приходящих с фронтальной и тыльной сторон, а другая часть 1 — только под действием волн, приходящих с фронтальной стороны. Напряжения от обеих частей ленточки складываются арифметически. Характеристика направленности такого микрофона будет иметь форму кардиоиды, если ленточка разделена пополам. Если же у приемника давления длина ленточки будет меньше, чем у приемника градиента давления, то можно получить суперкардиоидную или гиперкардиоидную характеристику направленности. Соответствующий этому случаю микрофон имеет ограниченный снизу частотный диапазон (70—15 000 Гц) и повышенную неравномерность частотной характеристики (10 дБ). Его используют в помещениях как для передачи музыки, так и для передачи речи.

Кроме таких микрофонов, выпускаются комбинированные, состоящие из катушечного микрофона-приемника давления и ленточного микрофона-приемника градиента давления, располагаемых один над другим. Можно включать оба микрофона или один из них и получать три вида характеристики направленности.