Винауральный эффект позволяет воспринимать пространственное размещение источников звука, воспроизводимое стереофоническими звуковоспроизводящи5р устройствами радиовещательной и киноаппаратуры.

Некоторые характеристики зруков

Сочетание различных по частоте и интенсивности звуков, непрерывно изменяющихся в процессе звучания, составляет звуковую картину (речь или музыку). Каждый музыкальный илн речевой звук может быть разложен на основной тон и обертоны, которые придают звуку определенную окраску-тембр. Тембр звука определяется количеством обертонов, их частотами и амплитудами, а также характером нарастания амплитуд в начале звучания и их спада в конце звучания.

Диапазон основных частот музыкальных инструментов лежит в пределах от 30 до 400 гц. Частоты обертонов различных музыкальных инструментов простираются до 7 000-16 000 гц. Следовательно, чтобы сохранить специфическую тембровую окраску и естественность звучания, звуковоспроизводящая установка должна пропускать полосу звуковых частот от 30 до 16 000 гц.

Диапазон основных звуковых частот речи более узок и лежит в пределах от 70

до 1 500 гц. Однако с учетом обертонов речевой диапазон звучания расширяется до 5 000-8000 гц.

Кроме частотных свойств, каждое музыкальное произведение характеризуется еще и динамическим диапазоном, т. е. отношением максимальной интенсивности звучания к минимальной. Наименьшим динамическим диапазоном обладает- речь диктора (25-35 дб), а наибольшим - симфонический оркестр (65-75 дб). Помимо этого, динамический диапазон музыкального произведения зависит от его характера и состава музыкальных инструментов.

14-2. ЭЛЕКТРОАКУСТИЧЕСКИЕ ПРИБОРЫ

Микрофоны

Определения, характеристики. Микрофоном называется прибор, преобразующий акустические (звуковые) колебания в колебания электрического тока.

По принципу механоэлектрнческого преобразования микрофоны подразделяются на следующие типы: угольные индукционные (динамические илн катушечные и ленточные) , электростатические (конденсаторные), пьезоэлектрические, электромагнитные, угольные и ларингофоны.

Работа каждого из этих типов микрофонов характеризуется рядом параметров, без знания которых нельзя правильно выбрать необходимый для данной конкретной задачи прибор. Основными параметрами микрофона являются: осевая чувствительность, частотная характеристика, а также сопротивление номинальной нагрузки.

Чувствительность есть отношение величины напряжения, развиваемого микрофоном на сопротивлении, равном номинальному сопротивлению нагрузки, к величине звукового давления, воздействующего на мембрану микрофона. Чувствительность измеряется в милливольтах на ньютон на квадратный метр [мвЦн/м)].

Наибольшая чувствительность микрофона, измеренная при падении синусоидальной звуковой волны по направлению его акусти-чежой (рабочей) оси, называется осевой чувствительностью. Обычно микрофон имеет симметричную конструкцию. Тогда ось симметрии микрофона совпадает с его акустичежой осью.

Чувстительность микрофона с выходным трансформатором определяется как отношение напряжения на нагруженной вторичной обмотке трансформатора к величине звукового давления.

Частотная характеристика пшсазывает зависимость чувствительности микрофона от частоты звуковой волны, воздействующей на его мембрану. Обычно частотную характеристику микрофона изображают графически в определенной (номи.-

нальной) полосе звуковых частот. Прн этом за н е р а в н о м е р н о ст ь частотной характеристики принимают отношение максимального значения чувствительности к минимальному значению, выраженное в децибелах.

Иногда в паспортных данных на микрофон указывают среднюю чувствительность, вычисленную как среднее арифметическое из значений осевой чувствительности на определенных частотах в пределах номинальной (рабочей) полосы.

Сопротивление номинальной нагрузки - это то сопротивление, на которое должен быть нагружен микрофон н при котором рассчитываются все его параметры. Для максимальной отдачи (по мощности) номинальное сопротивление нагрузки должно быть равно полному внутреннему сопротивлению микрофона.

Кроме этих параметров, немаловажное значение имеют еще полное внутреннее сопротивление микрофона, его характеристика направленности и уровень собственных шумов. Что касается нелинейных искажений, то они обычно бывают небольшими, если, . конечно, звуковое давление не превышает обычно существующих нормальных величин.

Полное внутреннее сопротивление микрофона равно отношению напряжения на его внешних зажимах без нагрузки к силе тока, который протекает через микрофон при короткозамкнутых зажимах. Микрофон с малым внутренним сопротивлением работает как источник напряжения, а микрофон с высоким внутренним сопротивлением - как источник тока.

Характеристика направленности показывает зависимость чувствительности микрофона на данной частоте от угла между его акустической осью н направлением на источник звука. Характерп-стику направленности либо изображают графически (в полярных координатах), либо указывают отношение фронтальной чувствительности к тыловой (отношение фронт/тыл), выраженное в децибелах.

Характеристика направленности микрофона зависит от устройства его звукоприем-ной части. В зависимости от этого различают микрофоны давления и микрофоны градиента давления (или скорости). К первым относятся микрофоны, подвижная система которых (мембрана) открыта для звуковых волн только с одной стороны. Они не обладают ярко выраженной направленностью, т. е. их характеристика направленности имеет вид, приближающийся к окружности. Правда, когда размеры микрофона становятся соизмеримыми с длиной звуковой волны, характеристика направленности из-за дифракции звуковых волн несколько вытягивается. Микрофоны градиента давления реагируют на разность звуковых давлений, возникающих по обе стороны подвижной системы. Характеристика направленности таких микрофонов имеет Ьид восьмерки (косинусоиды). Ко.адбини-рованием различных систем микрофонов

можно получить микрофоны с разнообразными характеристиками направленности, например с характеристиками направленности в виде кардиоиды, суперкардиоиды или гиперкардиоиды.

Уровень собственных шумов оценивается выраженным в децибелах отношением шумового напряжения (действующее значение) на зажимах микрофона к напряжению (действующее значение), развиваемому микрофоном под воздействием звукового давления 0,1 hjm.

Шумовое напряжение -возникает из-за тепловых шумов резисторов в электрических цепях микрофона, а также вызывается незначительными изменениями (флуктуацией) давления воздуха вокруг микрофона. Большинство микрофонов имеет уровень собственных шумов, не более -50 дб.

Индукционные микрофоны основаны иа использовании индукции электрического тока в проводнике, движущемся в магнитном поле. В зависимости от того, служит ли этот проводник мембраной или к мембране прикреплена катушка из тонкого провода, микрофоны разделяются на ленточные и с подвижной катушкой - динамические.

В ленточном .микрофоне очень тонкая гофрированная лента (мембрана) из алюминиевой фольги толщиной =а0,002 мм свободно висит между полюсами сильного магнита. Для удобства пользования конструкция защищена металлической сеткой или перфорированным кожухом, омеенными внутри легкой тканью. Из-за малого электрического сопротивления ленты между ней и выходными зажима.ади микрофона включают согласующий трансформатор.

Ленточный микрофон может быть выполнен в двух вариантах: с лентой, открытой с двух сторон (микрофон градиент.: давления), и с лентой, открытой с одной стороны (микрофон давления). Первый вариант наиболее типичен для ленточных микрофонов.

Ленточные микрофоны имеют довольно широкополосную частотную характеристику (от 40-70 до 10 000-15 ООО гц при неравномерности частотной характеристики не более 8-10 дб) и среднюю чувствительность порядка 0,06-0,1 меЦн/м). Однако раз- меры их довольно велики, а форма не всегда удобна.

В динамическом микрофоне к сферической мембране колеблющейся под действием звуковых волн, жестко прикреплена катушка из очень тонкого провода (диаметром 0,02-0,05 мм), помещенная внутри кольцевого сильного магнита.

Большинство динамических микрофонов имеет круговую характеристику направленности. Однако при специальной механико-акустической системе динамический микрофон может иметь однонаправленную (кар-диоидную) хара.ктеристику.

Частотная характеристика динамических микрофонов обычно лежит в пределах от 50-70 до 10 000-15 000 гц при неравномерности 8-12 дб,. Средняя . чувствительность

колеблется от 0,6 до 1,2 мвЦн/м). Равномерность частотной характеристики достигается тщательной разработкой всех элементов конструкции.

Динамические микрофоны прн удовлетворительных электроакустических параметрах имеют небольшие размеры и малый вес.

В комбинированном микрофо-н е объединены в единую конструкцию ленточный и динамический микрофоны. Путем электрической коммутации работы составных элементов можно получать круговую, восьмерочную или кардиоидную характеристики направленности системы. Такие микрофоны находят широкое применение в радиовещании.

Электростатический микрофон представляет собой плоский воздушный конденсатор, одна из обкладок которого подвижна (мембрана), а другая неподвижна (корпус). Под действием звуковых волн мембрана приходит в колебательное движение, что вызывает периодические изменения емкости конденсатора системы. Последовательно с капсюлем микрофона включают источник постоянного (поляризующего) тока и нагрузочное сопротивление. Тогда перио-дичежие изменения емкости капсюля вызывают изменения тока в цепи таким образом, что при увеличении емкости возникает ток заряда, а при уменьшении емкости - ток разряда. Следовательно, в цепи появится переменный ток, а на сопротивлении нагрузки- переменное напряжение, соответствующее воздействующему звуковому давлению.

Емкость капсюля электростатического микрофона обычно бывает порядка нескольких десятков пикофарад. Чтобы при такой емкости чувствительность микрофона не снижалась вплоть до самых низких звуковых частот, нагрузочное сопротиение должно быть порядка нескольких дйтков мегом. В связи с этим исключается возможность непосредственного присоединения микрофона к усилителю даже очень коротким кабелем. Поэтому в корпусе микрофона устанавливают согласующий усилитель.

В зависимости от конструкции электростатический микрофон может иметь одну или две мембраны, расположенные на противоположных сторонах основания. В каждом из этих вариантов микрофон может иметь две характеристики направленности. Если при одной мембране переход от круговой характеристики направлениости к кардиоидной может осуществляться при помощи специального акустического экрана, то при двух мембранах этого можно достичь изменением поляризующего напряжения.

Электростатические микрофоны обладают широкополосной частотной характеристикой (от 50 до 15 000 гц при неравномерности не более 10 дб) и малыми габаритами. Благодаря этому они наиболее часто используются при акустических измерениях.

Пьезоэлектрические микрофоны. В качестве элемента, преобразующего звуковые