Физические приборы - Бурсиан Э.В.
Скачать (прямая ссылка):
§ 10. ПРИЕМНИКИ ЗВУКА, МИКРОФОНЫ
Назначение микрофона — преобразование звуковой энергии в энергию электрическую, в энергию переменного тока той же частоты. Общей деталью всех микрофонов является мембрана — тонкая пластинка, колеблющаяся под давлением звуковых волн. Микрофоны (рис. 34) различаются по используемым в них датчикам, регистрирующим колебания мембраны (см. датчики перемещений).
В наименее совершенном, почти устаревшем угольном микрофоне используется резистивный датчик — сопротивление угольного порошка в коробочке за мембраной зависит от колебаний мембраны. В результате ток через микрофон будет содержать, кроме постоянной, еще и переменную составляющую, частота которой будет соответствовать частоте произносимых перед микрофоном звуков.
В конденсаторном микрофоне меняется под действием звуковых колебаний емкость конденсатора и соответственно заряд Q = CU. В результате в цепи
,d С
возникает переменный ток і -U-
б о
?
д
Рис. 34. Микрофоны: а — угольный; б — конденсаторный; в — динамический; г — пьезоэлектрический; д — пленочный пьезоэлектрический.
dt
Динамический микрофон сходен по устройству с громкоговорителем, только рупор заменен мембраной. В кольцевом зазоре магнита колеблется катушка. В соответствии с законом электромагнитной индукции в ней наводится ЭДС
S = —N—, которая и дает переменный dt
ток, если цепь замкнута. Отличие от громкоговорителя не является принципиальным, и один и тот же прибор нередко используется как микрофон и как громкоговоритель, например в переговорных устройствах. Как говорят, «прибор обратим».
36 Пьезоэлектрический микрофон с биморфным элементом (см. дат-перемещений) отдает заряд в цепь при деформации элемента. В следнее время появились пленочные пьезомикрофоны, в которых лбрана совмещена с датчиком перемещения: пленка из гибкого по-имера ПВФ (поливинилиденфторид), приобретающая пьезоэлектриче-ие свойства после сильной поляризации, наклеивается на металл и-:кую пластинку с отверстиями (рис. 34, 0). Такие микрофоны мало-баритны и обладают рядом преимуществ. Микрофоны, предназначенные для улавливания звука в воде, на-ываются гидрофонами. Параметрами микрофонов являются:
1. КПД, или чувствительность, — отношение поной энергии переменного тока к падающей на него звуковой энер-
ш: W311 /Wsk. Это ценное качество микрофона, но не самое главное, как слабые электрические сигналы всегда можно усилить с по-здью усилителя. Наибольшей чувствительностью обладает угольный ікрофон (может работать без усилителя), наименьшей — конден-аторный.
2. Порог чувствительности (см. Введение) опре-ияется собственными шумами.
3. Частотная характеристика — график чувстви-иьности микрофона в зависимости от частоты. Характеристика должна быть по возможности плоской, т. е. чувствительность не долж-
зависеть от частоты. Это обеспечивается правильным соотношением между высокими и низкими частотами, т. е. отсутствием искажений. .? хороших микрофонах «завалы» характеристики допускаются толь-;ко на частотах v < 20 Гц и v > 20 кГц. Прочие микрофоны имеют более или менее широкую «полосу пропускания» (вопрос аналогичен Частотным характеристикам усилителей). Наилучшую частотную ^характеристику имеет конденсаторный микрофон, наихудшую — '«угольный, который поэтому сильно искажает звуки.
4. Другой причиной искажения звуков могут быть нелинейные искажения — зависимость чувствительности от амплитуды падающего звука. Параметры 2, 3 и 4 являются важнейшими, ¦так как определяют качество звукозаписи, звукопередачи везде, где используются микрофоны.
5. Сопротивление выхода. Для согласования с вход-^HbiM сопротивлением усилителя желательно сопротивление микрофона иметь небольшим.
6. Направленность (одинаково ли со всех направлений микрофон воспринимает звуки). Бывают нужны и острая направленность и, наоборот, отсутствие направленности.
Для измерения частоты монохроматического звука микрофон при-эединяется к частотомеру или, например, к осциллографу (см. определение частоты с помощью осциллографа). Если же звук немонохроматический и нужно знать его спектр, т. е. распределение интенсивности по частотам, то сигнал от микрофона с хорошей частотной характеристикой подается на анализатор спектра электрических сигналов.
ал §11. ПРИБОРЫ ЗВУКОЗАПИСИ И ЗВУКОВОСПРОИЗВЕДЕНИЯ
Существует несколько способов записи и воспроизведения звука и соответственно несколько типов приборов: электрофон, магнитофон, звуковая киноаппаратура.
Электрофон воспроизводит звук с грампластинок — пластмассовых дисков, на которых при записи звука создается извилистая спиральная бороздка (канавка), изгибы которой соответствуют звуковым колебаниям. При воспроизведении на вращающуюся пластинку ставят звукосниматель с иглой и пье-зоэлементом (рис. 35, с), который колебания иглы преобразует в электрические колебания. Затем ставят усилитель и громкоговоритель.
В магнитофоне использован магнитный способ записи звука. Основными деталями магнитофона являются лента из пластмассы, покрытая тонким слоем намагничивающегося порошка из оксидов железа, и головка (рис. 35, б). При записи переменные токи от микрофона, усиленные с помощью усилителя, направляются в обмотку головки, относительно которой перемещается пленка. Магнитное поле у зазора головки заходит в пленку и намагничивает ее. На пленке получается магнитный рельеф, повторяющий звуковые сигналы. При воспроизведении микрофон отключается, а головка подключается к входу усилителя (рис. 35, в). Пленка, перемещаясь относительно головки, наводит своими намагниченными участками магнитное поле в головке и индуцирует, таким образом, токи в ее обмотке. После усиления эти сигналы направляются в громкоговоритель. Совершенствование магнитофонов идет по пути уменьшения размеров магнитофонов, повышения качества и плотности записи, перехода от оксидных порошков к металлическим. Увеличение плотности записи позволило перейти к записи не только звука, но и изображения (видеомагнитофон ).
