Сверхнаправленный микрофон

Используя свойства групповых антенн, можно построить акустическую приемную часть микрофона так, что он будет обладать очень острой направленностью. На рис. 4.24а схематически изображен один из первых микрофонов этого типа. Его акустическая приемная часть состоит из пучка трубок линейно нарастающей длины, подсоединенного к капсюле микрофона. Звуковая волна, падающая на открытые концы трубок, вызывает в них волны давления, приходящие к чувствительному элементу микрофона с фазовым запозданием, зависящим от длины трубок и угла падения волны на приемную часть. Разность фаз для соседних трубок составит

Поступая так же, как и в случае линейных групповых антенн из элементов (см. параграф 4 3), можно получить характеристику направленности такого микрофона:

Эти соображения справедливы в случае, если в трубках не образуются резонансные колебания. С этой целью либо входные отверстия трубок, либо их концы у капсюля должны быть нагружены на волновое сопротивление, например, при помощи пробок из пористого поглотителя. Поскольку величина растет с частотой,

Рис. 4.24. Сиверхнанравленные микрофоны: а — с пучком трубок-волноводов; б - с одиночным волноводом с отверстиями; в — с неоднородным волноводом, уменьшающим влияние отраженных волн

ширина главного лепестка уменьшается с ростом частоты. Для достижения значительной направленности на низких частотах общая длина акустической системы должна быть порядка одного метра.

Развитием этой идеи является микрофон, снабженный одной общей трубкой с рядом равноотстоящих друг от друга отверстий, прикрытых пористым материалом (тканью) для создания достаточно большого активного сопротивления (рис. 4.246). Без такого дополнительного сопротивления нельзя получить волн, идущих от отверстий к капсюлю микрофона. Это сопротивление должно быть настолько велико, чтобы местные отражения волн около отверстий были невелики.

Один из способов уменьшения этих отражений состоит в согласовании волнового сопротивления отрезков трубы между отверстиями со стороны входа и выхода данного отрезка с результирующим сопротивлением отверстия вместе с соседним участком волновода (рис. 4.24в). В эквивалентной схеме акустическая проводимость отверстия складывается с проводимостью соседнего с данным участка, так что условие согласования принимает вид: Здесь — волновое сопротивление участка между отверстиями, — волновое сопротивление между отверстиями, — акустическое сопротивление отверстий.

Из этого выражения следует, что приняв для последнего отрезка получим: .

При таком согласовании на конце волновода, примыкающего к капсюлю, нагружающее сопротивление капсюля должно составить

Если мысленно увеличивать число отверстий при неизменной длине, можно представить себе волновод с непрерывной продольной щелью и плавно меняющимся вдоль оси сечением трубки. Условия согласования на элементарном участке длины при погонной акустической проводимости щели могут быть получены, как и в предыдущем случае, путем сложения проводимостей:

Согласования можно достичь также изменяя проводимость щели и оставляя сечение трубки постоянным.

Всем таким сверхнаправленным микрофонам свойственно сильное обострение характеристики направленности с повышением частоты. Коэффициент концентрации на низких частотах близкий к трем (как и у обычного градиентного или кардиоидного микрофона) возрастает до десяти на частотах около 6000 Гц. Чувствительность таких микрофонов составляет при разомкнутых зажимах и внутреннем сопротивлении