ДОСЛІДЖЕННЯ СПРЯМОВАНИХ МІКРОФОНІВ
Мета і задачі досліджень
1. Вивчити основні параметри і характеристики, що визначають спрямовані властивості електроакустичних перетворювачів.
2. Ознайомитись з особливостями поширення звуку в трубах.
3. Розрахувати резонансні частоти труб спрямованого мікрофона.
4. Дослідити спрямовані властивості мікрофонів з різними напрямними конструкціями .
5. Розрахувати коефіцієнт спрямованості і побудувати діаграму спрямованості мікрофона.
6. Обробити отримані результати за критеріями:
· ширини фронтальної пелюстки діаграми спрямованості;
· відношенню чутливості фронт-тил;
· нерівномірності фронтальної амплітудно-частотної характеристики в області резонансних частот труб;
· суб'єктивної якості прийнятих мовних сигналів в залежності від кута напрямку мікрофона.
7. Ознайомитись з реальними конструкціями мікрофонів.
Короткі теоретичні відомості
2.1.1 Призначення та різновиди мікрофонів
Мікрофони мають дуже широкий спектр практичних застосувань. Вони використовуються на радіо та телебаченні, у більшості видів зв’язку, у лабораторних установках з акустичних вимірювань. Окрім того мікрофони є невід’ємним атрибутом більшості закладних пристроїв, за допомогою яких здійснюється несанкціоноване отримання акустичної інформації.
Мікрофон являє собою перетворювач акустичних коливань в електричні сигнали. У залежності від того фізичного явища, яке створює таке перетворення, розрізняють такі типи мікрофонів: електродинамічні, електромагнітні, електростатичні, п’єзо- електричні, електретні, магнітострикційні, контактні та ін.
|
|
За кордоном виготовляються і продаються не тільки окремі пристрої для підслуховування, але й цілі системи, що дозволяють таємно отримувати інформацію крізь стіни, стелі, вентиляційні та інші отвори і контролювати акустику приміщень. Виявлені сигнали приймаються, підсилюються, очищуються і записуються з достатньою надійністю і чіткістю.
Наприклад, приладом професійного акустичного прослуховування є комплект РК-935. Набір містить різні мікрофони, за допомогою яких можливо виконувати різноманітні операції з підслуховування, а також спеціальний підсилювач для посилення слабких сигналів і касетний магнітофон для запису переговорів. У складі комплекту є:
- РК-915. Контактний мікрофон для прослуховування через стіну, двері, стелю і т.д.
- РК-795. Мікрофон в наручному годиннику з мініатюрним стереомагнітофоном РК-1985.
- РК-900. Субмініатюрний електретний мікрофон з кабелем довжиною 50 м.
- РК-905. Три мікрофони у вигляді стінних цвяхів різної довжини - 150, 300 і 400 мм. Ці мікрофони через отвір діаметром 2 мм в стіні, стелі або підлозі дозволяють проникати в сусіднє приміщення.
Комплект змонтований в аташе-кейсі, вага комплекту з кейсом - 3 кг У кейсі ж знаходиться і підсилювач та головні телефони. Живлення - від батарей або мережі.
|
|
Мисливці за чужими секретами нерідко використовують і вузькоспрямовані мікрофони для підслуховування переговорів з досить великої відстані на вулицях або в громадських приміщеннях: бари, ресторани, вокзали і т.ін.
2.1.2 Спрямовані властивості мікрофонів
Взаємне розташування мікрофона (М) і джерела звуку (Г) визначається трьома параметрами (рис. 2.1):
§ кутом ά (що характеризує спрямованість мікрофону) між прямою, яка проходить через джерело звуку і мікрофон, та акустичною віссю мікрофону;
§ характеристикою спрямованості джерела звуку (кутом b між прямою Г-М і акустичною віссю джерела звуку);
§ відстанню L між джерелом звуку і мікрофоном.
Рисунок 2.1- Взаємне розташування мікрофону і джерела звуку
Для оцінки спрямованих властивостей мікрофонів, крім самих характеристик спрямованості, найчастіше застосовують такі параметри, як коефіцієнт спрямованості W і відношення коефіцієнтів спрямованості в передній і задній напівсферах (фронт/тил) Wф/Wт=Wф/т. Ці параметри визначають (для мікрофонів, діаграма спрямованості яких симетрична щодо акустичної вісі), як
|
|
і
,
де R (b) — відношення чутливості мікрофону Еb під кутом b до його вісі, до вісьової чутливості Е0 (діаграма спрямованості). Ці параметри дуже корисні для оцінки властивостей мікрофону. Так, дальність дії мікрофону з коефіцієнтом спрямованості W у раз більше, ніж у неспрямованого (за умови однакового розподілу джерел завад навколо мікрофону в обох випадках). Тобто, щоб отримати один і той же сигнал спрямований мікрофон може знаходитися в раз далі від джерела звуку в порівнянні з неспрямованим.
Параметр Wф/т корисний для оцінки придушення завад від джерел, розташованих позаду мікрофона, у порівнянні з джерелами, розташованими перед мікрофоном.
Звук поширюється у повітрі зі швидкістю 343 м/с і при цьому несе в собі деякий запас енергії
Поширення звуку в трубах
Для труби зручно користатися поняттями об'ємного зсуву й об'ємної швидкості. Цими поняттями користуються і у випадку поширення звукової хвилі у відкритому просторі.
Об'ємний зсув Uо визначають як
Uo = u*S,
де u – зсув часток середовища;
S – поперечний переріз труби.
|
|
Об'ємну швидкість Q визначають як
Q= v*S,
де v – швидкість коливань часток середовища;
S – поперечний переріз труби.
У практиці акустичних вимірів використовують наступні значення акустичних опорів середовища:
§ хвильовий;
§ питомий;
§ повний.
Хвильовим опором Z називають відношення
Z=p/Q,,
де р –величина звукового тиску;
Q - об'ємна швидкість.
Хвильовий опір Z з питомим акустичним опором x пов'язаний співвідношенням:
Z=x /S.
Повний опір
ZS=F/v=x*S=Z*S2,
де: v – швидкість коливань повітряного середовища,
F – частота.
Якщо джерело звуку знаходиться в одному кінці труби з постійним поперечним перерізом, а інший кінець труби вилучений у нескінченність, то в такій трубі утвориться плоска хвиля, що біжить. При цьому передбачається, що поперечні розміри труби значно менше довжини хвилі.
У трубі кінцевих розмірів за наявності закритих кінців відбувається відбиття звукових хвиль від цих кінців. При цьому утворяться дві рухомі хвилі, з зустрічним напрямком руху. Їхня сума
P= p+exp[iw(t-x/c)]+p-exp[iw(t+x/c)]=
=(p+-p-)exp[iw(t-x/c)]+2p-cos(wx/c)exp(iwt).
де р+ , р- - амплітуди звукового тиску в хвилях, що йдуть від джерела звуку («пряма» хвиля) і в напрямку джерела (відбита хвиля);
(р+ - р-) - амплітуда тиску рухомої хвилі, яка рухається, у томуж позитивному напрямку, що і «пряма» хвиля;
с- швидкість звукових хвиль у середовищі;
2p-cos(wx/c) - амплітуда тиску стоячої хвилі.
Вхідна питома акустична провідність кінцевої труби, закритої з обох кінців
Yвх=1/xвх=(1/x1+1/x2)cos(wlт/c)+i(1/xc)(1+(xc)2/(x1x2))sin(wlт/c),
де: x1 і x2 - питомі акустичні опори відбивних матеріалів, які знаходяться на кінцях труби;
xc - питомий акустичний опір середовища в трубі;
lт -— довжина труби.
Для частот w=npс/lт або f=nc/2lт, для яких довжина хвилі зв'язана з довжиною труби співвідношенням lт=nl/2 (де n — будь-яке ціле число), вхідний питомий акустичний опір є чисто активним і мінімальним.
Ці частоти називаютьрезонансними частотами труби.
Для труби довжиною 1 м резонансні частоти будуть наступними:
n=1, f1p=c/2lт=343/2*1=172 Гц;
n=2, f2p=c/lт=343/1=343 Гц;
n=3, f3p=3*343/2 =515Гц , і так далі.
На частотах w=((2n-1)/2)pс/lт , для яких довжина труби пов'язана з довжиною хвилі співвідношенням lт=(2n-1)l/4, де вхідний питомий акустичний опір має чисто реактивний характер і за величиною досягає максимуму називають антирезонансними. Для тієї ж труби антирезонансні частоти наступні:
n=1, f1ар= 87,5Гц;
n=2, f2ар=257Гц;
n=3, f3ар=429Гц, і так далі.
Для повітря вхідний питомий акустичний опір труби чисельно дорівнює акустичному опору повітря для плоскої хвилі, але з множником (-j) тобто він має реактивний характер.
Мікрофони органного типу
Шляхом використання системи резонансних трубок різної довжини створюються мікрофони органного типу (по аналогії з відомим музикальним інструментом), які характеризуються високими спрямованими властивостями. З метою покращення спрямовуючих властивостей таких мікрофонів можливо застосування їх разом з параболічними дзеркалами, як то показано на рис. 2.3.
Рисунок 2.3- Геометрія мікрофону органного типу з параболічним дзеркалом
Трубки у таких мікрофонів розташовуються по колу або по спіралі (рис. 2.4-а, -б) – у залежності від їх кількості. Таким чином конструюються спрямувальні пристрої спрямованих мікрофонів. При цьому найбільш довга трубка розташовується в центрі структури.
а)
б)
Рисунок 2.4- Розташування трубок в конструкціях мікрофонів органного типу
Дата добавления: 2018-02-15; просмотров: 819; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!