1.2 Измерительные микрофоны с внешним источником питания

Функционирование при постоянном заряде. Электрическая схема, эквивалентная системе микрофон с внешним источником питания — пред усилитель, показана на рис. 15.12. Использова­ны следующие обозначения: С_т — емкость головки микрофона, V₀ — внешнее напряжение питания, R₀ — сопротивление, вклю­ченное последовательно в цепь питания, С_с — емкость соедине­ния, R_i и C_i — входные активное и реактивное сопротивления пред усилителя, v₀ — переменное напряжение на клеммах микро­фона, v — переменное напряжение на входе усилителя.

Обозначим R_T=R₀/R_i и С_т=С_m+С_с+С_i. Обычно применя­ют такие схемы, чтобы постоянная времени R_TC_T была большой

по сравнению с периодом изменения звукового давления; систе­ма функционирует, следовательно, при постоянном заряде. Получаем, таким образом:

Из условия ωR_cC_T>>1 следует

Отсюда видна выгода максимально приблизить С_Т и С_т, что осуществляется путем монтажа головки микрофона прямо на пред усилителе. Далее предположим, что заряд постоянен и С_Т~С_т. Для более глубокого изучения низкочастотных харак­теристик микрофона рекомендуется ознакомиться с монографи­ей.

1.3 Эквивалентная электрическая схема головки микрофона.

Определим соотношения, устанавливающие связь электричес­ких и механических параметров в конденсаторе (рис. 3). Заряд плоского конденсатора Q, на который подается разность потенциалов v₀, определяется выражением

где x₀ — расстояние между обкладками в состоянии покоя. Пусть x(t) — малое смещение мембраны с постоянным зазором, а v₀ - соответствующее ему изменение напряжения

Для устойчивого синусоидального режима получаем

т. е. выражения, в которых х, и и v₀ являются комплексными

величинами.

Восстанавливающую силу мембраны можно рассчитать, ис­ходя из ее потенциальной энергии W, являющейся суммой

электростатической энергии

и упругой энергии

где t — жесткость мембраны, a C_D — ее акустическая емкость. Отсюда получаем

где f₂(t) — восстанавливающая упругая сила, противодействую­щая силе давления. Эта упругая сила и давление выражаются следующим образом:

Связь между давлением р и напряжением v₀ на обкладках кон­денсатора иллюстрируется эквивалентной схемой, представлен­ной на рис. 4.

Рассмотрим теперь микрофон в целом, без учета пропуска­ния воздуха через капилляр. Следует учитывать инерцию мембраны М_А и ее импеданс, обусловленный излучением M_D, истечением воздуха через отверстия в фиксированной обкладке (M_S+R_S) и заднюю по­лость (С₂). Общая эквивалентная электрическая схема приведе­на на рис. 5, а. Помимо объяснения связи электрических и механических параметров, приведенного ранее, отметим на этой схеме:

• акустическую массу диафрагмы M_A + M_D (эффективная масса + кажущаяся масса излучения), через которую проходит такой же ток uA = U_D, что и через емкость С_D диафрагмы (М_А, M_D и C_D соединены, таким образом, последовательно);

• акустическую массу M_s, сопротивление R_s, соответствующее отверстиям в задней обкладке, через которые проходит такой же ток, что и через заднюю полость с емкостью С₂ (т. е. C₂, M_s и R_s также соединены последовательно);

• наличие узла N, обусловленное тем, что объем воздуха позади диафрагмы (C₁) поддерживается поочередно смещением диафрагмы (ток иА) и током, поступающим от задней полости (С₂).