Выбор микрофона

Среди всех типов микрофонов, используемых в настоящее время, микрофоны на основе конденсаторов считаются наиболее перспективными. Капсюль - основная часть микрофона - представляет собой плоский конденсатор, одна из обкладок которого служит мембраной, колеблющейся под действием звуковых волн, а вторая является неподвижным электродом.

Принцип действия конденсаторного микрофона состоит в изменении емкости капсюля при колебании мембраны под действием изменяющегося звукового давления, в результате чего возникает ток заряда и разряда конденсатора и в цепи протекает переменный ток, создающий переменное напряжение на сопротивлении нагрузки, пропорциональное уровню переменного звукового давления [7].

Связь между давлением Р и напряжением u0 на обкладках конденсатора иллюстрируется эквивалентной схемой, представленной на рис.6.

Рисунок 6 - Эквивалентная электрическая схема конденсаторного микрофона

Пользуясь законами Ома и Кирхгофа, определим зависимость между входным и выходным параметрами.

Ток i, возникающий при воздействии звукового давления Р на входе микрофона, равен:

(36)

где - комплексное сопротивление цепи, определяемое из выражения:

(37)

Заменяя комплексные величины, получим:

(38)

Напряжение u0, возникающее на обкладках конденсатора, определяется из закона Ома:

(39)

Подставляя выражения (36) - (38) в (39), получаем зависимость между звуковым давлением на входе и выходным напряжением:

(40)

Передаточная функция определяется, как отношение выходного параметра к входному:

(41)

Заменяя на оператор Лапласа р в выражении (40), передаточная функция примет вид:

(42)

Эта передаточная функция соответствует колебательному звену.

В качестве микрофона используется конденсаторный микрофон МКЭ-4М, предназначенный для передачи и звукоусиления речи в любых помещениях и открытом пространстве. Он имеет круговую диаграмму направленности и может также применяться в качестве датчика для регистрации уровня зашумленности. Поэтому для простоты конструкции системы, используем микрофоны одного типа.

Основные параметры микрофона МКЭ-4М:

номинальное выходное сопротивление, Ом 2100;

номинальное выходное напряжение, мВ 1;

номинальный диапазон частот, Гц 50.15000;

габаритные размеры, мм ¤15Ч29;

масса, г 13.

Определим численные значения неизвестных величин, исходя из соотношений, устанавливающих связь электрических и акустических параметров в конденсаторном микрофоне.

Микрофон МКЭ-4М имеет номинальное выходное сопротивление R=2100 Ом. Индуктивность определяется инерцией мембраны и имеет электроакустический аналог - акустическую массу:

(43)

где m - масса мембраны, m=1,7·10-4 кг;

А - работа, совершаемая при перемещении мембраны, А=5,85·10-4 Дж.

Электрическая емкость конденсатора С1, имеет электроакустический аналог, определяемый из выражения:

(44)

где

u - напряжение, возникающее на обкладках конденсатора при номинальном режиме работы, u=10-3 В;

р - звуковое давление, необходимое для возникновения номинального напряжения, р=0,2 Па;

ω - резонансная частота, при которой возникает максимальное выходное напряжение, ω=150 Гц;

ω0 - коэффициент, зависящий от диаграммы направленности микрофона, ω0=149,86 Гц.

Емкость конденсатора С2 - емкость соединения проводников с обкладками мембраны, определяется:

(45)

где k - коэффициент, зависящий от типа соединительных проводников, k=26,7.

Статья в тему

Электромеханический следящий привод робота
Разработать электромеханический следящий привод «плечевой» степени подвижности двухзвенного плоского манипулятора робота, кинематическая схема которого изображена на рис. 1. Рис 1. Расчётная кинематическая схема манипуляционного механизма. Основные технические требова ...