Микрофонное устройство Советский патент 1993 года по МПК H04R5/27 

Предлагаемое изобретение относится к электроакустике и может быть использовано при конструировании микрофона для за- писи музыки и речи, в. системах звукоусиления, в теле- и радиожурналистских комплексах.

Известен остронаправленный микрофон рефлекторного типа, где микрофон приемник давления или комбинированного типа помещается в фокусе параболического отражателя. При этом4 благодаря свойствам параболы, звуковые волны после отражения концентрируются в фокусе параболы, причем достигая его в фазе. Звуковые волны, приходящие под углом к оси. рассеиваются рефлектором, не попадая на микрофон.

Эта система обладает следующими недостатками: сильной частотной зависимостью чувствительности, которая имеет подъем с ростом частоты приблизительно 6 дБ/октаву, и направленности, которая изменяется от почти ненаправленной на низких частотах диапазона до узкого лепестка на высоких. Кроме того, рефлекторная система громоздка, принципиально не позволяет выделить полезный звуковой сигнал на фоне акустических шумов в низкочастотной части спектра, существенно искажает тембр полезного сигнала.

Известны остронаправленные приемники биградиентного типа или градиента второго порядка, представляющие собой группу из двух или более расположенных в

ш

ф 4

Ј

условиях свободного поля на одной оси и встречно включенных идентичных микрофонов с односторонне-направленными характеристиками, или более сложную систему, состоящую из трех и более микрофонов, поочередно включаемых попарно с первым микрофоном по мере увеличения частоты сигнала.

На фиг.1 представлена структурная схема приемной системы второго порядка (би- кардиоидной или биградиентной).

Частотная характеристика чувствитель- ности такой системы при будет линейна, т.е. пропорциональна частоте на низких частотах и достигать мах на частоте f, соответствующей , т.е. когда расстояние между микрофонами станет равно половине дойны звуковой волны А. Характеристика направленности (ХН) такой системы в этом частотном диапазоне выражается следующей формулой:

R (9)(1+cos0)cos0

На более высоких частотах частотная характеристика чувствительности (ЧХЧ) такой системы представляет собой гребенку с мах на частотах, соответствующих

{2М+1) и mln при ,1,2...,

а в характеристике направленности появляются боковые лепестки (N - целые числа натурального ряда).

Для того, чтобы избежать этих явлений на высоких частотах задний микрофон электрически отключают, для чего параллельно к контактам заднего приемника включают емкость (см.рис. 1).

Поэтому направленность R(#) и ЧХЧ такой системы М( ш) на верхних частотах опре- деляется характеристиками переднего микрофона из пары.

Основными недостатками этой системы являются:

- частотнозависимая ХН, в которой на высоких частотах появляются боковые лепестки при совместной работе пары (f |),

или расширяется ХН при отключении второго (заднего) микрофона;

- частотнозависимый характер чувствительности (немонотонный);

- малая чувствительность на низких частотах.

Целью заявляемого технического решения является увеличение соотношение полезный сигнал/акустический шум в широком диапазоне частотt например, речи (100-10000 Гц), при уменьшении веса и габаритов микрофонного устройства, что не может быть достигнуто ни в бикардиоидных

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 М2, аналогичный используемому в таком микрофоне капсюлю М1.

Отметим, что М1 обозначен задний по фронту звуковой волны капсюль, т.к. аналогичный капсюль присутствует в прототипе, т.е. в микрофоне бегущей волны, а М2

обозначен передний по фронту капсюль.

Для достижения поставленной цели у торцов волновода, непосредственно примыкающих к первому и второму входу М1, а также ко второму входу М2. выполнены отверстйя 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 заявленном

V0

решении на частотах т0 ,л л i 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 чувствительности. Причем

этот фильтр должен иметь достаточно плавную амплитудно-частотную характеристику, а частота разделения устройства выбираетV0

V0

ся в интервале -г-г fc тгг

41

2

5 где fc - частота среза фильтра; I - длина волновода; V0 - скорость звука в воздухе. Такой выбор частоты среза и конструкции волновода (щели) в заявляемом микро- 0 фонном устройстве позволяет иметь плавную, монотонную (т.е. не имеющую пиков и провалов) частотную характеристику чувствительности (ЧХЧ) в полосе совместной работы переднего М2 и заднего М1 кап- 5 сюлей, а также достаточно постоянную обостренную характеристику направленности (ХН).

Кроме перечисленных отличий от бикардиоидной системы, где передний и задний

капсюли должны быть полностью идентичны, в заявляемом устройстве оптимальным является решение, когда задний капсюль М1 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 М2 (перепад 0°-90° на 1,5 - 1дБ мень- ше), что может быть достигнуто, например, увеличением акустического сопротивления второго входа непосредственно капсюля М1.

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 со- ответствие его критерию новизна.

При изучении других известных технических решений в данной области техники признаки, отличающие заявленное техническое решение от прототипа, не были выяв- лены и поэтому они обеспечивают заявляемому техническому решению соответствие критерию существенные отличия.

Сущность изобретения поясняется чер- тежами, где схематически изображена конструкция (фиг. 1), а также один из возможных вариантов (упрощенно), встречного включения капсюлей М1 и М2 на нагрузку (фиг.2).

На низких частотах () система ра- ботает как бикардиоидная, т.е. ХН R($) (1+ costy cos 0, а ЧХЧ имеет спад к низким частотам на 6 дБ/октаву больший, чем индивидуальная ЧХЧ, входящих в микрофонную систему капсюлей. На верхних частотах () капсюль М2 отключается (в данной схеме шунтируется емкостью С) и работает капсюль М1 совместно с волноводом, подобно прототипу. Правильный выбор частоты среза и конструкция волновода (наличие от- крытых щелей, как показано на фиг. 1) позволяют иметь в полосе совместной работы, как на НЧ, так и в интервале совместной работы

у f 2fc монотонную ЧХЧ, а также до-

статочно острую и постоянную в широком диапазоне частот ХН, а значит, позволяет получить хорошее соотношение полезный сигнал/акустический шум. Система выгодно 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 накамер- ного микрофона для тележурналистского комплекса. Это позволит при изменении угла охвата телевизионной камеры, одновре- -менно изменять и шумовую картину соответствующим изменением частотно- пространственной 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

Микрофонное устройство, содержащее волновод в виде цилиндрической трубки с отверстиями, закрытыми материалом с акустическим сопротивлением, и первый односторонне направленный акустически комбинированный микрофонный капсюль с двумя акустическими входами, размещенный в торце волновода, отличающее- с 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 волновода 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

Vo 4 , те 2 , ,

где I - длина волновода;

V0 - скорость звука в воздухе,

а в стенке волновода, непосредственно

примыкающей к первому и второму по

фронту волны входам первого микрофонно- волны второго микрофонного капсюля, вы- то капсюля и к второму входу по фронту полнены акустически прозрачные отверстия.

Использование: электроакустическая аппаратура. Сущность изобретения: микрофонное устройство содержит волновод с отверстиями, закрытыми материалом с акустическим сопротивлением, и соответственно, передний и задний по фронту волны односторонне направленные акустически комбинированные, встречно включенные микрофонные капсюли, которые размещены на противоположных концах волновода. К выходу переднего микрофонного капсюля подключен фильтр низких частот, частота среза которого выбирается из интервала 2 fc иг, где I - длина волновода, V0 -. скорость звука в воздухе. В стенке волновода, непосредственно примыкающей к первому второму акустическим входам заднего микрофонного капсюля и к второму входу переднего микрофонного капсюля, выполнены акустически прозрачные отверстия. 2 ил. « Ё

,.,

/ 4

Pui; i

О

Фиг(Ј

г

О