5.5. КОНДЕНСАТОРНЫЕ МИКРОФОНЫ

Конденсаторные микрофоны имеют самые высокие электроакустические параметры, и в этом их основное преимущество по сравнению с другими разновидностями микрофонов. Номинальный диапазон частот многих конденсаторных микрофонов достигает Гц, неравномерность частотной характеристики в этом диапазоне не превышает (а у измерительных — 4 дБ), чувствительность в свободном поле на частоте достигает и выше. Характеристика направленности может быть практически любой — от ненаправленной до остронаправленной.

В нашей стране находят широкое применение отечественные конденсаторные микрофоны элекгретные конденсаторные микрофоны а также микрофоны зарубежных фирм: фирмы «Нойман» фирмы (Австрия), фирмы «Зеннхайзер» фирмы «Сони» (Япония) и др.

Микрофон МК-13М. Это отечественный микрофон профессионального применения с переключаемыми характеристиками направленности. Внешний вид микрофона показан на рис. 5.29, а. Поперёчный резрез микрофона приведен на рис. где 1 — мембраны диаметром прижатые к изоляционной втулке в неподвижном электроде 2, имеющем сквозные 4 и глухие 5 отверстия; 3 — зазор между мембраной и неподвижным электродом; 6 — контактный лепесток.

У этого микрофона можно получить большой набор характеристик направленности путем дистанционного электрического включения какой-либо одной мембраны или их обеих синфазно или противофазно.

Аналоговая электрическая схема капсюля представлена на рис. 5.29, в, где гибкость и масса каждой из мембран; масса, гибкость и активное сопротивление воздуха в зазорах масса и активное сопротивление в сквозных отверстиях масса и гибкость воздуха в глухих отверстиях действующая площадь мембран.

Микрофон МК-13М обладает равномерной частотной характеристикой и путем упомянутого выше переключения напряжения поляризации может оперативно иметь одну из следующих характеристик направленности: окружность, восьмерка (косинусоида), кардиоида, обращенная в одну сторону, и кардиоида, обращенная в противоположную сторону.

Микрофон МК-16. Это отечественный измерительный микрофон, разрез капсюля которого показан на рис. 5.30, а, где 1 — крышка; 2— регулятор натяжения мембраны; 3 — никелевая мембрана толщиной неподвижный электрод, имеющий ряд

Рис. 5.29. (см. скан) Микрофон МК-13М

сквозных и глухих отверстий; 5 — прокладка 6 — кварцевый изолятор; 7 — прокладка; 8 — гайка; 9 — винт для перемещения неподвижного электрода крепежный винт. Капсюль конструктивно объединен с микрофонным усилителем, схема которого изображена на рис. 5.30, б. Усилитель на нувисторе выполнен в виде цилиндра, заканчивающегося с одной стороны разъемом для подсоединения к кабелю, идущему к блоку питания, а с другой стороны — штырем для соединения с капсюлем. Для обеспечения напряжения анода В при токе 1,5 А) и накала) 6 В при токе предварительного усилителя в комлект микрофона входит блок питания.

Что касается дополнительных параметров, существенных для измерительных целей, то это суммарный коэффициент гармонических искажений на частоте 400 Гц при уровне звукового давления не более уровень эквивалентного звукового давления, вызываемого собственным шумом электрического происхождения в любой активной полосе частотного диапазона, не выше частота, при которой характеристика направленности в пределах угла ±90° от оси отличается от круговой не более чем на Гц; нестабильность уровней чувствительности при нормальных условиях — не более темепературная поправка — не более изменение уровня чувствительности при изменении атмосферного давления — не более изменение уровня чувствительности при изменении относительной влажности от наименьшей до наибольшей — не более изменение уровня чувствительности при изменении напряжения питания на не более эквивалентный ббъем капсюля микрофона при атмосферном давлении Па — не более

Большое число типов измерительных микрофонов выпускает датская фирма «Брюль и Кьер». Из них наиболее употребительны типы 4145 (диаметр диапазон Гц) и 4133 (диаметр диапазон Гц). Неравномерность их частотной характеристики в номинальном дипазоне не превышает Микрофоны обладают высокой степенью стабильности.

Микрофон МК-18. Этот микрофон с переключаемой характеристикой направленности (круг, кардиоида, косинусоида), с возможностью изменения чувствительности и коррекции частотной характеристики чувствительности в области низких частот предназначен для записи и усиления музыки и речи в студиях радио и телевидения, концертных залах, театрах и других помещениях.

Технические характеристики: номинальный диапазон частот Гц; неравномерность частотной характеристики чувствительности в номинальном диапазоне частот в режиме «кардиоида малая» не более в режиме «косинусоида» не более и в режиме «круг» не более ;

Рис. 5.30. Разрез капсюля (а) и схема усилителя (б) микрофона

чувствительность на частоте в режиме «кардиоида большая» не менее в режиме «кардиоида малая» не менее средний перепад чувствительности фронт/тыл в режиме «кардиоида малая» в номинальном диапазоне частот менее уровень эквивалентного звукового давления, обусловленный собственным шумом микрофона, относительно, нулевого уровня звукового давления Па в режиме «кардиоида большая» не выше в режиме «кардиоида малая» не выше спад частотной характеристики к частоте 50 Гц в положении переключателя «завал составляет чувствительность микрофона может уменьшаться с помощью переключателя на Габаритные размеры микрофона: блока питания масса комплекта не более

Микрофон МК-18 по документации состоит из капсюля и предварительного усилителя. Капсюль представляет собой симметричную конструкцию, состоящую из двух неподвижных электродов и двух мембран. Зазоры между мембранами и неподвижными электродами образуются с помощью прокладок. Емкость каждой половины капсюля

Предварительный усилитель выполнен по двухкаскадной схеме (рис. 5.31, а). Первый

(кликните для просмотра скана)

каскад построен на полевом транзисторе второй — на биполярном транзисторе Питание усилителя осуществляется по фантомной С блока питания подается напряжение 60 В. Модуль полногб внутреннего сопротивления микрофона Ом. Микрофон должен быть включен на нагрузку с симметричным входом и сопротивлением не менее

В микрофоне предусмотрены переключения характеристик направленности — круг, косинусоида, кардиоида — с помощью переключателя на три положения, а также коррекция частотной характеристики в области НЧ и изменение чувствительности микрофона.

Микрофон показан на рис. 5.32, а, а его частотные характеристики в режиме «кардиоида» — на рис. 5.32, б. С помощью переключателя, расположенного на корпусе микрофона, можно получать три вида характеристик направленности: в режиме «круг» (рис. 5.32, в), «кардиоида» (рис. 5.32, г) и «косинусоида» (рис. 5.32, д).

Микрофон МК-19. Предназначен для тех же целей, что и микрофон но имеет только одну характеристику направленности — кардиоидную.

Основные электроакустические параметры микрофона такие же, как у микрофона в режиме «кардиоида»; диапазон Гц, чувствительность характеристика направленности в соответствии с рис. Предварительный усилитель микрофона выполнен на полевом транзисторе по схеме, приведенной на рис. 5.33. Питание усилителя осуществляется по фантомной Схеме с блока питания с выходным стабилизированным напряжением 55 В. Схема блока питания отличается от приведенной выше схемы блока питания тем, что номинал резистора составляет и в качестве вместо стабилитрона используется стабилитрон В остальном схемы идентичны.

Микрофон U-87. Этот высококачественный микрофон фирмы «Нойман» также находит широкое применение во многих радиодомах и на телецентрах нашей страны. Внешний вид, частотные характеристики и диаграммы йаправленности микрофона приведены на рис. 5.34. Капсюль микрофона состоит из неподвижной пластины и двух позолоченных мембран. С помощью переключателя на корпусе микрофона можно выбрать круговую, кардиоидную или косинусоидальную характеристики направленности. Частотные характеристики практически идеально горизонтальные в диапазоне Гц и имеют подъем на на частоте собственного механического резонанса с последующим завалом на более высоких частотах. При кардиоидной и косинусоидальной диаграммах направленности линейность частотной характеристики сохраняется в случае приближения микрофона к источнику не ближе 20 см.. Чувствительность микрофона можно уменьшить на

Рис. 5.33. Внешний вид (а) и схема предварительного усилителя (б) микрофона

Технические данные микрофона: чувствительность на частоте 1 Гц; диапазон частот Гц; неравномерность частотной характеристики в диапазоне Гц не более в диапазоне Гц не более выходное сопротивление 200 Ом (рекомендуемое сопротивление нагрузки ; уровень собственных шумов не более при измерении прибором с линейной частотной характеристикой и не более при измерении по кривой максимальный уровень звукового давления, при котором коэффициент гармоник не превышает напряжение фантомного источника питания потребляемый ток Диаметр микрофона длийа масса 500 г.

Микрофон SM-69. Это — стереофонический конденсаторный микрофон той же фирмы (рис. 5.35). Предназначен для студийных стереофонических звукозаписей. Он состоит из двух идентичных конденсаторных микрофонов, расположенных в одном корпусе друг под другом на одной акустической оси. Микрофон имеет три характеристики направленности: круговую, кардиоидную и косинусоидальную. Это обеспечивает возможность производить стереофонические записи как по методу так и по методу

Технические данные микрофона: чувствительность на частоте диапазон частот Гц; неравномерность частотной характеристики не хуже приведенной на рис. выходное сопротивление 200 Ом (рекомендуемое сопротивление нагрузки ; уровень собственных шумов не более при линейной частотной характеристике и не более 13 дБ при измерении по кривой А у максимальный урорень кового давления, при котором коэффициент гармоник не превышает напряжение фантомного источника питания потребляемый ток Диаметр микрофона длина масса

(кликните для просмотра скана)

Рис. 5.36. Внешний вид (а), частотные характеристики (б), диаграммы направленности (б) микрофона

Микрофон С-414ЕВ. Этот конденсаторный микрофон фирмы (Австрия) имеет высокие электроакустические характеристики. С помощью переключателя можно выбирать одну из четырех характеристик направленности: круг, кардиоиду, гиперкардиоиду, косинусоиду (рис. 5.36). Для получения высоких параметров мембрана микрофона изготовлена из специального позолоченного синтетического материала.

Чувствительность микрофона в свободном поле (с помощью переключателя чувствительность может уменьшаться на 10 и на 20 дБ); номинальный диапазон частот 20... ...20000 Гц: неравномерность частотной характеристики во всем диапазоне частот не превышает модуль полного выходного сопротивления не превышает 150 Ом; уровень собственных шумов не более при измерении прибором с линейной частотной характеристикой и не более при измерении прибором с характеристикой коэффициент гармоник на частоте не превышает при максимальном уровне звукового давления (160 Па); напряжение фантомного источника питания потребляемый ток Габаритные размеры микрофона масса 360 г.

Электретный микрофон МКЭ-4М. Предназначен для записи, передачи и звукоусиления музыки и речи в студиях, театрах и концертных залах. Микрофон разработан взамен выпускавшегося ранее концертного микрофона

Внешний вид микрофона схематически показан на рис. 5.37.а. Неподвижный электрод микрофона выполнен из пресс-порошка с армированным контактом и с металлизированной алюминием поверхностью, имеет ряд отверстий и взаимно перпендикулярных прорезей. Мембрана изготовлена из фторопластовой планки, металлизированной с одной стороны алюминием. Мембрана металлизированной стороной приклеивается токопроводящим клеем к решетке, после чего поляризуется. Между мембраной и неподвижным электродом с помощью прокладки образуется зазор

Односторонняя направленность микрофона достигается тем, что на мембрану действует звуковое давление как с передней, так и с тыльной стороны. Необходимый для обеспечения односторонней направленности сдвиг фаз получается подбором всех акустико-механических элементов капсюля. Главную роль при этом играет сопротивление щели между неподвижным электродом и вкладышем.

Предварительный усилитель микрофона представляет собой двухкаскадный усилитель с непосредственной связью между каскадами. Первый каскад собран на полевом транзисторе второй — на биполярном тран зисторе Коэффициент передачи усилителя максимальное звуковое давление Па; коэффициент гармоник

Электретный микрофон МКЭ-5. Используется в качестве нагрудного «петличного» микрофона для записи и передачи речевых и

Рис. 5.37. Микрофоны

музыкальных программ (рис. 5.37, б). Микрофон является ненаправленным. Его частотная характеристика приведена на рис. 5.38. Микрофон прикрепляется к одежде с помощью зажима типа «крокодил». Блок питания располагают в руке или кармане.

Электретный микрофон МКЭ-6. Имеет одностороннюю направленность и предназначен для записи и передачи музыки и речи. Может быть использован на напольной или настольной стойках, а также в руках исполнителя.

На рис. 5.39, а приведена схема предварительного усилителя микрофона Усилитель собран на полевом транзисторе по реостатно-трансформаторной схеме. Для получения равномерной частотной характеристики чувствительности микрофона усилитель имеет подъем в области который обеспечивается частотно-зависимой RC-цепью на выходе усилителя.

Блок питания микрофона состоит из выпрямителя, собранного по мостовой схеме на диодах , фильтра и стабилизатора, собранного на транзисторе Питание микрофона возможно от батареи встроенной в корпус микрофона. При этом обеспечивается срок службы не менее 500 ч. Частотная характеристика микрофона приведена на рис. 5.38; внешний вид — на рис. 5.37, в.

Электретный микрофон МКЭ-7. Этот ненаправленный в горизонтальной плоскости микрофон предназначен для записи речи и музыки. Микрофон состоит из капсюля и усилителя, помещенных в общий корпус.

Рис. 5.38. Частотные характеристики микрофонов

Рабочей осью микрофона является любая прямая, лежащая в плоскости мембраны (в горизонтальной плоскости) или перпендикулярная к его геометрической осн. Внешний вид микрофона и поперечный разрез капсюля микрофона в упрощенном виде представлены на рис. 5.40.

Неподвижный электрод 1 изготовлен из изоляционного материала и имеет ряд сквозных отверстий и взаимно перпендикулярных прорезей. Со стороны мембраны неподвижный электрод металлизирован алюминием. В центре неподвижного электрода 1 с помощью токо-проводящего клея закрепляется контакт 2. При этом обеспечивается электрическое соединение контакта со слоем металла. Мембрана 3, изготовленная из металлизированной алюминием электретной пленки ФЧМБ-2, приклеивается к решетке 4 также токопроводящим клеем. Между мембраной и неподвижным электродом 1 с помощью изоляционной прокладки 5 создается зазор

Усилитель микрофона выполнен на двух каскадах с непосредственной связью между каскадами на полевом транзисторе и биполярном транзисторе по схеме с фантомным питанием (рис. 5.39, б).

Микрофон МКЭ-10. Этот электретный ненаправленный микрофон (рис. 5.41, а) предназначен для применения в бытовой радиоаппаратуре. Номинальный диапазон частот Гц, чувствительность в свободном поле на частоте модуль полного электрического сопротивления 250 Ом.

Микрофон МКЭ-11СН. Этот стереофонический электретный направленный микрофон (рис. 5.41, б) предназначен для записи музыки и речи на бытовые стереофонические магнитофоны. Микрофон представляет собой систему двух кардиоидных капсюлей, расположенных в одном корпусе и развернутых под углом 180° относительно друг друга. Номинальный диапазон частот Гц чувствительность каждого канала на частоте средний перепад чувствительности фронт/тыл каждого канала модуль полного электрического сопротивления 200 Ом.

Микрофон МКЭ-15. Этот «ручной» микрофон с кардиоидной характеристикой направленности (рис. 5.42) предназначен для звукозаписи и передачи музыкальных и речевых программ в студиях, театрах, концертных залах и открытых пространствах.

Рис. 5.39. Схемы предварительных усилителей микрофонов

Номинальный диапазон частот микрофона Гц, чувствительность микрофона по свободному полю на частоте отклонение частотной характеристики чувствительности микрофона от типовой, приведенной на рис. 5.42, б, в номинальном диапазоне частот не превышает средний перепад чувствительности фронт/тыл в номинальном диапазоне частот не менее модуль полного электрического сопротивления 200 Ом на частоте уровень эквивалентного звукового давления, обусловленный собственными шумами микрофона относительно звукового давления Па, не более Габаритные размеры микрофона, и длина 216; блока питания Масса микрофона не более масса блока питания не более

В комплект поставки изделия входят микрофон, блок питания кабели длиной ветрозащитный колпачок, стойка, шарнир, кассета паспорт.

Электрическая схема предварительного усилителя микрофона показана на рис. 5.42, в, блока питания — на рис. Микрофон состоит из капсюля с электретной мембраной, предварительного усилителя, выполненного на интегральной микросхеме батареи питания (элемент 163), встроенной в корпус микрофона, и сетевого блока питания. Капсюль микрофона через эластичную прокладку закреплен в сетчатом корпусе микрофона, соединенном по резьбе с ручкой микрофона, в которой установлены плата с усилителем, элемент 316 в кассете, трансформатор и разъем. Усилитель микрофона содержит фильтр, снижающий чувствительность на низких частотах Гц на

Конструкция микрофона и электрическая схема усилителя обеспечивают малую восприимчивость к помехам, создаваемым рукой исполнителя. Для обеспечения малой восприимчивости к воздушному потоку, возникающему при работе на близком расстоянии от рта исполнителя и при работе на открытом воздухе, микрофон снабжен ветрозащитным колпачком из травленого пенополиуретана.

Микрофон ЕСМ-51. Этот электретный микрофон фирмы «Сони» (Япония) с круговой характеристикой направленности имеет номинальный диапазон частот Гц; эффективный уровень номинального выходного напряжения модуль полного выходного сопротивления 250 Ом (рекомендуемое значение сопротивления нагрузки напряжение питания предварительного усилителя потребляемый ток время работы батареи до замены не менее

Микрофон МКЕ-212 типа ПЗМ. Микрофоны МКЕ-212 фирмы «Зеннхайзер» (ФРГ) являются одним из наиболее распространенных в мировой практике микрофонов серии ПЗМ (PZM - microphone a zones de pression) - микрофоны граничного давления. Эти микрофоны укрепляются непосредственно на поверхности пола, стены, щита и поэтому воспринимают давление звуковых волн только с одной полусферы.

В качестве ПЗМ-микрофонов чаще всего используют электретные конденсаторные микрофоны, к которым относится и микрофон Номинальный диапазон частот этого микрофона Гц, чувствительность по свободному полю модуль полного выходного сопротивления

ПЗМ-микрофоны в последние годы получили широко распространение. В таких микрофонах электретная мембрана монтируется либо напротив диафрагмы, но почти заподлицо с жесткой поверхностью, либо непосредственно на поверхности, направленной на

Рис. 5.40. Внешний вид (а) и поперечный разрез (б) микрофона

Рис. 5.41. Микрофоны

точник звука. Если преобразователь градиента давления смонтирован таким образом, что его главная ось параллельна поверхности, к которой он крепится, то в этом случае можно получить любую характеристику направленности, например, полукардиоиду или полугиперкардиоиду.

В обычных условиях, когда микрофон устанавливается на стойке, звук достигает микрофона по различным путям: непосредственно от источников звука, а также отражения от пола, потолка и стен. В результате за счет интерференции звуковых волн частотная характеристика получается крайне неравномерной. Для избежания этого используют остронаправленные микрофоны или же микрофоны устанавливают очень близко к источнику звука («ближняя микрофония»). Ближняя микрофония приводит к «полимикрофонии», при которой для записи звука используют большое число микрофонов. При этом помехи возникают уже между собственными выходными сигналами микрофонов. Более того, в этих случаях необходимо добавлять искусственную реверберацию. В результате такие звукозаписи часто воспринимаются как неестественные.

Для достижения большей естественности звучания используют главным образом два метода: применение микрофонов типа «искусственная голова» и ПЗМ-микрофонов. В случае использования ПЗМ-микрофонов устраняются эффекты гребенчатого фильтра, так как микрофоны крепятся к жесткой поверхности, например к полу. Отражения от акустически жесткой поверхности вызывают увеличение давления, которое достигает Способ установки микрофонов непосредственно на поверхности влияет также на соотношение между прямым и отраженным звуками. Так как отраженные звуковые волны воспринимаются ПМЗ-микрофоном только под углом стерадиан, то отношение прямого звука к отраженному возрастает на

Обычно ПМЗ-микрофоны состоят из преобразователя, который реагирует на изменение звукового давления и монтируется заподлицо на металлической пластинке, которая крепится на отражающей поверхности (на полу или

Рис. 5.42. Микрофон а — внешний вид; б - частотная характеристика; в — схема усилителя; г - схема блока питания

Рис. 5.43. Размещение и характеристики ПЗМ-микрофона

Рис. 5.44. Второй вариант размещения ПЗМ-микрофона и его характеристики

стене). Характеристика направленности такого ПЗМ-микрофона представляет собой полусферу, а его коэффициент направленности равен 3 дБ.

Микрофон выполнен в виде миниатюрной малошумящей электретной мембраны диаметром с воспринимающим отверстием диаметром всего лишь которая смонтирована заподлицо на жесткой пластине размерами (толщиной 10 мм). Поэтому устраняются все отражения и дифракция в преобразователе. В результате частотная характеристика микрофона соответствует частотной характеристике мембраны.

На рис. 5.43, а приведены диаграммы направленности ПЗМ-микрофона, когда, он укреплен таким образом, что его ось перпендикулярна пластине (рис. 5.43, б) и он установлен на сцене прямо перед исполнителем. Из приведенных на рис. 5.43, в частотных характеристик чувствительности микрофона для нескольких углов падения видно, что увеличение давления на разных частотах неодинаковое.

Во многих случаяхкоэффициент направленности 3 дБ недостаточен для получения желаемого качества звукозаписи, особенно при стереофонии. ПЗМ-микрофоны с большим коэффициентом направленности можно получить при использовании кардиоидных преобразователей. Если кардиоидный преобразователь с малыми размерами, которыми можно пренебречь по сравнению с длиной звуковых волн, помещен в граничной зоне, то микрофон имеет диаграмму направленности, главная ось которой расположена параллельно поверхности, а составляющая градиента давления меньше составляющей градиента давления самого преобразователя или равна

Рис. 5.45. Системы использования ПЗМ-микрофонов

ей. Коэффициенты направленности преобразователя и всей конструкции ПЗМ-микрофона при этом складываются. При использовании в ПЗМ-микрофоне кардиоидного преобразователя можно получить коэффициент направленности Характеристика направленности при этом имеет форму полукардиоиды (рис.. 5.44, а). Расположение микрофона на поверхности показано на рис. 5.44, б, его частотные характеристики чувствительности при различных углах падения звуковых волн — на рис. 5.44, в.

В настоящее время разработаны конструкции, которые на основе использования так называемых «сближенных» ПЗМ-микрофонов позволяют получать по крайней мере восемь традиционных вариантов для стереозаписей. Эти системы эскизно показаны на рис. 5.45, где 1 — система Блюмлейна, (или Лаудридсена), 3 - MS, 4 - Фолкнера-Блюмлейна, 5 - ORTF, 6 - NOS, 7 - DIN, 8 - биноуральная или система «искусственная голова». Каждая из этих конструкций сближенных ПМЗ-микрофонов состоит из трех основных частей: двух -образных панелей, образующих рместе чаще всего фррму ромба, и третьей панели, разделяющей этот ромб. При этом панель с шарниром посредине образует как бы «крылья», котррые могут сгибаться. Сгибая эти крылья вперед и назад, сдвигая или раздвигая -образнуе панели, можно получать практически бесконечное количество характеристик направленности.