Файл: Римский-Корсаков А.В. Электро-акустика.pdf

М И К Р О Ф О Н Ы

Ненаправленный микрофон

Весьма

распространенным

типом

электродинамических мик­

рофонов

является

катушечный электродинамический

микрофон.

Схематически его устройство представлено на

рис.

4.18.

П о д в и ж н а я

система

этого микрофона состоит из круглой вы­

пуклой

д и а ф р а г м ы ,

которая крепится к магнитной системе гибким

воротником. Д и а ф р а г м а

легкая

а л ю м и н и е в а я

и

достаточно

ж е с т к а я ,

чтобы

колебаться

под действием звукового давле ­

ния

как

поршень.

П о

краю

д и а ф р а г м ы ,

с

внутренней

сто­

роны,

прикреплена

легкая ци­

линдрическая

п о д в и ж н а я

ка­

тушка . К а т у ш к а сделана т а к ж е

из

алюминиевого

провода и

находится

в

кольцевом

зазоре

магнитной системы. Горшко -

образиын

магнит с

централь ­

Рис. 4.18.

Катушечный

электродинами­

ным

стержнем

создает

в

коль­

ческий микрофон:

цевом зазоре

магнитной

систе­

1 — диафрагма

с

катушкой;

2 — магнит,

мы

поле в р а д и а л ь н о м

направ ­

3 — немагнитный диск

с

отверстиями

лении.

Простейший катушечный микрофон выполняется как ненаправ ­

ленный

приемник давления . Т а к

ж е , к а к и в

ленточном

ненаправ ­

ленном

микрофоне — приемнике давления, д л я получения

частотно-

рабочем диапазоне частот. Д и а ф р а г м а с

катушкой,

подвешенная

на гибком воротнике, представляет собой

типичную

резонансную

стему

объемов воздуха

под д и а ф р а г м о й , в

горшкообразном маг­

ните

и узкой

щели . П р и

помощи этой

щ е л и объемы

сообщаются

через

д е т а л ь

из немагнитного м а т е р и а л а , укрепленную на

сердеч­

нике

под

катушкой .

Э к в и в а л е н т н а я электрическая схема

такой механико-акустиче­

ской

системы приведена на рис. 4.19а,

где

использованы

обозна­

чения: mv,

ск

— соответственная масса

и

гибкость

д и а ф р а г м ы с

катушкой и воротника, на котором они подвешены; г\,

т\ — сопро­

тивление вязкого трения, образующегося при протекании

воздуха

через

щель, и масса этого воздуха соответственно;

с\ — г и б к о с т ь

воздуха под д и а ф р а г м о й ;

с'2 — гибкость

воздуха в полости

магнита .

Ш т р и х и у обозначений показывают,

что эти акустические

па­

раметры пересчитаны к механическим,

соответствующим

площади,

д и а ф р а г м ы :

= V, (у P

) - i , C'2 = V2

(Y ^

) -

'

,

,п{ =

»hSl

r\

=

rxSl,

где 5 Дс[— п л о щ а д„ьS 2д и а ф р а г м ы ; V\

и

Уг — воздушные

объемы

под.

диафрагмой и в полости магнита соответственно; m\=pdlS\

—

акустическая

масса воздуха

в щели

сечением S\ и длиной

/ ь

г, — акустическое сопротивление

вязкого трения

в той ж е ще ­

ли; Р0 — атмосферное

давление;

у

— показатель

адиабаты,.

7=1,4 .

Ряс. 4Л9. Эквивалент­

ные

схемы

механико-

акустической

системы

катушечного

микро­

фона:

а —• без

компенсирую­

щей трубочки; б — с

компенсирующей

тру­

бочкой;

в — упрощен­

ная

схема

с

компен­

сирующей

трубочкой

(область низких

час­

тот) ; г — то же, что

в, без

компенсирую­

щей трубочки

В области низких и средних частот сопротивление гибкости

с\

велико и схема п р е в р а щ а е т с я в простой колебательный

контур.

Сопротивление

г\

определяет

затухание

в этом

контуре

и дл я

т о г а

чтобы модуль

сопротивления

контура

не сильно

менялся,

г\ д о л ж ­

тивления контура: ґ~3>\в)(тк+т').

В области высоких частот это-

соотношение соблюсти,

очевидно,

невозможно

из-за

роста реактив­

ного сопротивления с частотой.

О д н а к о шунтирующее действие

гибкости

с[ приводит

к выравниванию

входного

сопротивления

всей цепи. В системе появляется

второй

резонанс

б л а г о д а р я этой

емкости

в области высоких частот. Точный

анализ зависимости

действительно мало меняется с частотой

при

правильном выборе

соотношений

м е ж д у п а р а м е т р а м и акустической и

механической

систем. П р и б л и ж е н н о е значение модуля

этого

сопротивления:

\iu\at

a2mj2,

(4.61)

где © 2 = { ( w „ c K ) - I

+ 4(,mK c,)-1 ] .

Таким образом, чувствительность холостого хода

катушечного

микрофона

составляет:

£п0 = 2BISR

• К Г 8 / с о 2 т к .

(4.62>

В ы р а ж е н и е

(4.61) справедливо

д л я

частот вблизи

и выше ча­

стоты резонанса механической системы соі= (ткск)~1,г.

Н а частоте

ниже резонанса

сопротивление § м

резко

возрастает и

чувствитель­

вблизи

и выше

частоты сої ее сопротивление было весьма велико

и она

не влияла бы на действие механико-акустической

системы.

Н а

частотах

co<Scoi схема микрофона, с учетом влияния

трубоч­

вующее со стороны открытого конца этой трубки давление

р, та­

кое ж е , как и давление на д и а ф р а г м у . Н а

частотах

ниже

резонан­

са катушки ее инерциальное сопротивление ico-mK,

а т а к ж е

сопро­

тивление воздуха в щели г'2 + 'ш\т'2

пренебрежимо

малы,

а

сопро­

тивление гибкости воздуха под мембраной

( i c o c j ) - 1

велико.

Поэто­

му

достаточно проанализировать

поведение

упрощенной

схемы

рис. 4.19е, дл я того чтобы понять действие компенсационной

труб­

ки. Скорость колебаний катушки

(ток, текущий через с к )

может

быть представлена как разность двух скоростей: V\ — образующей ­

ся

под действием д а в л е н и я р на д и а ф р а г м у

(сторона I схемы), при

замкнутой накоротко второй стороне (II)

схемы, и v2 — образую ­

щейся

под действием такого ж е

д а в л е н и я

на

стороне / /

(т. е. на

трубке)

при

короткозамкнутых з а ж и м а х I .

Р а с ч е т

д а е т д л я

моду­

л я

результирующей скорости колебаний:

(4.63)

где

Q=im3 cuo/ir3 — добротность

акустического

резонанса,

со0 =

=

К ( с '

+ Ск )]-'/2.

| v0

| =

р а скс'2

( с2 4- с к ) - ] .

(4.64)

Таким

образом,

компенсирующая т р у б к а увеличивает скорость

д в и ж е н и я ,

а

следовательно,

и чувствительность

в

отношении:

' | vlva

|

= (ее/во.) (со2/©2, +

Q - 2 ) 1 ' 2 [(1 —со2 /©2 )2

+

a v V K Q ) 2 ] - 1 ' 2 .

(4.65)

Эта величина резко возрастает вблизи частоты

соо

резонанса,

образованного массой воздуха в трубке и гибкостью

воздуха внут­

ренних полостей микрофона и воротника, катушки . Если

ю = соо, то

\v/v0\ = (\ + Q2)1/2.

вижную систему с двух

сторон. М е ж д у

давлениями,

действующими

по обе стороны, получается определенный сдвиг фаз . Н а

рис. 4.20

Рис. 4.20. Электро-

дннаммческнй

ка­

тушечный

однона­

правленный микро­

фон

(с

кардио-

идиой

характери-

стакой

направлен­

ности) :

а

—

схем аги чес-

^ кое

изображение;

б — эквивалентная

схема

•механнко-

ак.уст.ичеокой

си­

стемы

микрофона

=pi

ad

exp { — і — cos 6}

Co

схематично и з о б р а ж е н а

акустическая

система такого

микрофона .

вижной катушки,

при условии cod/co'Cl, описывается

в ы р а ж е н и е м :

о =

Р(Ы* + Ыз+Ы&з)~1

(аг +

5зі « rfco"' cos0) .

(4.66)

Здесь

gi — акустическое

сопротивление

д и а ф р а г м ы ; 32 — акустиче­

ское сопротивление прохода, соединяющего полость за диа­

фрагмой с тыльной стороной микрофона;

g3 — акустическое

сопротивление полости за д и а ф р а г м о й ; dcose — разность

пу­

тей

волны к передней и тыльной

сторонам

микрофона .

П р и условии %2—Цз®с1/со

скорость

д и а ф р а г м ы , а

следователь ­

но, и напряжение,

снимаемое

с микрофона, будут

зависеть

от

угла

падения

волн ка к

( l + cos0). Если

§ 3 =

(ico с 3 ) — 1 (сз — гибкость

воз­

духа

в полости

за

м е м б р а н о й ) , то 32=с?(соСз)- 1 ,

т. е.

сопротивле­

ние прохода д о л ж н о быть чисто активным . В

этом случае частот­

на я

характеристика

чувствительности

определяется

величиной:

ISi +

8s(l

+ 8 1 / 8 * ) Ґ -

Так ка к 33 падает

с частотой и может быть сделано

относитель­

но м а л ы м по сравнению с Зі, то

п о д в и ж н а я

система

микрофона

д о л ж н а

иметь

резонансную

частоту,

расположенную

в

середине

рабочего

диапазона,

и значительное затухание . М о ж н о выполнить

$2 в виде

сопротивления

акустической массы,

32=100 т 2

, и

потребо­

вать,

чтобы т2=

fodlcQ,

т. е. сделать з 3 , по возможности

близким