2.5 Выбор микрофона

Среди всех типов микрофонов, используемых в настоящее время, микрофоны на основе конденсаторов считаются наиболее перспективными. Капсюль – основная часть микрофона – представляет собой плоский конденсатор, одна из обкладок которого служит мембраной, колеблющейся под действием звуковых волн, а вторая является неподвижным электродом.

Принцип действия конденсаторного микрофона состоит в изменении емкости капсюля при колебании мембраны под действием изменяющегося звукового давления, в результате чего возникает ток заряда и разряда конденсатора и в цепи протекает переменный ток, создающий переменное напряжение на сопротивлении нагрузки, пропорциональное уровню переменного звукового давления [7].

Связь между давлением Р и напряжением u₀ на обкладках кон­денсатора иллюстрируется эквивалентной схемой, представлен­ной на рис. 6.

Рисунок 6 – Эквивалентная электрическая схема конденсаторного микрофона

Пользуясь законами Ома и Кирхгофа, определим зависимость между входным и выходным параметрами.

Ток i, возникающий при воздействии звукового давления Р на входе микрофона, равен:

(36)

где - комплексное сопротивление цепи, определяемое из выражения:

(37)

Заменяя комплексные величины, получим:

(38)

Напряжение u₀, возникающее на обкладках конденсатора, определяется из закона Ома:

(39)

Подставляя выражения (36) – (38) в (39), получаем зависимость между звуковым давлением на входе и выходным напряжением:

(40)

Передаточная функция определяется, как отношение выходного параметра к входному:

(41)

Заменяя на оператор Лапласа р в выражении (40), передаточная функция примет вид:

(42)

Эта передаточная функция соответствует колебательному звену.

В качестве микрофона используется конденсаторный микрофон МКЭ-4М, предназначенный для передачи и звукоусиления речи в любых помещениях и открытом пространстве. Он имеет круговую диаграмму направленности и может также применяться в качестве датчика для регистрации уровня зашумленности. Поэтому для простоты конструкции системы, используем микрофоны одного типа.

Основные параметры микрофона МКЭ-4М:

- номинальное выходное сопротивление, Ом 2100;

- номинальное выходное напряжение, мВ 1;

- номинальный диапазон частот, Гц 50...15000;

- габаритные размеры, мм ¤15×29;

- масса, г 13.

Определим численные значения неизвестных величин, исходя из соотношений, устанавливающих связь электричес­ких и акустических параметров в конденсаторном микрофоне.

Микрофон МКЭ-4М имеет номинальное выходное сопротивление R=2100 Ом. Индуктивность определяется инерцией мембраны и имеет электроакустический аналог – акустическую массу:

(43)

где m – масса мембраны, m=1,7·10^-4 кг;

А – работа, совершаемая при перемещении мембраны, А=5,85·10^-4 Дж.

Электрическая емкость конденсатора С₁, имеет электроакустический аналог, определяемый из выражения:

(44)

где u – напряжение, возникающее на обкладках конденсатора при номинальном режиме работы, u=10^-3 В;

р – звуковое давление, необходимое для возникновения номинального напряжения, р=0,2 Па;

ω – резонансная частота, при которой возникает максимальное выходное напряжение, ω=150 Гц;

ω₀ – коэффициент, зависящий от диаграммы направленности микрофона, ω₀=149,86 Гц.

Емкость конденсатора С₂ – емкость соединения проводников с обкладками мембраны, определяется:

(45)

где k – коэффициент, зависящий от типа соединительных проводников, k=26,7.

Подставляя вычисленные числовые значения в (42), найдем передаточную функцию микрофона:

(46)