4.Направленные свойства приёмников звука.

Основной характеристикой микрофона является его чувствительность :

- отношение напряжения на выходе микрофона к величине звукового давления в поле.

Поместим микрофон в начало сферической системы координат.

Звуковое давление P_в в поле сохраняется неизменным, а выходное напряжение микрофона меняется. Т.о. чувствительность микрофона становится функцией угловых координат расположения источника по отношению к микрофону:

.

Характеристикой направленности микрофона называют функцию , определяемую отношением чувствительности при произвольной ориентации микрофона к максимальной чувствительности ( ):

Так же, как и в случае излучателя, ХН микрофона зависит от расстояния до источника. Связано это со сферическим характером излучаемых волн. Направленность микрофона перестает зависеть от расстояния до источника, когда сферическая волна переходит в плоскую ( ).

Для источников и приемников направления максимумов и выбирают совпадающими с полярной осью ( ). Часто эту ось называют акустической осью преобразователя.

5. Числовые методы описания хн преобразователей Числовые характеристики хн

Основной лепесток всегда имеет максимальное значение, равное 1.

Его характеризуют шириной основного лепестка – шириной углового раствора на уровне 0,707 или -3 дБ. Иногда указывается ширина на уровне 0,5 или -6 дБ.

– угол направленного действия излучателя, определяется направлением первых нулей ХН, на графике соответствующие направления проводятся как касательные к основному лепестку.

Уровень дополнительных лепестков определяется величиной максимального дополнительного лепестка или .

Исходя из числовых характеристик можно построить следующую аппроксимацию ХН:

рис.2.14

Еще одна важная числовая характеристика преобразователя – коэффициент осевой концентрации.

Это безразмерное число (интегральная характеристика), которое в режиме излучения показывает степень концентрации звуковой энергии в направлении максимального излучения, а в режиме приема характеризует помехоустойчивость микрофона.

6.Коэффициент осевой концентрации как числовая характеристика направленности преобразователей.

Поскольку поле задано, то известны характеристики и т.д.

- давление (эффективное значение) в направлении акустической оси.

Тогда интенсивность звука:

.

Перейдем от интенсивности к акустической мощности .

Опишем вокруг источника звука сферическую поверхность радиусом r, проходящую через т.А, и выделим элемент поверхности в окрестности т.А.

Элементарная площадь :

Элементарная мощность на площадке :

.

Полная мощность на поверхности :

или

Обозначим коэффициент осевой концентрации (КОК):

.

Тогда .

КОК излучателя – число , которое показывает во сколько раз акустическая мощность ненаправленного источника должна быть больше акустической мощности направленного, если ненаправленный источник на некотором расстоянии создает такое же поле как направленный источник на таком же расстоянии в направлении акустической оси.

Зададим мощности двух источников (направленного и ненаправленного) одинаковыми. Поле направленного источника в направлении акустической оси будет больше.

КОК показывает, во сколько раз интенсивность звука вдоль акустической осинаправленного источника больше, чем интенсивность на таком же расстоянии ненаправленного источника при условии, что их мощности одинаковы.

При этом направленный источник в других направлениях создает поле меньше, чем ненаправленный.

Применительно к режиму приема, аналитические выражения через характеристику направленности ничем не отличаются, однако, смысловое содержание отлично.

Ненаправленный микрофон суммирует энергии, приходящие из разных направлений, с равным весом; направленный – избирательно, он, как бы отсеивает те сигналы, которые попадают в зону малой чувствительности. Т.о. направленный приемник обладает пространственной избирательностью или является пространственным фильтром.

Даны два микрофона. Осевая чувствительность направленного равна чувствительности ненаправленного ( ). Оба помещены в одно и то же поле диффузных помех. Тогда напряжение сигнала на выходе ненаправленного микрофона больше, чем на выходе направленного.

КОК показывает, во сколько раз квадрат напряжения шумов на выходе ненаправленного микрофона больше, чем у направленного, если осевая чувствительность направленного микрофона равна чувствительности ненаправленного и оба приемника помещены в одно и то же диффузное поле помех:

.

Если в таком поле имеется источник сигнала, и на него ориентирована акустическая ось направленного микрофона, то отношение сигнал / помеха (С/П) на выходе направленного микрофона будет больше, чем на выходе ненаправленного.

КОК показывает, во сколько раз отношение С/П по мощности на выходе направленного микрофона больше, чем ненаправленного, при условии, что осевая чувствительность направленного микрофона равна чувствительности ненаправленного и они помещены в одинаковые звуковые поля:

;

где под отношением понимают

.

Проанализируем подробнее выражение КОК через характеристику направленности.

Для преобразователей, обладающих осевой симметрией, когда полярная ось совпадает с осью симметрии преобразователя

, тогда

.

Если преобразователь ненаправленный ( ), то

,

т.е. . Для направленных преобразователей .