5.4. 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 Ri 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.