9.3. Мікрофони

. Електроакустичні перетворювачі призначені для перетворення акустичної енергії мови в електричну на передаючому кінці телефонного тракту (мікрофону) і зворотного перетворення електричної енергії в акустичну на прийомному кінці (телефону).

Електричні перетворювачі класифікуються по принципу дії і по призначенню.

По принципу дії перетворювачі поділяються на електромагнітні, електродинамічні, електростатичні (конденсаторні), транзисторні. Приведені перетворювачі, крім і транзисторних, можуть працювати у якості мікрофонів, а також і телефонів, тому вони називаються зворотніми перетворювачами.

Вугільний , конденсаторний і транзисторний перетворювачі потребують для своєї роботи джерело живлення електричною енергією і тому називаються активними.

По призначенню перетворювачі поділяться на передаючі: мікрофони і лорінгофони і прийомні: телефони і гучномовці.

В ТА обидва електроакустичні перетворювачі (ЕАП) – телефон і мікрофон – виготовлюються у вигляді капсуля, що представляє собою закриту, легко замінну конструкцію.

Найбільше використання у техніці зв’язку мають вугільні та електромагнітні перетворювачі.

Розглянемо обладнання, принцип роботи, параметри і характеристики вугільного мікрофону.

а) Обладнання вугільного мікрофону

Вугільний мікрофон – незворотній активний перетворювач звукових коливань в електричні.

Схема представлена на рисунку 9.5.,

Рис. 9.5. Обладнання вугільного мікрофону :

1 – корпус вугільної чарунки;

2 – вугільний порошок;

3 – нерухомий електрод;

4 – рухомий електрод;

5 – полістіролове кільце;

6 – мембрана

де

М – мембрана

К – корпус (камера) вугільної чарунки;

ВП – вугільний порошок;

НЕ, РЕ – нерухомий і рухомий електроди.

Принцип дії

Дія вугільного мікрофону заснована на властивості вугільного порошку змінювати свій опір при використанні тиску, що впливає на порошок.

Під дією звукових коливань мембрана (М) з закріпленим на ній рухомим електродом (РЕ) приходить в коливальний рух і змінює густину вугільного порошку (ВП). При згущені порошку опір між РЕ і НЕ зменшується, а під час розрихлювання – збільшується. Зміна опору вугільного порошку приводить до появлення струму (змінний по величині і постійний по напрямку), що протікає в первинній обмотці трансформатора. Змінна складова цього струму у вторинній обмотці трансформатора наводить змінну електрорухому силу(ЕРС) звукової частоти, наявність якої приводить до появлення струму в колі опору навантаження Z_н (постійна складова цього струму є струмом живлення мікрофону в стані спокою, а змінний стан представляє собою розмовний струм).

Вугільні мікрофони (ВМ), здійснюючи перетворення звукових коливань в електричні, одночасно підсилюють потужність отриманих сигналів. Ця обставина на ряду з низькою вартістю ВМ сприяла їх широкому розповсюдженню, не дивлячись на ряд існуючих недоліків. Головні недоліки: гігроскопічність, нестабільність, опір, чуттєвість та інших параметрів у часі, значна залежність від положення у просторі та ін.

Наявність статичного опору (тобто опору мікрофона постійному струму при відсутності звукових коливань, що передаються діафрагмою ) визначається постійною наявністю необхідної кількості струмопровідних „містків” між зернами вугільного порошку. Кількість таких містків безперервно змінюється, внаслідок чого опір мікрофону отримує незначні зміни, що викликає появу шуму, особливо помітного при відповіді абонента, якого викликають.

Опір вугільного мікрофону

Функціональні залежності між силою, впливають на діафрагму, зміщенням вугільних зерен і опору мікрофона досить складні. Для спрощення аналізу роботи вугільного мікрофону залежність між звуковим тиском і зміною його опору вважається лінійною. В цьому випадку при синусоїдальному звуковому тиску, що діє на діафрагму, опір мікрофона виражається наступною формулою:

R_м = R_д ± r_м sin ωt,

де

R_д – середній опір М при його роботі (динам. опір);

r_м – амплітуда змінної складової опору, що обумовлена коливаннями діафрагми;

ω – кутова частота звукових коливань.

Рисунок 9.3

Опір вугільного мікрофону залежить від різних параметрів. В динамічній складовій, тобто при коливанні діафрагми мікрофону, контактні „містки” руйнуються і опір мікрофону підвищується відповідно, R_д › R_с, при чому R_д збільшується зі збільшенням звукового тиску. Статичний R_с і динамічний R_д опір мікрофону зі збільшенням струму живлення зменшується тому, що вугілля володіє від’ємним температурним коефіцієнтом, а нагрівання вугільних зерен приводить до створення стійких контактних „містків” з пониженим опором. При великих струмах живлення може відбутися зпікання зерен і мікрофон вийде з ладу.

При нормальному положенні (φ = 90°) забезпечується нормальне положення М, що пояснюється наявністю максимальної кількістю паралельних струмопровідних шляхів між рухомим і нерухомим електродами.

Сорт вугільного порошку також впливає на величину опору і визначає його маркування. Чим крупніші зерна, тим менший опір мікрофону.

В залежності від технології виготовлення і величини зерен вугільного порошку М поділяється на високоомні (ВО) (145-300 Ом, 12-25 мА), низькоомні (НО) (30-65 Ом, 20-80 мА).

Параметри і характеристики вугільного мікрофону

Якість мікрофону, як перетворювача звукових коливань в електричні, оцінюється різними показниками і характеристиками.

1. Чуттєвістю мікрофона (коеф. передачі) називається відношення ЕРС, що утворюється, до величини звукового тиску в тій точці поля, де знаходиться мікрофон:

;

Залежність чуттєвості мікрофону від частоти називається частотною характеристикою чуттєвості мікрофону.

Рисунок 9.6 Частотні характеристики чуттєвості мікрофону

Частотні характеристики мікрофонів мають нерівномірний характер, що обумовлені властивостями окремих елементів мікрофону. Для порівняння мікрофонів між собою і для оцінки амплітудно-частотних спотворень, що вносяться мікрофоном в систему телефонної передачі, користуються поняттям середня чуттєвість мікрофону і коефіцієнтом нерівномірності частотної характеристики мікрофону Δ .

Коефіцієнт нерівномірності частотної характеристики чуттєвості мікрофону, дБ

Середня чуттєвість: =

При порівнянні мікрофонів по величині їх внутрішній опір і потужність, що віддається не враховується. Для вказаної величини вводиться поняття приведеної чуттєвості –це чуттєвість мікрофону, яку б він мав при внутрішньому опорі, рівному 1 Ом, і при збереженні потужності, що віддається

.