5.3. ДИНАМИЧЕСКИЕ (КАТУШЕЧНЫЕ) МИКРОФОНЫ

Приемники давления. На рис. 5.9а схематически показана конструкция динамического микрофона приемника давления. Принцип его действия заключается в том, что катушка 5 с намотанным на нее (Проводом, находящаяся в радиальном магнитном поле (рис. 5.9 б и в), колеблется под действием звукового давления, пересекая силовые линии. Вследствие этого в ней индуктируется где В — индукция магнитного поля; I — длина провода катушки; скорость колебаний катушки.

Для создания магитного поля обычно применяют кольцевой магнит 1 из высококоэрцитивных сплавов и магнитопровод (два фланца и керн 3) из мягких материалов. Между керном и верхним фланцем образуется кольцевой зазор 4, в котором размещают звуковую катушку 5. В зазоре Катушка жестко связана с диафрагмой 9, имеющей куполообразную форму для придания ей большей жесткости. Диафрагма с помощью гофрированного гибкого подвеса 7 заколтлена на верхнем фланце и может колебаться только по оси

(вдоль зазора). Диафрагму изготовляют из легких, но прочных материалов, например из полистирола. Микрофон имеет корпус 13 с отверстием, опереди затянутым защитной сеткой 8 для предохранения диафрагмы от повреждений.

Рис. 5.9. Конструкция динамического микрофона - приемника давления фрагментами, показывающими (расположение катушки в зазоре: а) общий вид; б) разрез катушки с одной стороны; в) вид сверху; 1 — кольцевой магнит; 2 — нижний фланец; 3 — керн; 4 — кольцевой зазор; 5 — звуковая катушка; 6 — верхний фланец; 7 — подвес; 8 — защитная сетка; 9 — диафрагма; 10 — объем под диафрагмой; 11 — шелк; 12 — каналы; 13 — корпус микрофона; 14 — внутренний объем; 15 — шайба из немагнитного материала

Электрическая нагрузочная характеристика микрофона практически равномерна во всем частотном диапазоне, так как электрическое сопротивление катушки почти не зависит от частоты (лишь несколько повышается на высоких частотах). Коэффициент электромеханической связи величина постоянная. Как приемник давления, микрофон имеет акустическую чувствительность почти равномерную (лишь с небольшим повышением к высоким частотам, на которых длина волны становится сравнимой с размерами микрофона). Для большинства микрофонов это наступает на частотах около Таким образом, в соответствии с ф-лой (5.10) для

получения равномерной сквозной частотной характеристики микрофона необходимо, чтобы механическая характеристика а значит, и механическое сопротивление подвижной системы не зависели от частоты. Это можно осуществить только применением сложной - механической системы, имеющей ряд резонансом в передаваемом частотном диапазоне. Наиболее распространена система из двух механоакустичееких резонаторов. В ней, кроме резонанса самой подвижной системы, образованной из ее массы гибкости подвеса гибкости воздуха в объеме 10 под диафрагмой и трения катушки о воздух (при колебании ее в зазоре получается довольно значительное трение), создается вторая резонансная система, состоящая из массы воздуха в каналах 12, трения в шелке 11 и гибкости воздуха в объеме 14 между магнитом и керном. Согласно правилам соединения аналогов механических элементов составим аналоговую электрическую схему. Конденсаторы должны быть соединены последовательно (см. табл. 4.26). Каналы 12 и объем 14 представляют собой резонатор Гельмгольца (см. табл. 4.4а). Этот резонатор соединен в механической схеме последовательно с объемом поэтому в аналоговой схеме (см. табл. 4.2а) они соединены параллельно.

Аналоговая электрическая схема (рис. 5.10а) представляет собой -образное звено полосового фильтра, нагруженное на активное сопротивление является внутренним сопротивлением источника (рис. 5.106). При соответствующем выборе соотношений между параметрами фильтра его частотная характеристика будет равномерной в диапазоне частот от резонансной частоты подвижной системы частоты

Рис. 5.10. Схемы механической системы динамического микрофона: а) «аналоговая; б) та же схема, преобразавамная в -образную форму

Поскольку механическое сопротивление в этой полосе определяется инерционным сопротивлением массы подвижной системы, то последнюю надо брать возможно меньшей. Но так как нижняя граница полосы повышается при уменьшении массы [ф-ла (4.2)], то надо брать гибкость подвижной системы возможно большей. Увеличение гибкости ограничено неустойчивостью подвижной системы и появлением перекосов, вследствие чего катушка при колебаниях может задевать за стенки зазора. Поэтому нижняя граница равномерной частотной характеристики микрофона получается не ниже 300 Гц. Чтобы понизить эту границу, применяют специальную коррекцию с помощью дополнительного резонатора, размещенного в керне магнитной цепи микрофона с резонансной частотой, в несколько раз меньшей нижней границы равномерной характеристики Это дает возможность получить (равномерную частотную характеристику динамического микрофона в пределах 100—8000 Гц. Если применить дополнительные коррекции на самых низких частотах и на частотах около то частотный диапазон микрофона расширяется до 50—10 000 Гц. Для отдельных типов микрофонов при тщательной коррекции и подборе их параметров можно еще выше поднять верхнюю границу но это сильно усложняет процесс доводки микрофона в производстве. К тому же неравномерность частотной характеристики получается довольно значительной даже в основной полосе частот а во всем частотном диапазоне она доходит до

Стандартный уровень чувствительности динамических микрофонов находится около Направленность проявляется только на частотах выше 5000 Гц. Применяются эти микрофоны — в основном для передачи речи. Для музыкальных передач используются только широкополосные микрофоны (50—15 000 Гц). Динамические микрофоны обладают достаточно хорошей механической прочностью, удобны и могут работать в самых разнообразных условиях как в помещениях, так и открытом воздухе, поэтому они получили широкое распространение.

Асимметричные приемники градиента давления. Такой динамический микрофон (рис. 5.11 а) отличается по конструкции от динамического микрофона — приемника давления — тем, что в его корпусе и в магнитной цепи имеются отверстия.

Рис. 5.11. (см. скан) Динамический микрофон: а) микрофон МД-52А; б) его частотные характеристики (1 - фронтальная, 2 — тыльная)

Благодаря им звуковые волны проходят по пути: отверстие, внутренний объем, каналы, к обратной стороне диафрагмы, с соответствующей разностью хода, по отношению к звуковым волнам, приходящим к лицевой стороне ее. При этом разность хода определяется расстоянием отверстий от края диафрагмы.

В отличие от приемника давления, акустическая характеристика такого микрофона пропорциональна частоте, поэтому для него необходимо, чтобы механическая характеристика была обратно, а механическое сопротивление прямо пропорциональны частоте. А это согласно (4.1) и (4.2) будет при условии, когда резонансная частота подвижной системы будет возможно меньшей. На частотах выше резонансной механическое сопротивление будет определяться массой подвижной системы а нижняя граница передаваемого частотного диапазона будет близка к резонансной частоте подвижной системы

Характеристика направленности такого микрофона будет иметь форму кардиоиды [см. ф-лу (5А7а) , если длины внутреннего и внешнего участков хода звуковой волны будут одинаковыми при

В микрофонах, выпускаемых промышленностью, характеристика направленности для средней части частотного диапазона близка к суперкардиоидной, для которой перепад чувствительностей и индекс фронт-тыл получаются около Частотная характеристика такого микрофона (рис. 5.116, кривые 2) для фронтального и тыльного приема имеет диапазон частот 50— 15 000 Гц. Уровень чувствительности — неравномерность частотной характеристики Микрофон применяют как в студиях, так и для звукоусиления в театрах и концертных залах, т. е. при наличии акустических шумов, создаваемых публикой.

Для работы в условиях акустических шумов повышенного уровня ( и для уменьшения обратной акустической связи применяют комбинацию двух микрофонов с характеристиками направленности кардиоидного типа. Например, расположенные один за другим микрофоны типа создают бикардиоидный микрофон Его характеристика направленности определяется ф-лой У такого микрофона острая направленность и соответственно повышенный индекс направленности фронт/тыл Из-за относительно большого расстояния между капсюлями не удается получить равномерную передачу в широком частотном диапазоне. Например, в диапазоне 150—8000 Гц неравномерность составляет Частотная характеристика имеет спад в сторону низких частот, обусловленный тем, что акустическая характеристика пропорциональна квадрату частоты в диапазоне до 1000 Гц. Поэтому этот микрофон непригоден для музыкальных передач. Для передачи речи его характеристика близка к оптимальной, поэтому его используют только для ее звукоусиления в условиях акустических шумов повышенного уровня.