Частотные характеристики микрофонов

Рис. 4. Устройство угольного микрофона

Устройство угольного микрофона

М К ПЭ УП НЭ

R_н

Б

+ -

Работа угольного микрофона основана на изменении сопротивления угольного порошка под действием звуковых колебаний. Угольный микрофон включается в цепь постоянного тока (батарея Б) и нагружен на сопротивление R_н (представляющее собой почти весь тракт телефонной передачи).

Преобразование звуковых колебаний в электрические рассмотрим на графике изменения звукового давления Р, сопротивления угольного порошка R_н и тока в цепи микрофона I_м.

Когда на мембрану звуковые колебания не воздействуют (состояние покоя), угольный порошок микрофона имеет сопротивление R₀ и в цепи микрофона проходит ток I₀ (отрезок времени 0 – t₁). В момент времени t₁ на микрофон начинает воздействовать увеличивающееся давление. Мембрана микрофона вместе с подвижным электродом ПЭ начинает передвигаться в сторону неподвижного электрода НЭ, угольный порошок будет сжиматься и сопротивление микрофона уменьшается, а ток, проходящий через микрофон, увеличивается. В момент времени t₂ давление на мембрану и величина тока будут максимальны, а сопротивление минимально. С момента t₂ давление уменьшается, мембрана микрофона и подвижный электрод удаляются от неподвижного электрода, проходят исходное состояние и в момент t₃ расстояние между электродами будет максимальным. Угольный порошок при этом имеет наибольшее сопротивление, а ток наименьшее значение.

Анализируя наши графики можно сделать вывод: под действием звукового давления в цепи микрофона протекает пульсирующий ток, следовательно, микрофон преобразует звуковые колебания в электрические.

Средняя мощность звуковых колебаний Р_зв , действующая на мембрану во время разговора, равна примерно 1 мкВт, а средняя мощность, отдаваемая микрофоном на согласованную нагрузку, - 1-2 мВт. Поэтому угольный микрофон является не только преобразователем одного вида энергии в другой, но и усилителем мощности с акустическим коэффициентом усиления К равным 1000-2000. Угольный микрофон управляет величиной тока в цепи батареи Б. Поэтому в цепи угольного микрофона можно получить большую мощность переменного тока звуковой частоты, чем падающая на него мощность звука.

P

P₀

t

R_m

R₀

t

I_m

I₀

t₁ t₂ t₃ t₄ t

Рис. 5. Преобразование звуковых колебаний в электрические в угольном микрофоне

Сопротивление угольного порошка зависит от сорта и величины зерен, их термической обработки, плотности соприкосновения зерен между собой, конструкции угольной ячейки. Между зернами образуются контактные мостики, которые создают пути току между неподвижным и подвижным электродами.

Сопротивление микрофона также зависит от его положения в пространстве. R_min – когда плоскость мембраны микрофона расположена вертикально. При отклонении от такого положения в обе стороны сопротивление увеличивается. R_max – когда плоскость мембраны микрофона расположена горизонтально и порошок ссыпается с одного электрода и сосредотачивается у другого. В микрофонном капсюле МК-10 сопротивление может возрастать в пять раз. Для микрофона МК-16 этот показатель равен 1,5.

Сопротивление микрофона уменьшается с возрастанием тока питания. При больших токах питания может произойти спекание угольных зерен и микрофон выйдет из строя.

В ТА применяются низко-, средне- и высокоомные микрофоны. Величина сопротивления определяется диаметром зерен угольного порошка и их термической обработкой. Низкоомные микрофоны с сопротивлением 20-80 Ом используются в аппаратах системы МБ; высокоомные, с сопротивлением 100-260 Ом – во всех других аппаратах.

Основным электроакустическим параметром, определяющим качество работы микрофона, является его чувствительность. Чувствительностью микрофона S_м (В/Па) называется отношение электродвижущей силы Е_м (В), развиваемой микрофоном, к звуковому давлению Р (Па), действующему на микрофон, S_м= Е_м / Р. Зависимость чувствительности микрофона от частоты при постоянных значениях звукового давления и тока питания микрофона называется частотной характеристикой микрофона.

Чувствительность угольного микрофона на различных частотах различна. Резкое возрастание чувствительности на определенной частоте разговорного спектра возникает в результате резонанса, при совпадении частоты звуковых колебаний с частотой собственных колебаний мембраны. Неравномерный характер частотной характеристики микрофона вызывает амплитудно-частотные искажения, воспринимаемые на слух как искажения тембра голоса при разговоре.

Коэффициент неравномерности частотной характеристики микрофона определяется по формуле:

_∆S=20lg S_{м max} / S_{м min} (дБ)

Чем меньше значение коэффициента неравномерности _∆S, тем меньше искажения вносимые микрофоном в тракт телефонной передачи.

Микрофон характеризуется также средней чувствительностью в заданном диапазоне частот.

S_{м ср}= (S_{м 1} +S_{м 2} +…+S_{м n}) / n

Где n - число частот, на которых определена чувствительность.

Достоинства угольного микрофона:

1. простота устройства

2. сравнительно низкая стоимость

3. усилительная способность в процессе преобразования звуковых колебаний в электрические

Недостатки угольного микрофона:

1. значительные нелинейные и частотные искажения, вносимые микрофоном в тракт передачи

2. нестабильность характеристик во времени

3. зависимость параметров микрофона от его положения в пространстве

4. спекание и гигроскопичность зерен порошка