Конструкция динамика схожа с конструкцией какого микрофона
Перейти к содержимому

Конструкция динамика схожа с конструкцией какого микрофона

  • автор:

Извините, но этот сайт или его страница сейчас отключены

О причинах неработоспособности сайта Вы можете уточнить у администрации – хостинг-провайдер .masterhost, отвечающий за его поддержку, предоставляет управление услугами и доменами их владельцам.

Здесь можно ознакомиться с актуальными акциями и выгодными предложениями от .masterhost

Если этот сайт принадлежит Вам

Пожалуйста, проверьте баланс лицевого счета или свяжитесь со службой технической поддержки:

  • +7 (495) 772-97-20 (для Москвы);
  • 8-800-200-97-20 (для регионов);
  • E-mail: support@masterhost.ru.

Микрофоны и их классификация по принципу действия

Микрофоны и их классификация по принципу действия

Микрофоны – это преобразователи акустических колебаний в электрические. К микрофонам предъявляют высокие требования, особенно при передаче программ связанных с высокой разборчивостью, точностью, узнаваемостью информации. В основе каждого микрофона лежит преобразователь — это механизм, преобразующий одну форму энергии в другую. Входом энергии является звуковой сигнал, а выходом — электрический. Форма полученного электрического сигнала повторяет акустический входной сигнал с минимально возможными искажениями. Все направленные микрофоны в некоторой степени меняют воспринимаемый звук.

Динамические и конденсаторные микрофоны – два основных типа микрофонов, отличающихся по принципу преобразования звуковой волны в электрический сигнал.

Динамические микрофоны

Динамические микрофоны бывают двух видов:

  • катушечный;
  • ленточный.

Механизм действия динамического катушечного микрофона можно представить как обратный механизму действия динамика. Диафрагма присоединена к катушке из тонкого провода, расположенной в магнитном поле, создаваемом постоянным магнитом. Динамический микрофон является минигенератором электроэнергии, где катушка «ёрзает» туда-сюда под действием звука. И на обоих концах (выводах) катушки образуется электрический сигнал. 5-15мВ.

Конструкция ленточного динамического микрофона основана на тонкой, гофрированной металлической полоске (часто из алюминия) или плёнке подвешенной между двумя полюсами магнита. В отличие от микрофонов с подвижной катушкой, ленточный элемент реагирует на изменения в скорости движения воздушных частиц, а не на звуковое давление. Когда лента вибрирует в магнитном поле, она генерирует крошечное напряжение, которое соответствует изменениям в скорости движения воздуха. У ленточных микрофонов широкий динамический диапазон, они отлично переносят высокое звуковое давление в высокочастотном диапазоне. Такие микрофоны отлично подходят для записи стерео.

Конденсаторные (электростатические) микрофоны

Конденсаторный микрофон – это устройство, одна из обкладок которого состоит из особого материала с эластичными характеристиками. В процессе звуковых колебаний такая обкладка изменяет емкость конденсатора. В том случае, если конденсатор полностью заряжен, то одновременно с изменением его емкости изменяется и напряжение. Для того чтобы микрофон полноценно осуществлял свои функции, он должен иметь поляризующее напряжение. Принцип работы конденсаторного микрофона характеризуется высоким показателем чувствительности, т.е. устройство хорошо воспринимает все звуки, включая фоновые шумы. Данный вид микрофонов также можно разделить на подвиды:

  • ламповые конденсаторные микрофоны;
  • конденсаторные транзисторные микрофоны.

Акустика. Типы акустических систем

akusticheskie_sistemy_1.jpg

Прежде всего, давайте разберемся с терминами, поскольку понятия «громкоговоритель», «колонка», «динамик», «акустическая система» часто используют наугад, создавая изрядную путаницу.

Громкоговоритель – это устройство, предназначенное для эффективного излучения звука в окружающее пространство в воздушной среде, содержащее одну или несколько головок громкоговорителей при наличии акустического оформления и электрических устройств (фильтры, регуляторы и т.д.).

В отечественной технической литературе сложилась ошибочная практика, в соответствии с которой термин «громкоговоритель» (ГГ) применяется в основном для одиночного громкоговорителя (в зарубежных каталогах он определяется как loudspeaker units или loudspeaker drive element, или driver). В соответствии с требованиями ГОСТ 16122-87 одиночный громкоговоритель должен обозначаться как головка громкоговорителя.

К набору громкоговорителей классов Hi-Fi и Hi-End часто применяют термин акустическая система (AC) (acoustical system или loudspeaker system). Акустическая система включает в себя акустические колонки.

В зависимости от назначения АС существенно различаются по параметрам, конструктивному исполнению и дизайну. Основные виды акустических систем, представленных на современном рынке, условно можно разделить на несколько категорий в зависимости от области их применения:

  • АС для домашнего применения, которые в свою очередь можно подразделить на системы:
    • массовые;
    • категории Hi-Fi и High-End;
    • АС для домашних аудио видео комплексов типа «Домашний кинотеатр» (Home-Theatre);
    • для современных компьютерных систем (AC Multi-Media) и др.;

    Устройство АС

    АС могут быть однополосными и многополосными. Однополосные АС используются, как правило, в массовой аппаратуре бюджетного сектора. В высококачественных АС (рис. 1) используется многополосный принцип построения, поскольку применение одной широкополосной головки громкоговорителя не позволяет обеспечить высокое качество звучания.

    АС состоит, как правило, из:

    • головок громкоговорителей, каждая из которых (или несколько одновременно) работают в своем частотном диапазоне;
    • корпуса;
    • фильтрующе-корректирующих цепей, а также других электронных устройств (например, для защиты от перегрузок, индикации уровня и т.д.);
    • звуковых кабелей и входных клемм;
    • усилителей для активных акустических систем и кроссоверов (активных фильтров).

    akusticheskie_sistemy_2.jpg

    Рис. 1. Акустическая система Defender

    Головки громкоговорителей

    Головки громкоговорителей классифицируются по принципу действия, по способу излучения, по полосе передаваемых частот, по области применения и т.д.

    По принципу действия, т.е. по способу преобразования электрической энергии в акустическую, громкоговорители делят на электродинамические, электростатические, пьезокерамические (пьезопленочные), плазменные и др.

    Подавляющее большинство головок громкоговорителей электродинамические («динамические» или просто «динамики»). Их принцип действия основан на движении в постоянном магнитном поле проводника или катушки, питаемых переменным током (рис. 2).

    akusticheskie_sistemy_3.jpg

    Рис. 2. Электродинамический катушечный громкоговоритель

    Головка электродинамического громкоговорителя состоит из подвижной системы, магнитной цепи и диффузородержателя (1).

    Подвижная система включает в себя подвес (2), диафрагму (3), центрирующую шайбу (4), пылезащитный колпачок (5), звуковую катушку (6) и гибкие выводы.

    При пропускании переменного тока по звуковой катушке, помещенной в радиальный зазор магнитной цепи, на нее будет действовать механическая сила. Под действием этой силы возникают осевые колебания катушки и скрепленной с ней диафрагмы. Конструкция электродинамического громкоговорителя очень похожа на конструкцию динамического микрофона, поэтому, в принципе, из динамического микрофона можно получить слабенькую головку громкоговорителя, а из головки громкоговорителя – микрофон. Понятно, что работать все это будет отвратительно, но работать будет.

    akusticheskie_sistemy_4.jpg

    Рис. 3. Ленточный громкоговоритель

    Ленточные громкоговорители (рис. 3) используют тонкую металлическую ленточку, которая помещается в магнитное поле между полюсами магнита и служит одновременно и проводником тока и колеблющимся излучающим элементом.

    Ленточные головки гораздо эффективнее динамических, пьезоэлектрических и других, поскольку если площадь конического или купольного диффузора – это площадь видимого круга, то активная площадь ленточного излучателя – это полная развертка сложенной мембраны (эффективная площадь в 2,5 раз больше площади проекции сложенной ленты). Таким образом, для получения необходимого уровня звукового давления требуется меньшее перемещение диффузора.

    akusticheskie_sistemy_5.jpg

    Рис. 4. Электростатический громкоговоритель

    Электростатические громкоговорители (рис. 4) используют излучающий элемент в виде тонкой металлизированной пленки (1) толщиной порядка 6. 10 мкм, помещенной между перфорированными электродами (2) (т.е. это конденсатор переменной емкости, где одной из обкладок служит тонкая металлизированная подвижная мембрана). Между мембраной и электродами приложено высокое поляризующее напряжение порядка 8. 10 кВ. Переменное звуковое напряжение, под действием которого мембрана колеблется и излучает звук, подводится к неподвижным электродам. Громкоговорители такого типа обеспечивают чистоту и прозрачность звучания за счет малых уровней переходных искажений.

    akusticheskie_sistemy_6.jpg

    Рис. 5. Модельный ряд электростатических громкоговорителей Final

    akusticheskie_sistemy_7.jpg

    Рис. 6. Центральный громкоговоритель электростатической АС. Model 200

    На рис. 5 показан модельный ряд электростатических громкоговорителей Final, а на рис. 6 – крупным планом центральный громкоговоритель АС.

    akusticheskie_sistemy_8.jpg

    Рис. 7. Пьезопленочный громкоговоритель

    Пьезокерамические (пьезопленочные) громкоговорители (рис. 7) используются в основном в качестве высокочастотного звена в акустических системах. В качестве возбуждающего элемента в них применяется биморфный элемент, полученный путем соединения двух пластин (1), (3) из пьезокерамики (цирконата титана, титаната бария и др.). Биморфный элемент закрепляется с двух сторон, при подведении электрического сигнала в нем происходят изгибные деформации, которые передаются соединенной с ним диафрагме (2). Разновидностью такого типа громкоговорителей являются пьезопленочные излучатели, в них используются высокополимерные пленки, которым при помощи специально отработанной технологии придаются пьезоэлектрические свойства (при их поляризации в сильном магнитном поле). Если такой пленке придать форму купола или цилиндра, то под действием приложенного к ней переменного напряжения она начинает вибрировать и излучать звук, для таких громкоговорителей не требуется применение магнитной цепи.

    По способу излучения акустической энергии головки громкоговорителей делятся на головки прямого излучения, у которых диафрагма излучает звук непосредственно в окружающую среду, и рупорные (рис. 8), у которых диафрагма излучает звук через рупор. Если рупорный громкоговоритель имеет предрупорную камеру, то он называется узкогорлым рупорным громкоговорителем, а если используется только рупор, то это широкогорлый рупорный громкоговоритель.

    akusticheskie_sistemy_9.jpg

    Рис. 8. Рупорный громкоговоритель

    Рупорные громкоговорители широко используют при создании систем озвучивания улиц, стадионов, площадей, систем звукоусиления в различных помещениях, бытовых высококачественных систем, систем оповещения и др.

    Причины распространения рупорных громкоговорителей обусловлены, прежде всего, тем, что они обладают большей эффективностью, их КПД составляет 10-20 % и более (в обычных громкоговорителях КПД меньше 1. 2 %); кроме того, применение жестких рупоров позволяет формировать заданную характеристику направленности, что очень важно при проектировании систем звукоусиления. Однако при использовании рупорных громкоговорителей возникают проблемы, связанные с тем, что для излучения низких частот необходимо значительно увеличивать размеры рупора, а большие уровни звукового давления в предрупорной камере создают дополнительные нелинейные искажения.

    Конструкция головок громкоговорителей зависит от того, в какой полосе частот они должны работать. По этому признаку громкоговорители разделяются на:

    • широкополосные ( OO «full-range»);
    • низкочастотные (воспроизводимый диапазон примерно 20-40. 500-1000 Гц) («woofer», «subwoofer»);
    • среднечастотные (диапазон 0,3-0,5. 5-8 кГц) («mid-range»);
    • высокочастотные (1-2..16-30 кГц) («tweeter») и др.

    Большая часть мощности аудиосигналов обычно приходится на низкочастотные ГГ, поэтому они должны воспринимать нагрузки до 200 Вт и более, сохраняя тепловую и механическую прочность. Эти ГГ имеют низкую резонансную частоту (16. 30 Гц) и должны быть рассчитаны на большой ход подвижной системы вплоть до ±12. 15 мм.

    Внешний вид современного низкочастотного ГГ для высококачественных АС показан на рис. 9.

    Основным излучающим элементом громкоговорителя является диафрагма. Диафрагмы современных низкочастотных ГГ изготавливаются из сложных композиций на основе натуральной длинноволокнистой целлюлозы с различными добавками. Иногда в состав такой композиции входит до 10-15 составляющих. Все шире используют синтетические пленочные композиции на основе полиолефинов (полипропилена и полиэтилена) и композиционные материалы на основе ткани «кевлар».

    akusticheskie_sistemy_10.jpg

    Рис. 9. НЧ громкоговоритель

    АС для домашних кинотеатров, (особенно центрального и фронтальных каналов, а также сабвуфера) требует применения тщательно экранированных НЧ ГГ.

    Среднечастотные громкоговорители (СЧ ГГ) используются в диапазоне ча- стот от 200. 800 Гц до 5. 8 кГц, где чувствительность слуха ко всем видам ис- кажений максимальна, поэтому требования к их качеству наиболее жесткие.

    Высокочастотные громкоговорители (ВЧ ГГ). (рис. 10). Требования к ним за последние годы резко возросли в связи с увеличением спектральной плотности мощности в высокочастотной части спектра в современной электронной музыке, расширением частотного и динамического диапазона программ, воспроизводимых цифровой звуковоспроизводящей аппаратурой и др.

    В современных АС высокочастотные ГГ используются, как правило, в диапазоне частот от 2. 5 до 30. 40 кГц. Обеспечить равноценное качественное воспроизведение звука в таком широком диапазоне при помощи одного ГГ чрезвычайно трудно. Поэтому большая часть выпускаемых в настоящее время ВЧ ГГ применяются в диапазоне от 2. 5 до 16. 18 кГц, а в некоторых АС устанавливаются дополнительные малогабаритные ВЧ ГГ (воспроизводящие частоты от 8. 10 до 30. 40 кГц).

    akusticheskie_sistemy_11.jpg

    Рис. 10. ВЧ ГГ

    Потолочные громкоговорители

    Потолочные громкоговорители – это, как правило, электродинамические диффузорные громкоговорители, заключенные в пластиковые или металлические корпуса. Их используют для озвучивания помещений и в системах аварийного оповещения зданий. Благодаря большому углу раскрытия диаграммы направленности звука и широкому диапазону воспроизводимых частот потолочные громкоговорители способны довольно качественно воспроизводить звук, кроме того, они гармонично вписываются практически в любой интерьер.

    Потолочные громкоговорители обеспечивают более равномерное по сравнению с другими громкоговорителями распределение звука по объему помещения и не требуют при этом установки мощных усилителей. Их применение особенно эффективно для озвучивания больших помещений с высотой потолка до 5 м.

    Для удобства монтажа корпус потолочного громкоговорителя снабжается специальными приспособлениями: подпружиненными упорами, полозьями или кронштейнами. Многие громкоговорители крепятся к потолочным плитам с помощью шурупов. В отличие от «обычных» систем озвучивания, системы на основе потолочных громкоговорителей высоковольтные, типичное значение напряжения в линии составляет 100 В, поэтому потолочные громкоговорители имеют встроенные трансформаторы.

    При проектировании системы оповещения расчет необходимого количества потолочных громкоговорителей и схемы их размещения (рис. 11) производится исходя из требуемого уровня звукового давления на уровне ушей слушателей (обычно берется среднее значение 1,5 м). Для помещений с высотой потолка менее 5 метров такой расчет не представляет трудностей и производится по приближенным формулам. В таблице 1 для определенной высоты потолков и площади помещения указано количество потолочных громкоговорителей, которое дает наилучшее качество звука и наиболее равномерное распределение звуковых волн.

    akusticheskie_sistemy_12.jpg

    Рис. 11. Схема размещения потолочных громкоговорителей

    Параметр S в таблице – это приблизительная площадь, которую озвучивает один потолочный громкоговоритель:

    S = <2х(H – 1,5 м)>2, где Н – высота потолка.

    Таблица 1. К расчету системы оповещения

    P 103,5 101 99 97,5 96
    P/2 100,5 98 96 94,5 93
    H/S 3 3,5 4 4,5 5
    25 2 1 1 1 1
    35 3 2 1 1 1
    50 4 2 1 1 1
    80 6 3 2 2 1
    100 7 4 3 2 2
    150 10 6 4 3 2
    200 13 8 5 4 3
    300 20 11 7 5 4
    400 26 15 10 7 5
    500 33 19 12 8 6
    600 40 22 14 10 8
    700 46 26 17 12 9
    800 53 30 19 13 10
    900 59 33 22 15 11
    1000 66 37 24 17 12

    В таблице:
    P – звуковое давление на уровне 1,5 м, когда потолочный громкоговоритель работает на полную мощность;
    P/2 – звуковое давление на уровне 1,5 м, когда потолочный громкоговоритель работает на половину максимальной мощности;
    H – высота потолка;
    S – площадь помещения.

    Если высота потолков больше 5 метров, устанавливать потолочные громкоговорители не рекомендуется. Однако если необходимо использовать именно потолочные громкоговорители, следует принять меры для повышения равномерности распределения звука и снижения эффекта реверберации (эха). Если потолочные громкоговорители размещены слишком близко друг к другу, то на уровне ушей слушателей звук будет распределяться неравномерно. Если увеличить расстояние между соседними громкоговорителями, то уровень звукового давления может оказаться недостаточным для хорошей слышимости. Повышение уровня звука громкоговорителей в этом случае влечет за собой увеличение реверберации, особенно в помещениях, отделанных стеклом, мрамором и т.д. Реверберацию можно снизить с помощью звукопоглощающих материалов: ковров, гобеленов, портьер и др.

    На рис. 12 и 13 показаны примеры врезных и навесных потолочных громкоговорителей компании Kramer Electronics.

    akusticheskie_sistemy_13.jpg
    Рис. 12. Врезные потолочные громкоговорители
    (круглый и прямоугольный)
    akusticheskie_sistemy_14.jpg
    Рис. 13. Навесные громкоговорители

    Корпус акустической системы. Основные виды корпусов и их назначение

    Корпус АС выполняет многообразные функции. В области НЧ он блокирует эффект «акустического короткого замыкания», возникающий за счет сложения излучаемого звука от передней и тыловой поверхности диафрагмы в противофазе, что приводит к подавлению низкочастотного излучения.

    Применение корпуса позволяет увеличить интенсивность излучения на низких частотах, а также увеличить механическое демпфирование громкоговорителей, что позволяет «сгладить» резонансы и уменьшить неравномерность амплитудно-частотной характеристики. Корпус оказывает существенное влияние не только в области низких, но и в области средних и высоких частот. Правильно спроектированный и изготовленный корпус оказывает огромное влияние на качество звука.

    При проектировании корпусов АС чаще всего используют такие варианты конструктивного оформления, как бесконечный экран, закрытый корпус, корпус с фазоинвертором, лабиринт, трансмиссионная линия и др.

    Бесконечный экран возникает, когда громкоговорители устанавливаются в стене комнаты с достаточно большим объемом за ним. Для такой установки громкоговорителей характерен эффект «бубнения» на низких частотах, поскольку отсутствует демпфирование.

    Закрытый корпус. В современных АС применяют в основном закрытые корпуса компрессионного типа. Принцип работы компрессионного оформления состоит в том, что в них используются громкоговорители с очень гибким подвесом и большой массой, т.е. низкой резонансной частотой. В этом случае упругость воздуха в корпусе становится определяющим фактором, именно она начинает вносить основной вклад в возвращающую силу, приложенную к диафрагме.

    Корпус с фазоинвертором – корпус, в котором сделано отверстие, что позволяет использовать излучение тыльной поверхности диффузора. Максимальный эффект достигается в области частоты резонанса колебательной системы, образуемой массой воздуха в отверстии или трубе и массой воздуха в корпусе.

    Корпуса с фазоинвертором (рис. 14 а) имеют много разновидностей. Корпус, использующий специальную трубу, вставленную в отверстие, позволяет уменьшить размеры корпуса и при помощи регулировки размеров трубы настраивать фазоинвертор (рис. 14 б).

    Если в отверстие корпуса устанавливается пассивный (т.е. без магнитной цепи) громкоговоритель, колебания которого возбуждаются за счет колебаний объема воздуха, заключенного в корпус, то такой корпус называется корпусом с пассивным излучателем (рис. 14 в).

    akusticheskie_sistemy_15.jpg

    Рис. 14. Корпус АС с различными вариантами фазоинверторов: а – фазоинвертор; б – фазоинвертор с трубой; в – пассивный излучатель

    Лабиринт представляет собой вариант корпуса с фазоинвертором, в котором устанавливаются специальные перегородки. Когда длина лабиринта достигает 1/4 длины волны на частоте резонанса низкочастотного громкоговорителя, он действует аналогично фазоинвертору. Применение лабиринта расширяет возможности для настройки на более низкие частоты. Резонансы на гармониках от основной резонансной частоты трубы демпфируются звукопоглощающими материалами на стенках корпуса (рис. 15 а).

    akusticheskie_sistemy_16.jpg

    Рис. 15. Корпус АС типа лабиринта (а) и типа трансмиссионной линии (б)

    Трансмиссионная линия – это разновидность лабиринта. Она отличается от лабиринта тем, что звукопоглощающим материалом забивается весь объем корпуса, и поперечное сечение линии делается переменным – больше у конуса, меньше у отверстия (рис. 15 б). Корпуса такого типа очень сложны в настройке.

    Если в корпусе установлены две одинаковых ГГ на один фазоинвертор, то это называется «низкочастотное оформление с симметричной нагрузкой». Такое оформление часто используют в сабвуферах.

    Лучше звучат АС со сглаженными углами, обтекаемой формы, с несимметричным расположением ГГ, однако изготавливать корпуса таких АС сложно и дорого, поэтому подавляющее большинство АС выпускается в корпусах прямоугольной формы. Для уменьшения дифракционных эффектов на углах передней панели применяются специальные меры, в том числе размещение звукопоглощающих материалов («акустическое одеяло»), оптимизация соотношения размеров передней панели и глубины корпуса, подбор несимметричного расположения громкоговорителей и др.

    Стремление сдвинуть дифракционные пики-провалы на АЧХ в более высокочастотную область и тем самым снизить их влияние заставляет использовать максимально узкие передние панели. Сложные внешние конфигурации многих современных АС обусловлены не только эстетическими соображениями, но и стремлением уменьшить дифракционные эффекты. Чтобы снизить излучение звука от стенок АС, обычно стараются увеличить их жесткость и массу.

    В современных АС корпус представляет собой довольно сложную и дорогостоящую конструкцию (рис. 16). В качестве критерия эффективности принятых мер по звукоизоляции корпуса принято считать разницу между уровнем звукового давления, излучаемого стенками корпуса и уровнем звукового давления от акустической системы в целом, она должна составлять не менее 20 дБ.

    akusticheskie_sistemy_17.jpg

    Рис. 16. Разрез АС

    Кроме объективных измерений, при проектировании проводится прослушивание АС в корпусах различной конструкции.

    Фильтрующе-корректирующие цепи

    Обеспечить качественное воспроизведение звука с помощью однополосной АС практически невозможно или сложно, поэтому они применяются только в бюджетных решениях, например, в дешевых колонках для компьютеров. Высококачественные АС за редкими исключениями являются многополосными. Для того, чтобы подать на каждую ГГ сигналы своего частотного поддиапазона, используют электрические разделительные фильтры («кроссоверы»).

    В большинстве АС для домашнего применения используются т.н. пассивные фильтры, которые включают между усилителем и громкоговорителем (рис. 17).

    akusticheskie_sistemy_18.jpg

    Рис. 17. Пассивные фильтры («пассивные кроссоверы») в АС

    Пассивные фильтры обычно размещаются внутри АС, увеличивая их массу и габариты. Пассивные фильтры в АС бывают первого, второго, третьего и четвертого порядка. Крутизна спада фильтров первого порядка – 6 дБ/октаву, второго – 12 дБ/октаву, третьего – 18 дБ/октаву и четвертого – 24 дБ/октаву.

    Простейшие фильтры – это фильтры первого порядка, они занимают мало места и недороги, но имеют недостаточную крутизну спада полос пропускания. Положительная черта этих фильтров – отсутствие фазового сдвига между твиттером (ВЧ-головкой) и другим динамиком.

    Фильтры второго порядка (или фильтры Баттерворта, по имени создателя математической модели этих фильтров) обладают более высокой чувствительностью, но дают фазовый сдвиг в 180 градусов, что означает несинхронный ход мембран ВЧ-головки и другого динамика. Для устранения этой проблемы необходимо поменять полярность подключения проводов на твиттере.

    Фильтры третьего порядка имеют хорошие фазовые характеристики при любой полярности подключения. На рис. 18 показана АЧХ фильтра третьего порядка, а на рис. 19 – его электрическая схема.

    akusticheskie_sistemy_19.jpg

    Рис. 18. АЧХ фильтра третьего порядка

    akusticheskie_sistemy_20.jpg

    Рис. 19. Электрическая схема фильтра третьего порядка

    akusticheskie_sistemy_21.jpg

    Рис. 20. АЧХ трехполосного фильтра

    В трехполосных АС АЧХ фильтра выглядит так, как показано на рис. 20.

    Фильтры Баттерворта четвертого порядка имеют высокую крутизну спада полосы пропускания, что резко уменьшает взаимовлияние динамиков в области разделения частот. Сдвиг по фазе составляет 360 градусов, то есть на практике он отсутствует. Однако проблема состоит в том, что у таких фильтров величина фазового сдвига непостоянна, что может вызвать неустойчивую работу АС. Оптимизировать схему фильтра четвертого порядка применительно к АС удалось Линквицу и Рили. Их фильтр состоит из двух последовательно соединенных фильтров Баттерворта второго порядка для ВЧ ГГ и для НЧ ГГ. Такой фильтр не имеет фазовых сдвигов и позволяет проводить временную коррекцию для динамиков, не излучающих звук в одной плоскости. Эти фильтры обеспечивают самые лучшие акустические характеристики.

    В «активных» АС со встроенными многополосными усилителями применяются активные фильтры, включенные до усилителя и также называемые кроссоверами (рис. 21).

    akusticheskie_sistemy_22.jpg

    Рис. 21. Использование кроссоверов

    По сравнению с пассивными, активные фильтры имеют ряд преимуществ: меньшие габариты, лучшую перестраиваемость частот раздела, большую стабильность характеристик и т.д. Однако пассивные фильтры обеспечивают больший динамический диапазон, меньший уровень шумов и нелинейных искажений. К числу их недостатков можно отнести температурную нестабильность, что приводит к изменению формы АЧХ при повышении уровня подводимого сигнала (так называемая «компрессия мощности»), а также необходимость тщательного выбора высокоточных элементов (резисторов, конденсаторов и т.д.), к разбросу параметров которых характеристики фильтров могут быть очень чувствительны. В последние годы ряд зарубежных фирм начали применять в акустических системах цифровые фильтры, обеспечивающие в реальном времени функции фильтрации, коррекции и адаптации к реальным условиям прослушивания.

    Кроме фильтров, в современных акустических системах достаточно часто используются электронные устройства для защиты громкоговорителей от тепловых и механических перегрузок. Защита как от длительных, так и от кратковременных (пиковых) перегрузок осуществляется с применением различных вариантов пороговых схем, пороги срабатывания которых должны быть меньше, чем тепловые постоянные головок громкоговорителей (Т = 10. 20 мс). Кроме того, во многих бытовых системах используются различные варианты индикации перегрузок.

    Основные характеристики АС

    Характеристик АС существует довольно много, одни из них имеют большее значение для пользователя, другие меньшее, отечественные и зарубежные характеристики АС и методики их измерения не всегда совпадают. Мы кратко рассмотрим только основные характеристики АС.

    Эффективный рабочий (эффективно воспроизводимый) диапазон частот – диапазон, в пределах которого уровень звукового давления, развиваемого АС, не ниже заданного, по отношению к уровню, усредненному в определенной полосе частот. В рекомендациях МЭК 581–7 минимальные требования к этому параметру составляют 50 – 12500 Гц при спаде 8 дБ по отношению к уровню, усредненному в полосе частот 100 – 8000 Гц.

    Значение этой характеристики сильно влияет на естественность звучания акустики. Чем ближе рабочий диапазон АС к максимальному диапазону, воспринимаемому органами слуха человека (16 – 20000 Гц), тем лучше, естественнее звучит АС. Эффективный рабочий диапазон зависит от характеристик головок громкоговорителей, от акустического оформления АС и от параметров разделительного фильтра (кроссовера).

    На низких частотах решающую роль играет объем корпуса АС. Чем он больше, тем более эффективно воспроизводятся низкие частоты, поэтому, в частности, сабвуферы всегда довольно громоздки. С воспроизведением высоких частот проблем обычно не возникает, поскольку современные твиттеры позволяют воспроизводить даже ультразвук. Нередко диапазон воспроизводимых частот АС превышает верхнюю границу слышимости человека. Считается, что в этом случае более точно передается тембр сложной фонограммы, например, симфонической музыки. Типичные значения: 100 – 18000 Гц для полочной акустики и 60 – 20000 Гц для напольной.

    Серьезные производители АС обычно приводят график звукового давления, развиваемого АС в зависимости от частоты (график амплитудно-частотной характеристики (АЧХ), по которому можно определить эффективный рабочий диапазон частот АС и неравномерность АЧХ.

    Неравномерность амплитудно-частотной характеристики (неравномерность характеристики звукового давления). Идеальной для воспроизведения звука была бы акустика, имеющая АЧХ в виде прямой линии, но получить такую АЧХ невозможно. АЧХ реальных АС представляют собой причудливо изломанные кривые, имеющие множество пиков и провалов, появление которых вызвано наличием паразитных резонансов, вибрации стенок корпуса и т.п. Чем равномернее АЧХ, тем более естественным будет воспроизведение.

    Степень неравномерности АЧХ характеризуется отношением максимального значения звукового давления к минимальному, или по другой методике, отношением максимального (минимального) значения к среднему, в заданном диапазоне частот, выраженное в децибелах. В рекомендациях МЭК 581-7, определяющих минимальные требования к аппаратуре Hi-Fi, указывается, что неравномерность АЧХ не должна превышать ±4 дБ в диапазоне 100 – 8000 Гц.

    Характеристика направленности позволяет оценить пространственное распределение излучаемых акустической системой звуковых колебаний, и оптимально расположить акустические системы в различных помещениях. Об этом параметре позволяет судить диаграмма направленности АС, представляющая собой зависимость уровня звукового давления от угла поворота АС относительно его рабочей оси в полярных координатах, измеренная на одной или нескольких фиксированных частотах. Иногда спад амплитудно частотной характеристики при повороте АС на некоторый фиксированный угол, отображается на основном графике, в виде дополнительных ответвлений АЧХ.

    Характеристическая чувствительность – это отношение среднего звукового давления, развиваемого АС в заданном диапазоне частот (обычно 100 – 8000 Гц) на рабочей оси, приведенное к расстоянию 1 м и подводимой электрической мощности 1 Вт. В большинстве моделей АС категории Hi-Fi уровень характеристической чувствительности составляет 86-90 дБ (в технической литературе вместо дБ часто указывается дБ/м/Вт). Существуют высококачественные широкополосные АС с чувствительностью 93 – 95 дБ/м/Вт и более.

    Характеристическая чувствительность определяет, какой динамический диапазон способна обеспечить АС. Широкий динамический диапазон позволяет с большой достоверностью воспроизводить сложные музыкальные произведения, особенно джазовую, симфоническую, камерную музыку.

    Коэффициент нелинейных искажений характеризует появление в процессе преобразования отсутствовавших в исходном сигнале спектральных составляющих, искажающих его структуру, то есть, в конечном счете, точность воспроизведения. Это очень важный параметр, поскольку вклад АС в общий коэффициент нелинейных искажений всего звукового тракта, как правило, является максимальным. Например, коэффициент нелинейных искажений современного усилителя составляет сотые доли процента, в то время как типичное значение этого параметра для АС – единицы процентов. При увеличении мощности сигнала коэффициент нелинейных искажений возрастает.

    Электрическая (акустическая) мощность – определяет уровень звукового давления и динамический диапазон (с учетом характеристической чувствительности), который потенциально может обеспечить АС в определенном помещении.

    Используется несколько определяемых разными стандартами видов мощностей:

    Характеристическая мощность, при которой АС обеспечивает заданный уровень среднего звукового давления. В рекомендациях МЭК значение этого уровня установлено 94 дБ на расстоянии 1 метр.

    Максимальная (предельная) шумовая или паспортная мощность, при которой АС может длите

    • Главная
    • Статьи
    • Акустика. Типы акустических систем

    Микрофоны

    На сегодняшний день в мире существует огромное множество моделей микрофонов. Несмотря на расхожее мнение, что цена микрофона напрямую связана с его качеством, в последнее время на рынке стали появляться сравнительно недорогие модели с очень хорошими техническими характеристиками. Многие из этих моделей по возможностям не уступают дорогим моделям.

    Содержание

    Назначение.

    Изучаем спецификацию

    • Диаграммы направленности
    • Переключаемые микрофоны
    • Частотный отклик
    • Чувствительность и характеристики SPL
    • Кривая чувствительности
    • Эффект приближения
    • О чем нельзя узнать из спецификации

    Типы микрофонов и сферы их применения

    • Динамические микрофоны
    • Ленточные микрофоны
    • Специализированные динамические микрофоны
      • Барабанные микрофоны
      • Микрофоны для духовых инструментов
      • Микрофоны для гармоники
      • Переключатели среза низких частот и чувствительности
      • Конденсаторные микрофоны с большой диафрагмой
      • Конденсаторные микрофоны с боковой адресацией
      • Конденсаторные микрофоны с двумя диафрагмами
      • О чем нельзя узнать из спецификации
      • Ламповые конденсаторные микрофоны
      • Конденсаторные микрофоны с малой диафрагмой
      • Микрофоны-пушки
      • Микрофон граничного слоя

      Заключение

      Назначение

      Важно выбрать микрофон, подходящий под ваши нужды. Вам нужен микрофон для вокала или для инструмента? Для использования на выступлениях или записи? Или, возможно, вам требуется и то и другое. Существует огромное количество моделей микрофонов, предназначенных для записи в студии или использования на сцене. Например, Shure SM57 — это микрофон для записи и выступлений.

      Необходимо выбирать микрофон, исходя из среды его использования и подключаемого оборудования. Бессмысленно тратить бешеные деньги на студийный микрофон Neumann, если вам нужен микрофон для записи в домашних условиях, в комнате, где акустика, мягко говоря, не идеальна. В этом случае берите недорогой и менее чувствительный микрофон. С другой стороны, даже в студийных условиях работа самых лучших микрофонов сильно зависит от подключенного предусилителя. И если у вас нет высококачественных предусилителей, хорошие микрофоны не будут работать на все 100%.

      Изучаем характеристики

      Изучение и понимание характеристик и терминологии поможет при дальнейшем выборе требуемого микрофона. Ниже приведены основные характеристики и термины, встречающиеся в описаниях микрофонов.

      Диаграмма направленности

      Диаграмма направленности описывает форму поля чувствительности микрофона или направлений получения или игнорирования звуков. Всенаправленный микрофон принимает звуки, поступающие со всех сторон. Двунаправленный микрофон чувствителен ко звукам, поступающих со сторон «восток» и «запад» и не чувствителен ко звукам, поступающих со сторон «север» и «юг». Однонаправленный микрофон в основном принимает звуки только с одной стороны.

      Однонаправленные микрофоны являются самыми распространенными и представлены тремя конфигурациями: кардиоидные, суперкардиоидные и гиперкардиоидные. Все три конфигурации игнорируют звуки, идущие сзади по оси и вне ее или боковые звуки. Форма кардиоидной диаграммы похожа на сердце (что следует из названия), что делает микрофон чувствительным ко звукам, поступающим с передней и боковой стороны микрофона и нечувствительным ко звукам, поступающим с противоположной стороны. Микрофоны с суперкардиоидной диаграммой более чувствительны к звукам, поступающим сзади и менее чувствительны к боковым. Гиперкардиоидные микрофоны принимают больше звуков, поступающих сзади (направление 180 градусов) и менее чувствительны ко звукам, поступающим по направлениям 90 и 270 градусов.

      Данные конфигурации будут полезны при использовании микрофона в шумных средах, как например, концерты, малые выстепления группы и т.п. Кардиоидные, суперкардиоидные и гиперкардиоидные микрофоны не чувствительны ни к чему кроме голоса исполнителя, поэтому звук не становится «грязным» и неразборчивым.

      Переключаемые микрофоны

      Некоторые конденсаторные микрофоны обладают функцией переключения. Они могут менять свою диаграмму направленности, от однонаправленной до кардиоидной и т.п., при помощи переключателя или сменных капсулей. Эта функция делает микрофон более гибким в плане восприятия звуков.

      Частотный отклик

      Так называется диапазон частот, на который микрофон будет реагировать, например от 80Гц до 15кГц. Последний является приличным откликом для имкрофона. Для барабанных микрофонов (малые барабаны и том-томы) частотный отклик должен начинаться в районе 50Гц, для бас-барабана — 30-40Гц.

      Чувствительность и характеристики SPL

      Чувствительность, как параметр спецификации, показывает насколько тихий звук может воспринимать микрофон. Неспециалистам важно знать, что чем ниже значение, тем чувствительнее микрофон.

      SPL означает уровень звукового давления и измеряется в дБ. Этот параметр означает максимально возможную величину звукового давления, воспринимаемого микрофоном, т.о. противоположен чувствительности. Важный параметр в случаях, если микрофон будет использоваться с громкими инструментами, например барабанами. Средняя величина SPL — 100 дБ, 130дБ — это уже высокий SPL.

      Пример частотной характеристики микрофона : Shure SM 58.

      Кривая чувствительности

      Частотная характеристика показывает только диапазон охватываемых микрофоном частот. Термин «кривая чувствительности» отражает форму частотной характеристики. Характеристика описывает форму кривой, так как в начале и в конце графика значение по вертикальной оси равно нулю. Внутри характеристики на определенных частотах могут встречаться пики и спады, такие микрофоны более специализированы под конкретные задачи. Например, микрофон для вокала может иметь пик на средних частотах со сдвигом вверх, который делает голос более мягким и четким.

      Эффект приближения

      Эффект приближения не указывается в спецификациях, но является важной характеристикой, которая изредка упоминается в описаниях. Обычно конденсаторные микрофоны обладают большей величиной эффекта приближения, чем динамические. Эффект приближения заключается в том, что низкие частоты по мере приближения источника звука к микрофону становятся более отчетливыми. Желанный эффект для исполнителей, которые «работают на микрофон». Звукотехники выбирают микрофоны с сильным эффектом приближения для выделения басов при записи инструментов.

      О чем нельзя узнать из спецификации

      Изучайте не только спецификацию, но и такие характеристики микрофона как: устройство, типы используемых металлов, точность сборки — все может влиять на качество восприятия. Не секрет, что некоторые производители придумывают цифры в спецификациях, так что дорогой микрофон по техническим данным не будет отличаться от дешевого. Часто цена является главной характеристикой микрофона. Тестирование — лучший способ узнать разницу между очень хорошими микрофонами и не очень.

      Типы микрофонов и сферы их применения

      Большинство микрофонов делятся на две категории: динамические и конденсаторные. Динамические микрофоны, в отличие от конденсаторных, не требуют источника питания. Ниже описаны принципы их работы, рассмотрены различные типы и сферы применения.

      Динамические микрофоны

      Принцип работы: Динамические микрофоны содержат катушку индуктивности, соединенную с диафрагмой и помещенную в постоянное магнитное поле. Движение диафрагмы передается катушке, в результате чего на ней меняется напряжение.

      Основные характеристики: Динамические микрофоны обладают простой конструкцией, высоким SPL, виброизоляцию для использования в руках и диаграмму направленности, игнорирующую неосевые звуки. Они предназначены для «живого» звука, вокала и инструментов, иногда для записи. Например, Shure SM57 был как студийным, так и сценическим микрофоном на протяжении многих лет. В целом, динамические микрофоны относительно доступны по цене, многие производители представляют линейки микрофонов эконом-класса.

      Ленточные микрофоны — в отличие от других динамических микрофонов необычайно деликатные. Принцип их работы не отличается от принципа работы других динамических микрофонов, только вместо диафрагмы в них используется тонкая лента. Ленточные микрофоны используются, в основном, в студиях для записи вокала и широкого круга инструментов. Они смягчают звук и придают ему налет теплоты. Обладают высоким SPL и могут быть расположены очень близко от источника.

      Специализированные динамические микрофоны — За последние годы многие компании стали выпускать динамические микрофоны, специализирующиеся под конкретный музыкальный инструмент. Ниже приведены несколько примеров:

      • Барабанные микрофоны — Из-за того, что ударные установки производят множество разнообразных звуков, микрофоны подразделили на микрофоны для бас-барабана, малых и том томов, тарелочные. Частотная характеристика и другие свойства каждого из представленных типов подстроены для «своего» барабана. Барабанные микрофоны часто идут комплектами по 4-5 и больше. Такие комплекты недороги, удобны и содержат микрофоны для каждого барабана в установке
      • Микрофоны для духовых инструментов — Данные микрофоны обычно небольшого размера, легкие, с частотной характеристикой, подстроенной для конкретного инструмента; обладают специальными держателями для крепления на раструбе или корпусе. Закрепленные на инструменте, эти микрофоны всегда соблюдают определенную дистанцию до источника звука, тем самым поддерживая четкое восприятие. Кроме того, они дают музыканту больше свободы в движениях.

      Пример микрофона для гармоники: Shure 520DX

      Пример микрофона для гармоники: Shure 520DX

      • Микрофоны для гармоники — Используются музыкантами при игре на губной гармонике. Небольшие микрофоны с закругленным корпусом, которые можно держать в руках одновременной с гармоникой; их кристаллические элементы диафрагмы производят специальный, «деформированный» звук, высоко ценимый исполнителями блюза.
      • Беспроводные микрофоны — тип микрофонов со встроенным передатчиком сигналов.

      Конденсаторные микрофоны

      Принцип работы: В данных микрофонах тонкая проводящая диафрагма расположена очень близко к металлической пластине, называемой задней пластиной, создавая таким образом конденсатор. На данный конденсатор подается небольшое напряжение от источника фантомного питания или батареи. Под воздействием звуковых колебаний диафрагма начинает вибрировать, при вибрации расстояние между ней и задней пластиной изменяется, варьируя емкость конденсатора, в свою очередь это меняет выходное напряжение. Изменение выходного напряжения и есть выходной сигнал микрофона.

      Основные характеристики: Источниками питания для конденсаторных микрофонов могут выступать: внутренний (встроенная батарея), внешний или источник фантомного питания микшера. Большинство современных микшеров обладают источником фантомного питания, но если вы используете модель старого образца, убедитесь, что в ней присутствует фантомное питание, требуемое микрофону.

      Существует множество типов конденсаторных микрофонов, большинство из них используется для записи. Некоторые используются для работы с «живым» звуком, например запись выступления хора, игры на пианино, акустических инструментах и некоторых ударных инструментов. Часто конденсаторные микрофоны используются с тарелками ударной установки. Ниже представлены основные типы конденсаторных микрофонов:

      Переключатели среза низких частот и чувствительности — данные элементы управления встречаются у многих конденсаторных микрофонов и помогают настроить микрофон под требуемые условия. Переключатель среза низких частот — изменяет частотную характеристику, обычно в начале диапазона (область НЧ) путем среза или уменьшения уровней всех частот ниже уровня. Используется для уменьшения числа принимаемых низких частот и увеличения эффективности усилителя. Многие усилители плохо воспроизводят низкие частоты, тем не менее, они стараются изо всех сил. Срез басов не пропускает на вход усилителя частоты, которые находятся за пределами обрабатываемого диапазона. В процессе звукозаписи срез делает звук чище. Переключатели чувствительности изменяют чувствительность или уровень громкости микрофона таким образом, чтобы источник громкого звука не перегружал микрофон.

      Конденсаторные микрофоны с большой диафрагмой — это большие студийные микрофоны, предназначенные для записи, с диафрагмой диаметром 1,9-2,5см. Обычно данные микрофоны очень чувствительны, требуют внешний источник питания и подвешиваются на потолок или держатель. Из-за большого размера и типа крепежа, данные микрофоны не подходят для записи барабанных установок (положение микрофона критично), зато идеальны для записи вокала и многих других инструментов. Позиционируются как универсальные студийные микрофоны; лучшие модели необычайно дороги. В последнее время стали выпускаться относительно недорогие модели — тот же дизайн, а качество неотличимо глазами непрофессионала.

      Конденсаторные микрофоны с боковой адресацией – еще один тип больших конденсаторных микрофонов. Обычно обладают широкой, плоской пластиной, расположенной над горизонтально закрепленной (под углом 90 градусов к оси микрофона) диафрагмой. При установке микрофона вертикально, исполнитель поет как бы в боковую сторону микрофона, откуда и пошло названии микрофона.

      Конденсаторные микрофоны с двойной диафрагмой — обычно это конденсаторные микрофоны с боковой адресацией и двумя разнонаправленными диафрагмами. Эффективно используются при записи дуэтов, больших групп или звукового окружения небольшого помещения. Микрофоны с двумя диафрагмами упрощают процесс записи двух источников звука: вместо двух микрофонов, требуется всего один.

      Ламповые конденсаторные микрофоны — старинные микрофоны, использовавшиеся в студиях звукозаписи, теле и радиостудиях несколько десятилетий назад. Из-за их свойства придавать записанному материалу особое звучание — как усилитель гитары «раскрашивает» исходный звук — данные микрофоны выпускаются и в наши дни. Этим микрофонам требуется специализированные источники питания, и благодаря ему и лампам звук приобретает свои «особые» свойства.

      Конденсаторные микрофоны с малой диафрагмой — микрофоны с диафрагмой 1,2 см и меньше, использующиеся для записи и иногда «вживую». Они отличаются улучшенным восприятием высоких частот, а также источников звука с быстрой переменой громкости или внезапной атакой. Также применяются в качестве микрофонов для тарелок барабанной установки. Как и остальные конденсаторные микрофоны, они требуют фантомного питания или батареи.

      Микрофоны-пушки — конденсаторные микрофоны с учень узкой и длинной диаграммой направленности. Часто используются при теле, радиовещании, например спортивных мероприятий, из-за их способности принимать определенные сигналы с дальнего расстояния.

      Микрофон граничного слоя — данные микрофоны довольно универсальны в использовании: на подиумах, конференциях, в студии. Обычно располагаются на плоской поверхности: на полу, потолке, стене — это помогает в восприятии. Подходят для стереозаписи и для записи групповых выступлений.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *