2.3. Комбинированные микрофоны.

Комбинированные микрофоны являются простейшим видом направ­ленных микрофонов, так как представляют из себя систему, состоящую из двух типов акустических приемников-микрофонов. Обычно это приемники давления и градиента давления, реагирующие соответственно на величину и изменение величины акустического сигнала.

Простейшая комбинация этих приемников, наиболее часто приме­няемая на практике, состоит из одного микрофона-приемника давления и одного микрофона-приемника градиента! давления, располагаемых как можно ближе друг к другу, (обычно один над другим) и так, чтобы их оси были параллельны. Изменяя параметры микрофонов, можно получать раз­личные характеристики направленности и соответственно индексы на­правленности (рис; 46) всей системы.

Виды характеристик направленности: 1 - окружность для приёмника давления; 2 - кардиоида для комбинированного приёмника с одинаковой чувствительностью приемников давления и градиента давления; 3 - суперкардиоида; 4 - гиперкардиоида; 5 - косинусоида (восьмерка) для одного приемника градиента давления. Наибольший индекс достигается для 4-го случая, когда диаграмма имеет вид гиперкардиоиды (Q_ГК =6 дБ).

2.4. Групповые микрофоны.

К групповым акустическим приемникам относятся линейные груп­пы, трубчатые микрофоны и фазированные решетки.

Линейная группа приемников.

Линейная группа приемников (микрофонов) — это несколько микро­фонов, обычно располагаемых в ряд по прямой горизонтальной линии так, чтобы их оси были параллельны друг другу (рис. 47), иногда микрофоны располагают по небольшой дуге. Электрические выходы акустических приемников последовательно соединяют в специальном смесителе.

Характеристика направленности такой линейной группы R(θ) из N приёмников определяется как произведение характеристики направлен­ности одиночного приемника R₁(θ) на характеристику группы.

(2.7)

где d - расстояние между соседними приемниками.

Чем меньше отношение длины волны λ акустического сигнала к длине группы 1 = (N- l)^xd, тем уже будет основной лепесток диаграммы направленности и больше индекс направленности. Однако следует иметь в виду, что при чрезмерной длине группы (сравнимой с расстоянием от при­емника до источника звука) будут сказываться интерференционные явле­ния из-за большой разности хода звуковых волн от источника до входов отдельных микрофонов, входящих в состав группы.

Численное значение ширины основного лепестка определяется из соотношения

(2.8)

Пример. Для группового приемника, состоящего из шести нена­правленных микрофонов, расположенных по прямой линии с шагом d = 10 см (1 = 50 см) и частотой принимаемого сигнала f = 1000 Гц (λ =33 см), ширина основного лепестка составляет величину θ₁ ≈ 41°. Расчет индекса направленности для этой группы дает величину 8 дБ.

Основной недостаток такого типа направленных микрофонов - это обеспечение направленных свойств только в плоскости, проходящей через оси микрофонов; в ортогональной плоскости характеристика такая же, как и у одиночного микрофона.

Трубчатый микрофон органного типа.

Трубчатый микрофон органного типа так же использует свойства групповых антенн. Его вид схематично представлен на рис. 48.

Такой микрофон имеет в своем составе несколько десятков тонких трубок 1 с длинами от нескольких сантиметров до метра и более. Эти трубки собирают в пучок - длинные по середине, короткие - по наружной поверхности. Концы трубок с одной стороны образуют плоский срез 2, входящий в предкапсюльный объем 4. Сам микрофонный капсюль 3 выби­рается, как правило, электродинамического или электромагнитного типа (приемника давления) в зависимости от требуемого частотного диапазона. Звуковые волны, приходящие к приемнику по осевому

направлению, про­ходят в трубки и поступают в предкапсюльный объем в одинаковой фазе. Их амплитуды складываются арифметически

(2.9)

где N - количество трубок, a U_i - амплитуды звуковых волн.

Звуковые волны фонового шума, приходящие под углом 0 к оси, ока­зываются сдвинутыми по фазе, так как трубки имеют разную длину, По­этому амплитуды этих волн складываются геометрически

(2.10)

где Δ φ - величина разности фаз для любой пары звуковых волн, пришедших по трубкам, длины которых отличаются на величину d.

Разности фаз можно найти по формуле

(2.11)

Характеристика направленности R(θ) для такого направленного мик­рофона определяется из соотношения, аналогичного для линейной группы приемников (2.7):

(2.12)

где d_min - разница в длине между ближайшими по размеру трубками.

Приведенные соображения справедливы в случае, если в трубке не образуются резонансные колебания. С этой целью входные отверстия тру­бок либо их концы у капсюля закрывают при помощи пробок из пористого поглотителя.

Основным достоинством таких направленных микрофонов является высокий индекс направленности (до 8 дБ, при этом шумы, действующие с боковых направлений, ослабляются по отношению к сигналу почти в 10 раз).

Основной недостаток - большие геометрические размеры (макси­мальная длина трубок около 90 см). Поэтому на сегодняшний день подоб­ные устройства не используются в промышленном шпионаже, за исключе­нием нескольких экспериментальных изделий.