24 Конструкция типового конденсаторного микрофона и его устройство.

Д ля электроакустических трактов высокого качества наибольшее распространение в настоящее время получил конденсаторный микрофон. Принципиально он работает следующим образом. Жестко натянутая мембрана 1 под воздействием звукового давления может колебаться относительно неподвижного электрода 2, являясь вместе с ним обкладками электрического конденсатора. Этот конденсатор включается в электрическую цепь последовательно с источником постоянного тока Е и активным нагрузочным сопротивлением R. При колебаниях мембраны емкость конденсатора меняется с частотой воздействующего на мембрану звукового давления, в связи с чем в электрической цепи появляется переменный ток той же частоты и на нагрузочном сопротивлении возникает падение напряжения, являющееся выходным сигналом микрофона. Выходное напряжение микрофона:

,

где - зазор между диафрагмой и неподвижным электродом; - внутреннее емкостное электрическое сопротивление микрофона.

Нагрузочное сопротивление должно быть большим, чтобы падение напряжения на нем не уменьшалось сильно на низких частотах, где емкостное сопротивление конденсатора очень велико и эксплуатация такого микрофона была бы невозможна из-за сравнительно небольшого сопротивления микрофонных линий и нагрузки. По этой причине почти у всех современных конденсаторных микрофонов предусмотрены конструктивно связанные с самим микрофоном усилители, имеющие малый коэффициент усиления (порядка единицы), высокое входное и низкое выходное сопротивления.

Конденсаторные микрофоны имеют самые высокие качественные показатели: широкий частотный диапазон, малую неравномерность частотной характеристики, низкие нелинейные и переходные искажения, высокую чувствительность и низкий уровень шумов.

Лучшими из них по своим качественным показателям являются конденсатор­ные микрофоны (рис. 5.2). Тонкая натянутая металлическая мем­брана является одной из обкладок конденсатора, неподвижный массивный электрод — второй обкладкой. Они включены в цепь источника постоянного тока с нагрузочным сопротивлением R. Конденсаторный микрофон реагирует на звуковое давление. Когда звуковое давление положительно, под его действием мембрана про­гибается и емкость конденсатора возрастает. В противоположной фазе мембрана становится выпуклой и емкость уменьшается. В ре­зультате изменения реактивного сопротивления в цепи напряже­ние на выходе изменяется пропорционально смещению мембраны.

Рисунок 5.2 Внешний вид (а) и конструкция (б) конденсаторного микрофона. 1 — пружина; 2 — капилляр для выравнивания статического давления; 3 — регулятор капилляра; 4 — мембрана; 5 — защитная сетка; 6 — задний перфорированный элек­трод; 7 — изолятор; 8 — выходной контакт.

1 — металлическая мембрана;

2 — неподвиж­ный массивный электрод,

3 — металлический корпус;

4 — изолятор;

5 — отверстия для вы­равнивания статического давления

Рисунок 5.3 Устройство конденсаторного микрофона

Электрод перфорируется для исключения влияния воздушного слоя. Пре­дусмотрены элементы, выравнивающие статическое давление, и меры по снижению температурной зависимости.

Выражение для чувствительности имеет вид

где С₀ — емкость мембрана — неподвижный элек­трод; с₁ — результирующая гибкость; ω — круговая частота; R — сопротивление нагрузки; U_о— поляризующее напряжение.

Для повышения чувствительности микрофона в неподвижном электроде делают углубления в виде канавок (или сквозных отвер­стий).

Сильное натяжение мембраны, подбор воздушного зазора и ка­навок, а также другие конструктивные мероприятия позволили по­лучить постоянную чувствительность в широком диапазоне частот.

Для конденсаторных микрофонов характерны также малый уровень шума и незначительная зависимость чувствительности от температуры. Они являются точными измерительными приборами, поэтому с ними надо бережно обращаться. Наиболее уязвимой частью микрофона является мембрана, изготовленная электролити­ческим методом, толщиной порядка 3—4 мкм (микрофон МК-6) и 2—6 мкм (микрофоны «Брюль и Кьер»).

Для экспресс-контроля чувствительности микрофонов приме­няют вспомогательные устройства — электростатический возбуди­тель, пистонфон-калибратор, шариковый и тональный калибратор и др.