Частотные характеристики микрофонов

Основным электроакустическим параметром, определяющим качество работы микрофона, является его чувствительность. Чувствительностью микрофона S_м (В/Па) называется отношение электродвижущей силы Е_м (В), развиваемой микрофоном, к звуковому давлению Р (Па), действующему на микрофон, S_м= Е_м / Р. Зависимость чувствительности микрофона от частоты при постоянных значениях звукового давления и тока питания микрофона называется частотной характеристикой микрофона.

Чувствительность угольного микрофона на различных частотах различна. Резкое возрастание чувствительности на определенной частоте разговорного спектра возникает в результате резонанса, при совпадении частоты звуковых колебаний с частотой собственных колебаний мембраны. Неравномерный характер частотной характеристики микрофона вызывает амплитудно-частотные искажения, воспринимаемые на слух как искажения тембра голоса при разговоре.

Коэффициент неравномерности частотной характеристики микрофона определяется по формуле:

_∆ S=20 lg S_{м max} / S_{м min} (дБ)                                            

Чем меньше значение коэффициента неравномерности _∆ S, тем меньше искажения вносимые микрофоном в тракт телефонной передачи.

Микрофон характеризуется также средней чувствительностью в заданном диапазоне частот.

S_{м ср}= (S_{м 1} + S_{м 2} +…+ S_{м n}) / n

Где n - число частот, на которых определена чувствительность.

Достоинства угольного микрофона:

1. простота устройства

2. сравнительно низкая стоимость

3. усилительная способность в процессе преобразования звуковых колебаний в электрические

Недостатки угольного микрофона:

1. значительные нелинейные и частотные искажения, вносимые микрофоном в тракт передачи

2. нестабильность характеристик во времени

3. зависимость параметров микрофона от его положения в пространстве

4. спекание и гигроскопичность зерен порошка

Электретные микрофоны

Чтобы разобраться в том, как работает электретный микрофон, рассмотрим схему, поясняющую принцип работы конденсаторного микрофона.

 

                                 - + Б

                                                     R    Выход                           

 

 

 

Рис.6. Схема включения конденсаторного микрофона

 

Мембрана и электрод выполнены из электропроводного материала и разделены изолирующим кольцом, т.е. представляют собой конденсатор. Жестко натянутая мембрана под действием звукового давления совершает колебательные движения относительно неподвижного электрода. Конденсатор включен в электрическую цепь последовательно с источником постоянного тока и нагрузочным сопротивлением. При колебаниях мембраны емкость конденсатора меняется с частотой воздействующего на мембрану звукового давления, поэтому изменяется и напряжение на обкладках конденсатора. В электрической цепи появляется переменный ток той же частоты, и на нагрузочном сопротивлении возникает переменное напряжение, которое является выходным сигналом микрофона. Конденсаторный микрофон является емкостным преобразователем, емкость которого лежит в пределах 30-150 пф. Следовательно, внутреннее сопротивление такого микрофона на низшей частоте рабочего диапазона составляет десятки и сотни мОм. Сопротивление нагрузки микрофона должно быть значительно больше его внутреннего сопротивления, или равным ему. Поэтому такие микрофоны обладают высоким выходным сопротивлением. Для его уменьшения в корпус микрофона встраивается истоковый повторитель на полевом п-канальном транзисторе. (рис. а). Это позволяет понизить выходное сопротивление до 3-4 кОм. При этом уменьшаются потери сигнала при подключении выхода микрофона ко входу усилителя сигнала микрофона. Усилитель подключается для усиления выходного сигнала микрофона.

Электретные микрофоны по принципу работы являются теми же конденсаторными, но в них отсутствует отдельный источник поляризованного напряжения. Постоянное напряжение в них обеспечивается зарядом электрета (диэлектрика), тонким слоем нанесенного на мембрану. Этот диэлектрик способен заряжаться в сильных электрических полях и при высокой температуре сохранять заряд продолжительное время. Этот заряд сохраняется свыше 30 лет. Электретные микрофоны обладают повышенными электроакустическими и техническими характеристиками и обеспечивают более разборчивую передачу речи по телефону.

 

 

                                             

а)                                              б)     

 

Рис. 7. Внутренние схемы электретных микрофонов (а) и (б) и схема подключения электретного микрофона с двумя выводами

 

У электретных микрофонов с двумя выводами выход микрофона выполнен по схеме усилителя с открытым стоком (рис.б).