§ 2. Микрофоны в звуковом поле

Плотность воздуха очень мала. В отсутствие ограничивающих йоверх- ностей его волновое сопротивление составляет около 41 рэл (см. гл. 1). Диафрагмы всех микрофонов обладают сравнительно большим акустиче­ским сопротивлением;'даже ленточные микрофоны (приемники градиента давления) обладают удельным акустическим сопротивлением более 200 рэл. Микрофон при взаимодействии со звуковыми волнами в свобод­ном поле может рассматриваться пак жесткое тело.

А. Свободное поле. Размеры большинства микрофонов лежат в пре­делах от 25 до 100 мм, Эти размеры выбраны на основе различных сообра­жений, среди которых не последнюю роль играют величины допусков при механической обработке. Выбирая размер микрофона, следует учи­тывать также место для первичного усилителя или трансформатора, нередко связанных с собственно приемным устройством—капсюлем микрофона. Скорость звука в воздухе составляет около 330 м/сек., таким образом, в области частот ниже 13 000 гц, еще в пределах

107

слышимого диапозона, размеры микрофона сравнимы с длиной звуко­вых волн.

Диффракция. Если длина волны сравнима с размерами микрофона, то распределение звукового давления но поверхности микрофона зависит от взаимодействия отраженных (рассеянных) и падающих волн.

Распределение звукового давления по сферическим и цилиндриче­ским поверхностям было рассмотрено в гл. 2. Как и следует ожидать, такое распределение, обусловленное диффракцией, зависит от формы корпуса микрофона и направления падающего звука. Иногда бывает возможно расчленить этот сложный эффект на относительно простые составляющие [2]. У многих микрофонов, в частности старых типов, плоские диафрагмы находятся в неглубокой плоскости; строго говоря, эта полость должна рассматриваться как часть корпуса микрофона, иногда можно рассматривать ее как короткую резонирующую трубу с открытым концом. Наряду с основным резонансом этой полости могут наблюдаться и резонансы более высоких порядков, которые также усиливают или ослабляют .падающую волну. Нередко подгоняют резонанс полости для компенсаций резонансов диафрагмы или механической колебательной системы самого микрофона. На очень высоких частотах диаметр микрофона нередко равен нескольким длинам волн. В этом случае он действует как отражающая стенка; отраженная волна направлена под углом падающей волны и имеет такую же амплитуду. Сумма амплитуд давления двух этих волн у микрофона примерно вдвое больше амплитуды падающей волны.

О значении диффракции для калибровки микрофонов по полю можно судить по кривым на фиг. 86, полученным экспериментально. Увеличе­ние давления по сравнению со свободным полем вдвое, а иногда и более¹) (наблюдаемое в свободном поле при перпендикулярном падении на диа­фрагму) отсутствует при скользящем падении (6 = 90°); при так называе­мой калибровке по давлению (в замкнутой камере, см. гл. 2) удвоение давления не учитывается самим методом, не учитывается оно также и при калибровке так называемым методом третьего электрода. Если размеры корпуса микрофона сравнимы с длиной волны падающего звука, то форма корпуса существенно отражается на калибровке по полю. Очень важно, чтобы корпус микрофона или, по меньшей мере, передняя его часть, отра­жающая звук, были так малы, чтобы явление диффракции сказывалось лишь на самых высоких частотах звукового спектра²).

Все рассмотренные здесь явления влияют на чувствительность микро­фона, приводя к подчеркиванию или подавлению отдельных частот. Коли­чественный учет этих явлений возможен лишь для микрофонов с простей­шими формами корпуса (сфера или цилиндр). В сущности, это и вызвало упрощение форм корпуса многих современных микрофонов; действитель­но, это позволяет сопоставлять результаты калибровки с расчетом. Впро­чем, нетрудно оценить диапазон частот, в котором этот источник частот­ных искажений имеет существенное значение. На фиг. 87 показан рассчи­танный диффракционный эффект [3] для сферического микрофона (любую компактную форму корпуса при такой оценке можно приближенно заме­нить эквивалентной сферой). Низшая частота, при которой диффракцион­ный эффект достигает максимума, представлена на фиг. 88 в функции диаметра сферы. Конечно, такой способ не позволяет проследить детали

*) По сравнению t давлением в свободном поле большие, чем удвоенные, давле­ния обусловливаются резонансом воздушной полости.—Прим. ред.