1.5. Микрофоны

Угольный микрофон. Цепь уголь­ного микрофона с нагрузкой R_H приведена на рис. 1.10, а. При отсутствии звука микрофон обладает статическим сопротивлением R_cr (рис. 1.10, б). При воздействии на мембрану микрофона синусоидально изменяющегося звукового давления сопротивление будет изменяться по тому же закону:

где К_а — динамическое сопротивление

микрофона при работе;R_m — амплитуда переменной состав­ляющей сопротивления микро­фона. ,

В среднем динамическое сопро­тивление микрофона на 20 % больше статического, т. е. R_a = l,2R_CT. Опре­делим, от каких факторов зависит электродвижущая сила микрофона £„. Обозначив напряжение источни­ка питания Uo, можно написать выражение для тока в микрофонной цепи:

Отношение R_m/R — m определяет относительное изменение сопротивле­ния микрофонной цепи под воздей­ствием звуковых колебаний.

Выражение (1.6) можно разло­жить в ряд по биному Ньютона:

где Uo/R=h—ток питания микрофона. Из выражения (1.7) видно, что ток в цепи микрофона будет содер­жать основную частоту и ее высшие гармоники, обусловливающие нели­нейные искажения микрофона. При достаточно малом значении т (0,2— 0,4) можно в выражении (1.7) прене­бречь всеми членами ряда, начиная с тоетьего. и написать

Второе слагаемое выражения (1.8) является переменной составля­ющей разговорного тока I„;

откуда э.д.с. микрофона: £_м = = I_QR_msin(ot..

Полученное выражение показы­вает, что э.д.с. микрофона зависит от тока питания и переменного сопро­тивления R_m, которое в свою очередь зависит от зернистости угольного

Применяются микрофоны с раз­ным сопротивлением: низкоомные (30—80 Ом) и высокоомные (100— 260 Ом). Различное сопротивление угольных микрофонов достигается применением порошков с различными размерами зерен: чем крупнее зерна, тем меньше сопротивление угольного порошка. Низкоомные микрофоны имеют ток питания около 80 мА, а высокоомные — 25 мА.

В эксплуатации нашел широкое распространение микрофонный кап­сюль типа МК-16. Этот капсюль (рис. 1.11, а) содержит основные части: металлический корпус 3, в котором

расположена камера для засыпки угольного порошка 1\ неподвижный электрод 9, укрепленный на пласт­массовом держателе 10; диафрагму

6 из алюминиевой фольги с прикреп­ленным латунным электродом 2 в ви­де полусферы; неподвижный элект­род 11, укрепленный в изоляционнойвтулке; фигурное кольцо 5, котороеразделяет объем воздуха междудиафрагмой 6 и корпусом 3 на двечасти, сообщающиеся между собойчерез два отверстия 4; крышку

7 с отверстиями 8. Применениеэлектродов в виде полусфер сделалосопротивление микрофона более ста­бильным и не зависимым от про­странственного положения. Частот­ная характеристика МК-16 (рис.1.11, б) по сравнению с ранеевыпускавшимся МК-Ю более равно­мерная, особенно в области верхнихчастот. Средняя чувствительностьмикрофона МК-16 в диапазонечастот 300—3400 Гц составляет0,7 В/Па, а коэффициент неравно­мерности — 20 дБ.

Электродинамические микрофо­ны. По устройству подвижной систе­мы электродинамические микрофоны разделяются на катушечные и лен­точные. В катушечных микрофонах в качестве подвижной системы применяется катушка, в ленточ­ных — легкая металлическая лента.

Магнитная система катушечного микрофона (рис. 1.12, а) состоит из цилиндрического постоянного магни­та 2 и магнитопровода, имеющего центральный стерже^⁷, / и фланцы 3. В зазоре ме>\ду фланцами расположена подвижная катушка 4, связанная с мембраной 5. Звуковые волны проходят через отверстия . крышки 6 и воздействуют на мембрану, вызывая ее колебания.

где Во — индукция магнитного поля, Тл; / — длина проводника звуковой ка­тушки, м; v — скорость колебания катушки,

м/с.

Электродвижущая сила,' возника­ющая в катушке,

Скорость колебания катушки зависит от звукового давления р, действующего на мембрану, площади мембраны S и механического сопро­тивления г_т подвижной системы

МИКрофО"я-

Катушечные динамичс!_лпс милри-

фоны обладают хорошими каче­ственными показателями и поэтому нашли широкое применение в радио­вещательных студиях, залах связи совещаний, кабинетах поездных дис­петчеров, устройствах звукозаписи и т. д. Частотная характеристика динамического микрофона приведена на рис. 1.11, б.

Устройство ленточного микрофо­на показано на рис. 1.12, б. Между полюсными наконечниками посто­янного магнита 2 подвешена тонкая алюминиевая гофрированная лента 1 толщиной 0,2 мкм. Под действием звуковых волн лента, служащая мембраной, колеблется и в ней индуцируется э.д.с, пропорциональ­ная звуковому давлению. Ленточные микрофоны имеют равномерную ча­стотную характеристику. Они приме­няются главным образом в студиях.

Катушечные и ленточные электро­динамические микрофоны из-за их небольшой чувствительности работа­ют совместно с микрофонными усилителями, которые располагаются вблизи микрофонов для того, чтобы уменьшить воздействие электриче­ской помехи на разговорный тракт.

1.6, Расчет электроакустических характеристик разговорного тракта

Разговорный тракт образуют (рис. 1.13, а): источник звука, микрофон ВМ, электрический канал связи, приемники сигнала, головка громкоговорителя ВА или телефон BF, а также акустические участки тракта от источника звука до ВМ и от выхода канала до ВА или BF. На входе и выходе канала связи могут включаться усилители У Пер и УПр-в зависимости от типа применяемы^

17

электроакустических преобразовате­лей и получаемых от них мощностей. При этом усиление усилителей S_nep я S_np определяется исходя из рассчитанных значений уровней пе­редачи Р„, Рпер, Рпр И Р_вх. ИСХОДНЫМИ

данными для расчета характеристик разговорного тракта являются пара­метры электроакустических преобра­зователей и заданные значения звуковых давлений р_м — на входе микрофона; р_г — на расстояниит от громкоговорителя ВА и р_т — на выходе телефона BF. Диаграмма изменения электрических уровней на участке от выхода ВМ до входа в ВА или BF представлена на рис. 1.13, б. Затухание линейного тракта канала а_л обычно задается и не должно превышать 30 дБ для частоты 800 Гц, причем уровень передачи Рпе_Р — +5 дБ, а приема Р„_р — = -25 дБ.

Расчет характеристик передачи: р_м, Р_м, 5_Пер. Значение звукового давления р_м, воздействующего на микрофон, определяется в зависимо­сти от расстояния / от источника звука до микрофона. Так, при /1 == 1 м для обычного разговора принимается p_M/l-—0,1 Па. При удалении от микрофона источника звука на расстояние h определяют p_M;₂ = p_M/,/i//2 согласно формуле (1.1). Так, при /₂ = 0,1 м р_м/₂=1 Па. Значение уровня на выходе микрофо­на Р„ (дБ), т. е. на входе в электрический тракт с учетом формулы (1.4),

где £„ — э.д.с. на выходе при согласо­ванной нагрузке, В; S_M — коэффициент чувствительности

микрофона, В/Па; р„ — звуковое давление, действую­щее на микрофон, Па.

Усиление усилителя передачи

Так, если применяется электроди­намический микрофон, для которого имеем S_M = 0,004 В/Па (см. табл. 1.1), и если на него воздействует звуковое давление р„ = 0,1 Па. то

где Р„ер — уровень на входе канала

связи, дБ;

Ям — уровень на выходе микрофо­на, дБ.

Значение Р_тр задается нормами; так, для канала НЧ принимается

Р„ер = +5 ДБ.

Расчет характеристик приема:

электрической мощности Л/_эт телефо­на или головки громкоговорителя, электрических уровней Р_вх на входе BF или В А, соответствующих требуе­мым значениям Л^_эт, и усиления S_np усилителя приема. Основной задан­ной характеристикой является звуко­вое давление р_т, которое должен обеспечить телефон или громкогово­ритель.

Электрическая мощность, разви­ваемая телефоном,

где U^ — напряжение на входе телефо­на, В;

Z, — сопротивление телефона, Ом; р? — звуковое давление на выходе

телефона, Па;

5_Т — коэффициент чувствительно­сти, Па/В.

Для электромагнитного телефона Z_T = 260 Ом, S_T=15 Па/В, р_т = 0Д Па, и тогда согласно формуле (1.12) получаем М„ = 0,2 • 10~⁵ Вт.

Электрическая мощность головки громкоговорителя

где N_a. — акустическая мощность, раз­виваемая головкой громкого­ворителя, Вт;

т] — коэффициент полезного дей­ствия.

N_ar определяется согласно форму­ле (1.3), при этом выражение (1.13) приобретает вид

где р, — заданное звуковое давление в точке, отстоящей от головки громкоговорителя на расстоя­нии г, Па;

г — расстояние от громкоговори­теля, м. •

Усиление усилителя приема о_пр

Для электродинамических диффу-зорных головок громкоговорителей г| = 0,03. Так, если требуется р_г = 0,1 Па на расстоянии г —3 м, то необходимо иметь iV_3r —0,1 Вт. Зна­чения электрических уровней Р_{вх т} и Р_вх г, дБ, соответствующих Ы_эг и JV_3r, оппелеляются выпажениями

где Р_пр — допустимое значение уровня на выходе канала связи, дБ.

Для канала НЧ принимается Р_пр=—25 дБ, а для канала ТЧ

Р„р=+4 дБ.

Контрольные вопросы

1. Почему выбрана полоса частот 300—3400 Гц при передаче речи?

2. Как учитывается адаптация слуха приконструировании телефонных аппаратов?

3. В чем заключается метод оценкикачества связи по разборчивости?

4. Как определяется коэффициент чув­ствительности электроакустического преобра­зователя?

5. Для какой цели в телефоне применяетсяпостоянный магнит?

6. От чего зависит э.д.с. угольногои динамического микрофонов?

7. Как определяется усиление усилителяпередачи и приема в электроакустическомтракте?