Микрофонное устройство

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИК 214 А 1 Я)5 Н 04 Й 5/О ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ КОМУ СВ АВТ ЛЬСТВУ 2 ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕВЕДОМСТВО СССР(87) Использование: электроакустическаяаппаратура. Сущность изобретения: микрофонное устройство содержит волновод с отверстиями, закрытыми материалом с Предлагаемое изобретение относится к злектроакустике и может быть использовано при конструировании микрофона для записи музыки и речи, в. системах звукоусиления, в теле- и радиожурналистских комплексах. Известен острФон рефлекторногоемник давлениятипа помещается вотражателя. При зтпараболы,звуковыконцентрируются вчем достигая его вприходящие под уг. рефлектором, не и онаправленный микротипа, где микрофон приили комбинированного фокусе параболического ом благодаря свойствам е волны после отражения фокусе параболы, прифазе, Звуковые волны, лом к оси, рассеиваются опадая на микрофон. акустическим сопротивлением, и соответственно, передний и задний по фронту волны односторонне направленные акустически комбинированные, встречно включенные микрофонные капсюли, которые размещены на противоположных концах волноводв, К выходу переднего микрофонного капсюля подключен Фильтр низких частот, частота среза которого выбирается из интервала -с- , где 1 - длина волновода, Чо - Чо Чосскорость звука в воздухе. 8 стенке волновода, непосредственно примыкевщей к первому и второму акустическим входам заднего микрофонного капсюля и второму входу переднего микрофонного капсюля, выполнены акустически прозрачные отвер-,3 стия. 2 ил,. Эта система обладает следующими не- О достатками; сильной частотной зависимо- ф стью чувствительности, которая имеет ОЭ подьем с ростом частоты приблизительно б дБ/октаву, и направленности, которая из- в меняется от почти ненаправленной на низ- ф ких частотах диапазона до узкого лепестка на высоких. Кроме того, рефлекторная система громоздка, принципиально не позво- фф ляет выделить полезный звуковой сигнал нафоне акустических шумов в низкочастотной части спектра, существенно искажает тембр полезного сигнала.Известны остронаправленные приемники "биградиентного" типа или "градиента второго порядка". представляющие собой группу иэ двух или более расположенных вусловиях свободного поля на одной оси ивстречно включенных идентичных микрофонов с односторонне-направленными характеристиками, или более сложную систему,состоящую из трех и более микрофонов, поочередно включаемых попарно с первыммикрофоном по мере увеличения частотысигнала.На фиг.1 представлена структурная схема приемной системы второго порядка ("бикардиоидной" или "биградиентной").Частотная характеристика чувствительности такой системы при О=О будет линейна, т,е. пропорциональна частоте на низкихчастотах и достигать "мах" на частоте 1, соответствующей 1 Л =1/2, т.е. когда расстояние между микрофонами станет равнополовине длины звуковой волны Л. Характеристика направленности (ХН) такой.системы в этом частотном диапазоне выражаетсяследующей Формулой:В (д)=(1+сов Я соз дНа более высоких частотах частотнаяхарактеристика чувствительности (ЧХЧ) такой системы представляет собой гребенку с"мах" на частотах, соответствующих1=(2 К+1)и "т 1 п" при 1=28при И=0,1,2,Ла в характеристике направленности появляются боковые лепестки (Й - целые числанатурального ряда).Для того. чтобы избежать этих явленийна высоких частотах задний микрофон электрически отключают, для чего параллельнок контактам заднего приемника включаютемкость (см, рис,1)Поэтому направленность В(О) и ЧХЧ такой системы М(в) на верхних частотах определяется характеристиками переднегомикрофона из пары,Основными недостатками этой системыявляются:- частотнозависимая ХН, в которой навысоких частотах появляются боковые лепеЧостки при совместной работе пары (1 - ),21или расширяется ХН при отключении второго (заднего) микрофона;- частотнозависимый характер чувствительности (немонотонный);- малая чувствительность на низких частотах,Целью заявляемого технического решения является увеличение соотношения полезный сигнал/акустический шум вшироком диапазоне частот, например, речи(100-10000 Гц), при уменьшении веса и габаритов микрофонного устройства, что не может быть достигнуто ни в бикардиоидных 5 10 15 20 25 ЗО 35 40 45 50 55 устройствах, ни в микрофонах бегущей волны аналогичных размеров без существенного искажения спектра принимаемого полезного сигнала,При этом, недостаточно просто конструктивно объединить два известных технических решения, присоединив к переднему торцу волновода микрофона "бегущей волны" капсюль М 2, аналогичный используемому в таком микрофоне капсюлю М 1.Отметим, что М 1 обозначен задний по фронту звуковой волны капсюль, т,к, аналогичный капсюль присутствует в прототипе, т,е. в микрофоне "бегущей волны", а М 2 обозначен передний по фронту капсюль,Для достижения поставленной цели у торцов волновода, непосредственно примыкающих к первому и второму входу М 1, а также ко второму входу М 2, выполнены отверстия или щели, не закрытые акустическими сопротивлениями или закрытые весьма малыми акустическими сопротивлениями в отличие от микрофона "бегущей волны".Кроме того, в отличие от известных "бикардиоидных" систем, где фильтр низкой частоты подключается к заднему капсюлю (см.фиг.1) и выше частоты разделения работает только передний капсюль (или передняя пара, как на фиг.1) в заявленноморешении на частотах о= - - ; постепенно отключается передний микрофон, и выше этих частот работает задний микроФон совместно с волноводом, что позволяет иметь на высоких частотах, в отличие от бикардиоидной системы, более острую характеристику направленности и равномерную . (монотонную) частотную характеристику чувствител ь ности, П ричем этот фильтр должен иметь достаточно плавную амплитудно-частотную характеристику, а частота разделения устройства выбираетЧо Чося в интервале41 21где 1 с - частота среза фильтра;1 - длина волновода;ч, - скорость звука в воздухе,Такой выбор частоты среза и конструкции волновода (щели) в заявляемом микрофонном устройстве позволяет иметь плавную, монотонную (т.е. не имеющую пиков и провалов) частотную характеристику чувствительности (ЧХЧ) в полосе совместной работы переднего М 2 и заднего М 1 капсюлей, а также достаточно постоянную обостренную характеристику направленности (ХН).Кроме перечисленных отличий от бикардиоидной системы, где передний и заднийкапсюли должны быть полностью идентичны, в заявляемом устройстве оптимальным является решение, когда задний капсюль М 1 имеет несколько больший (на 1-2 дБ) уровень чувствительности. что может быть достигнуто, например. увеличением напряжения поляризации для конденсаторных капсюлей, а также имеет несколько более широкую характеристику направленности, чем М 2 (перепад Оона 1,5 - 1 дБ меньше), что может быть достигнуто, например, увеличением акустического сопротивления второго входа непосредственно капсюля М 1.Для расширения эксплуатационных возможностей заявляемая микрофонная система может быть снабжена коммутационным устройством, позволяющим иметь еще два режима работы при включении отдельно переднего по фронту звуковой волны капсюля (микрофонное устройство работает в режиме "кардиоида") или заднего капсюля, работающего совместно с волноводом. Сравнение заявляемого технического решения с прототипом позволило установить соответствие его критерию "новизна".При изучении других известных технических решений в данной области техники признаки, отличающие заявленное техническое рещение от прототипа. не были выявлены и поэтому они обеспечивают заявляемому техническому решению соответствие критерию "существенные отличия",Сущность изобретения поясняется чертежами, где схематически изображена конструкция (фиг,1), а также один из возможн ых вариантов (упрощенно), встречного включения капсюлей М 1 и М 2 на нагрузку нефиг.2),На низких частотах (11 с/2) система работает как "бикардиоидная", т,е. ХН Я(0)= (1+ созб) соэ О, а ЧХЧ имеет спад к низким частотам на 6 дБ/октаву больший, чем иидивидуальная ЧХЧ, входящих в микрофонную систему капсюлей, На верхних частотах ф 21 с) капсюль М 2 отключается (в данной схеме шунтируется емкостью С) и работает капсюль М 1 совместно с волноводом, подобно прототипу. Правильный выбор частоты среза и конструкция волновода (наличие открытых щелей, как показано на фиг,1) позволяют иметь в полосе совместной работы, как на НЧ, так и в интервале совместной работы -121 с монотонную ЧХЧ, а также дотс2статочно острую и постоянную в широком диапазоне частот ХН, а значит, позволяет получить хорошее соотношение полезный сигнал/акустический шум. Система выгод 5 10 20 лг охвата телевизионной камеры, одновре"менно изменять и шумовую картину 50 1/о /о - с ( - ,- с 55 25 30 35 но отличается от бикардиоидного микрофона монотонной ЧХЧ, не искажающей тембра полезного сигнала, и узкий ХН, а от прототипа узкой ХН на низких частотах, а также хорошей виброзащищенностью благодаря противофазному включению капсюлей на низких частотах, а также значительно меньшими габаритами.Помехозащищенность микрофонной системы от интенсивных низкочастотных шумов существенно возрастает на близком расстоянии от полезного источника даже небольшой интенсивности, т.к, сигнал от близкого полезного источника например, голоса) будет, в силу сферичности звукового поля, иметь подъем в низкочастотной области, Предлагаемое техническое решение будет использовано при разработке накамерного микрофона для тележурналистского комплекса, Это позволит при изменении угсоответствующим изменением частотнопространственной характеристики микрофона. Предлагаемый микрофон может найти широкое применение в системах звукоусиления, для теле- и радиожурналистики, документальном кино, в аппаратуре специального назначения, при записи музыки и речи, особенно в условиях сильных шумов.Формула изобретения Ми к ро фон ное устройство, содержащее волновод а аиде цилиндрической трубки с отверстиями, закрытыми материалом с акустическим сопротивлением, и первый односторонке направленный акустически комбинироаанньй микрофонный капсюль с двумя акустич:-.скими входами, размещенный в торце волновода, отл и ч а ю щеес я тем, что, с целью повышения эффективности за счет увеличения отношения полезный сигнал/акустический шум в широкой полосе частот, введены второй микрофонный капсюль, аналогичный первому, установленный на противоположном торце волноаода соосно с первым микрофонным капсюлем и встречно с ним включенный, и фильтр низких частот, подключенный к выходу второго микрофонного капсюля, причем частота среза фильтра низких частот выбирается из интервала где - длина волноаода; Чо - скорость звука в воздухе, а в стенке волновода, непосредственно примыкающей к первому и второму по1818714 Составитель Ш,ВахитовТехред М,Моргентал рректор В. Петра Редактор А.Г яче каэ 1942 Тираж Подписное. ВНИИПИ Государственного Комитета по изобретениям и открытиям при 11 ЗОЗа Москва, ж-ЗВ, Раушская наб., ав НТ СС Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 10 фронту волны входам первого микрофонного капсюля и к второму входу по фронту волны второго микрофонного капсюля, выполнены акустически прозрачные отверстия,