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 ¤15Ч29;

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.

Статья в тему

Система централизованного контроля температуры
Система централизованного контроля температуры (СЦКТ) предназначена для измерения температуры объекта и получении информации о выходе температуры разных точек объекта за границы уставок. Система централизованного контроля (СЦК) позволяет собирать и обрабатывать большое количество ...