1.5 Излучение и приём акустических сигналов.

1.5.1 Микрофоны

Микрофоны – это преобразователи акустических колебаний в электрические. Большинство микрофонов явля­ется преобразователями акустической энергии в электрическую. Есть микрофоны, основанные на другом принципе – релейном. В них под действием акустичес­ких колебаний происходит преобразование энергии по­стоянного тока в энергию переменного тока. Рассмотрим технические показатели микрофонов.

Чувствительность – отношение напряжения на выходе микрофона к звуковому давлению , действу­ющему на микрофон

. (1.31)

Чувствительность определяют в зависимости от за­дания или по напряжению холостого хода, или по нап­ряжению на номинальной нагрузке. За номинальную на­грузку обычно принимают модуль внутреннего сопротивления микрофона на частоте 1000 Гц.

Внутреннее сопротивление микрофона . Для ряда микрофонов оно активно и практичес­ки не зависит от частоты. Если внутреннее сопротивление зависит от частоты, в справочниках приводят или среднее значение по частотному диапазону или модуль на частоте 1000 Гц.

Чувствительность по давлению – чувст­вительность при звуковом давлении, действующем толь­ко на поверхность звуковоспринимающего элемента и распределенным по нему равномерно.

Чувствительность по свободному по­лю – это чувствительность при воздействии на микро­фон звукового давления в свободном ноле, когда напряжение на выходе микрофона относят к звуковому давлению в точке поля до размещения в ней микрофо­на:

. (1.32)

Свободным полем называют область звуко­вого поля, в которой влияние отражающих поверхнос­тей пренебрежимо мало.

Чувствительность по диффузному по­лю – чувствительность при воздействии на микрофон звукового давления в диффузном поле , причем на­пряжение на выходе микрофона относят к звуковому давлению в точке поля до размещения в ней микрофо­на:

. (1.33)

Диффузным полем называют область звуко­вого поля, в каждой точке которого плотность звуковой энергии и поток акустической энергии на единицу пло­щади одинаковы во всех направлениях.

Чувствительность микрофона зависит от частоты, по­этому введено понятие средней чувствительности – сред­неквадратичное значение в номинальном диапазоне ча­стот, причем усредняют чувствительность, измеренную на частотах, распределенных равномерно в логарифми­ческом масштабе.

Уровень чувствительности – чувствитель­ность, выраженная в децибелах относительно величины 1 В/Па.

Стандартный уровень чувствительно­сти – выраженное в децибелах отношение напряже­ния, развиваемого на номинальном сопротивлении нагрузки при звуковом давлении 1 Па, к напряже­нию, соответствующему мощности , т. е. уро­вень мощности, отдаваемой микрофоном в номиналь­ную нагрузку при .

Частотная характеристика – зависимость уровня чувствительности от частоты. Ее неравномер­ность определяют в номинальном частотном диапазоне для данного типа микрофона.

Характеристика направленности – за­висимость чувствительности микрофона в свободном по­ле от угла между рабочей осью микрофона и напра­влением на источник звука. Эту характеристику опреде­ляют или на ряде частот, или для полосы частот.

Индекс направленности – коэффициент на­правленности, выраженный в децибелах, показывает разницу в уровнях мощности, развиваемой микрофоном, при действии двух источников звука.

Перепад чувствительности «фронт тыл» – отношение чувствительности микрофона в нап­равлении оси к чувствительности под углом к его оси.

Уровень собственного шума. Даже в от­сутствии какого-либо акустического сигнала около мик­рофона напряжение на его выходе не равно нулю. На­личие напряжения является следствием флуктуации ча­стиц в окружающей среде, а также тепловых шумов со­противлений в электрической части микрофона.

Чувствительность звеньев микрофона. Чувствительность микрофона можно представить как произведение чувствительностей отдельных звеньев, вхо­дящих в него [2].

Микрофоны по принципу электромеханического пре­образования делятся на электродинамические, электро­статические, электромагнитные и релейные. Электроди­намические микрофоны по конструкции механической системы делятся на катушечные (динамические) и ленточные. Электростатические де­лятся на конденсаторные, в том числе и электретные, и пьезомикрофоны. Электромагнитные – на односторон­ние и дифференциальные. Релейные – на угольные и транзисторные.