Lekcja 3. Temat: Mikrofony budowa, podział, zastosowanie, parametry

Podobne dokumenty
Przetworniki elektroakustyczne

Mikrofony.... czyli jakie wyróżniamy rodzaje i co to takiego...

Typy, rodzaje i charakterystyki

Technika Nagłaśniania

Wykład 12 Technologia na urządzenia mobilne. Mgr inż. Łukasz Kirchner

I. Pomiary charakterystyk głośników

O różnych urządzeniach elektrycznych

Zakresy częstotliwości instrumentów

Układy i Systemy Elektromedyczne

REZONANS SZEREGOWY I RÓWNOLEGŁY. I. Rezonans napięć

Przetworniki elektroakustyczne. Opracował: dr inż. Piotr Suchomski

Dźwięk. Parametry dźwięku. zakres słyszanych przez człowieka częstotliwości: 20 Hz - 20 khz; zakres dynamiki słuchu: 130 db

Klasyfikacja ze względu na konstrukcję

Laboratorum teledetekcji. Sensory akustyczne. płk dr hab. inż. Mateusz Pasternak

Głośniki i słuchawki

Temat ćwiczenia. Pomiary drgań

SPIS TREŚCI. Od Autora. Wykaz ważniejszych oznaczeń. 1. Wstęp 1_. 2. Fale i układy akustyczne Drgania układów mechanicznych 49. Literatura..

ZASADA DZIAŁANIA miernika V-640

INSTYTUT KONSTRUKCJI MASZYN LABORATORIUM POMIARY AKUSTYCZNE

Katedra Elektroniki ZSTi. Lekcja 12. Rodzaje mierników elektrycznych. Pomiary napięći prądów

Temat ćwiczenia. Pomiary przemieszczeń metodami elektrycznymi

I. Pomiary charakterystyk głośników

Laboratorum teledetekcji. Sensory akustyczne. ppłk dr inż. Mateusz Pasternak

PL B1. Sposób badania przyczepności materiałów do podłoża i układ do badania przyczepności materiałów do podłoża

Układy i Systemy Elektromedyczne

Własności dynamiczne przetworników pierwszego rzędu

PL B1. NEF CZESŁAW, Olsztyn, PL MOKRZECKI ARKADIUSZ BERNARD, Pajtuny, PL BUP 21/13

Ćwiczenie 2: pomiar charakterystyk i częstotliwości granicznych wzmacniacza napięcia REGIONALNE CENTRUM EDUKACJI ZAWODOWEJ W BIŁGORAJU

Zespół Szkół Technicznych im. J. i J. Śniadeckich w Grudziądzu

Zespół Szkół Łączności w Krakowie. Badanie parametrów wzmacniacza mocy. Nr w dzienniku. Imię i nazwisko

Temat: Elementy elektroniczne stosowane w urządzeniach techniki komputerowej

Fale dźwiękowe. Jak człowiek ocenia natężenie bodźców słuchowych? dr inż. Romuald Kędzierski

rezonansu rezonansem napięć rezonansem szeregowym rezonansem prądów rezonansem równoległym

1. W gałęzi obwodu elektrycznego jak na rysunku poniżej wartość napięcia Ux wynosi:

EUROELEKTRA Ogólnopolska Olimpiada Wiedzy Elektrycznej i Elektronicznej Rok szkolny 2012/2013 Zadania dla grupy elektronicznej na zawody III stopnia

Laboratorium Elektroniki

Zalecenia projektowe i montaŝowe dotyczące ekranowania. Wykład Podstawy projektowania A.Korcala

Wydział Elektryczny. Temat i plan wykładu. Politechnika Białostocka. Wzmacniacze

Elementy i układy elektroniczne i optoelektroniczne

Lekcja 4. Temat: Głośniki i kolumny głośnikowe

Zad. 2 Jaka jest częstotliwość drgań fali elektromagnetycznej o długości λ = 300 m.

Czujniki i urządzenia pomiarowe

WZMACNIACZ NAPIĘCIOWY RC

PRZYRZĄDY POMIAROWE. Publikacja współfinansowana ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

Dioda półprzewodnikowa

INSTYTUT ELEKTROENERGETYKI POLITECHNIKI ŁÓDZKIEJ BADANIE PRZETWORNIKÓW POMIAROWYCH

R 1 = 20 V J = 4,0 A R 1 = 5,0 Ω R 2 = 3,0 Ω X L = 6,0 Ω X C = 2,5 Ω. Rys. 1.

Karta produktu. Seria 180. Mikrofony miniaturowe.

Przystawki prądowe (AC) seria MINI

Ćwiczenie nr 65. Badanie wzmacniacza mocy

typowo do 20dBu (77.5mV) mikrofony, adaptery, głowice magnetofonowe, przetworniki

PL B1. AKADEMIA GÓRNICZO-HUTNICZA IM. STANISŁAWA STASZICA W KRAKOWIE, Kraków, PL BUP 12/12

Laboratorium Elektroniczna aparatura Medyczna

Lekcja 69. Budowa przyrządów pomiarowych.

Tranzystorowe wzmacniacze OE OB OC. na tranzystorach bipolarnych

Politechnika Warszawska

UKŁADY KONDENSATOROWE

Dźwięk. Cechy dźwięku, natura światła

MKH 40 P 48. Instrukcja obsługi

Tranzystory bipolarne. Właściwości dynamiczne wzmacniaczy w układzie wspólnego emitera.

Parametry i konstrukcje przewodów

Demodulator FM. o~ ~ I I I I I~ V

Ćwiczenie F1. Filtry Pasywne

PODSTAWY ELEKTRONIKI I TECHNIKI CYFROWEJ

Wyjścia analogowe w sterownikach, regulatorach

IMPULSOWY PRZEKSZTAŁTNIK ENERGII Z TRANZYSTOREM SZEREGOWYM

ELEKTRONIKA W EKSPERYMENCIE FIZYCZNYM

Fal podłużna. Polaryzacja fali podłużnej

Wydział Metrologii Elektrycznej, Fizykochemii, Akustyki, Drgań i Promieniowania Optycznego

STX Electrino 250 White kategoria: TOP > Głośniki > Podłogowe

INSTRUKCJA OBSŁUGI WZMACNIACZA TYPU: PM-70

AKUSTYKA. Matura 2007

GALWANOMETR UNIWERSALNY V 5-99

mgr inŝ. TADEUSZ MAŁECKI MASZYNY ELEKTRYCZNE Kurs ELEKTROMECHANIK stopień pierwszy Zespół Szkół Ogólnokształcących i Zawodowych

Kondensator. Kondensator jest to układ dwóch przewodników przedzielonych

Ruch falowy. Parametry: Długość Częstotliwość Prędkość. Częstotliwość i częstość kołowa MICHAŁ MARZANTOWICZ

Liniowe układy scalone. Wykład 4 Parametry wzmacniaczy operacyjnych

BADANIE AMPEROMIERZA

PROFESJONALNY MULTIMETR CYFROWY ESCORT-99 DANE TECHNICZNE ELEKTRYCZNE

PROJEKT SYSTEMU NAGŁOŚNIENIA DLA HALI SPORTOWEJ O WYMIARACH 18m x 40m dla systemu MP Project

Podzespoły Systemu Komputerowego:

BADANIE PRZERZUTNIKÓW ASTABILNEGO, MONOSTABILNEGO I BISTABILNEGO

1. Nadajnik światłowodowy

A. istnieniu siły elektrodynamicznej C. zjawisku indukcji elektromagnetycznej B. zjawisku indukcji magnetycznej D. namagnesowaniu zwojnicy

Temat: Wzmacniacze selektywne

Obwód składający się z baterii (źródła siły elektromotorycznej ) oraz opornika. r opór wewnętrzny baterii R- opór opornika

X L = jωl. Impedancja Z cewki przy danej częstotliwości jest wartością zespoloną

Wykład 2 Projektowanie cyfrowych układów elektronicznych

Oddziaływanie wirnika

Dynamiczne badanie wzmacniacza operacyjnego- ćwiczenie 8

PRAWO OHMA DLA PRĄDU PRZEMIENNEGO

Ćw. 7 Wyznaczanie parametrów rzeczywistych wzmacniaczy operacyjnych (płytka wzm. I)

Mostek Wheatstone a, Maxwella, Sauty ego-wiena. Publikacja współfinansowana ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

Temat: MontaŜ mechaniczny przekaźników, radiatorów i transformatorów

Zespół Szkół Technicznych im. J. i J. Śniadeckich w Grudziądzu

Mechatronika i inteligentne systemy produkcyjne. Sensory (czujniki)

Miernictwo I INF Wykład 13 dr Adam Polak

Ćwiczenie F3. Filtry aktywne

LIV OLIMPIADA FIZYCZNA 2004/2005 Zawody II stopnia

Narzędzia pomiarowe Wzorce Parametrami wzorca są:

Transkrypt:

Lekcja 3 Temat: Mikrofony budowa, podział, zastosowanie, parametry Mikrofon przetwornik elektroakustyczny słuŝący do przetwarzania fal dźwiękowych na impulsy elektryczne. W tradycyjnych mikrofonach dynamicznych fale dźwiękowe powodują drgania cienkiej elastycznej membrany wraz z cewką, która jest do niej umocowana. Drgania cewki, która umieszczona jest między biegunami magnesu, wzbudzają w niej przemienny prąd elektryczny o częstotliwości odpowiadającej częstości drgań fal dźwiękowych. Symbol mikrofonu W wyniku przetwarzania otrzymuje się z mikrofonu przebieg elektryczny sygnał foniczny w postaci siły elektromotorycznej E, napięcia wyjściowego U oraz prądu I odpowiadającego przebiegowi akustycznemu.

Ze względu na zastosowany typ przetwornika, mikrofony dzielimy na następujące grupy: - stykowe (węglowe) - piezoelektryczne - dynamiczne (magnetoelektryczne) - cewkowe - wstęgowe - pojemnościowe (elektrostatyczne) - laserowe - pojemnościowe elektretowe

Mikrofony stykowe (węglowe) Mikrofon węglowy został opracowany przez Edisona i powstał jako rozwinięcie mikrofonu kwasowego, w którym kwas zastąpiono granulkami węgla, zmieniającymi swą rezystancję pod wpływem ciśnienia wywieranego przez membranę. Mikrofony stykowe stosuje się przewaŝnie w telefonach. Ich zakres przetwarzania jest wąski, węŝszy niŝ widmo mowy ludzkiej, a zniekształcenia są duŝe w porównaniu z innymi mikrofonami, jednakŝe w tego typu rozwiązaniach wady te nie mają większego znaczenia. Mikrofony stykowe mają jednakowoŝ wiele zalet: ich konstrukcja jest bardzo prosta (przez co są praktycznie bezawaryjne), posiadają duŝą skuteczność, są trwałe i tanie. Przepływ prądu jest tu modulowany poprzez zmianę rezystancji elektrycznej spowodowanej poruszaniem się części mechanicznych mikrofonu. Jest to mikrofon typu podłuŝnego, w którym komorę tworzy płaska nieruchoma elektroda węglowa, odizolowana od ścianki pudełka, pierścień filcowy oraz membrana węglowa oparta na krawędzi pudełka i dociśnięta do niego przykrywka z otworami. Pierścień filcowy słuŝy do tłumienia drgań własnych membrany. Wkładka jest umieszczona w obsadzie zwanej mikrotelefonem i przykryta tzw. mównikiem, którego zadaniem jest skierowanie energii akustycznej na membranę mikrofonu. Prąd elektryczny jest doprowadzony do wkładki za pośrednictwem spręŝyn stykowych w mikrotelefonie i płynie przez pudełko, membranę i proszek do elektrody nieruchomej. Zmiany rezystancji wkładki są proporcjonalne do zmiany zgniotu proszku, czyli do wychylania się membrany przez to dla zachowania stałej skuteczności mikrofonu wychylenia membrany muszą być jednakowe w całym zakresie przetwarzania. Skuteczność mikrofonu zmienia się w bardzo szerokich granicach znacznie wzrasta przy częstotliwościach drgań własnych membrany.

Mikrofony piezoelektryczne Mikrofony piezoelektryczne pod względem elektrycznym są kondensatorami, przetwarzają sygnał akustyczny w sygnał napięciowy, mają duŝą wraŝliwość na wilgoć i zmiany temperatury. Zbyt duŝa temperatura powoduje trwałe zmiany w ich działaniu. Ponadto wykazują bardzo duŝą impedancję wewnętrzną o charakterze pojemnościowym, co utrudnia łączenie ich długimi przewodami i obciąŝenie małymi impedancjami. Szeroko natomiast stosowane są jako mikrofony, a ściślej rzecz biorąc przetworniki, w instrumentach akustycznych. Szczególnie wiernie odtwarzają wysokie tony i są równieŝ stosowane jako czujniki ultradźwięków. Mikrofony dynamiczne (magnetoelektryczne) Wynalazcami mikrofonu dynamicznego są W. C. Wenete i A. C. Thuras z firmy Bell Labs, którzy opatentowali swój pomysł w 1931 roku. Wewnątrz mikrofonu magnetoelektrycznego, pomiędzy biegunami magnesu stałego, znajduje się cewka przymocowana do membrany. Fale dźwiękowe, wprawiając membranę w drgania, powodują poruszanie się cewki w polu magnesu i indukują w niej prąd. Działają one dzięki indukowaniu się siły elektromotorycznej pod wpływem względnego ruchu źródła pola magnetycznego i przewodu. Dochodzi do tego zjawiska, gdy przewód będzie się poruszał w stałym polu magnetycznym, lub gdy przewód będzie nieruchomy, a zmianie będzie podlegał strumień magnetyczny przechodzący przez ten przewód. Jeśli wykorzystany jest pierwszy przypadek to takie mikrofony nazywa się cewkowymi i wstęgowymi.

Mikrofony pojemnościowe (elektrostatyczne) Mikrofon pojemnościowy jest wykorzystywany głównie w celach profesjonalnych. Składa się on z dwóch elektrod podłączonych do źródła napięcia stałego - zwykle 48V. (Tak duŝa wartość tego napięcia jest niezbędna do zapewnienia duŝej czułości.) Jedna elektroda jest nieruchoma, natomiast druga wystawiona jest na działanie fal dźwiękowych, które zderzając się z ruchomą elektrodą powodują jej drgania. PoniewaŜ elektrody mikrofonu pełnią rolę okładek kondensatora, to zmiana odległości pomiędzy elektrodami powoduje zmianę pojemności takiego "kondensatora", co z kolei powoduje powstanie składowej zmiennej w stałym napięciu zasilającym kondensator. Jej częstotliwość jest równa częstotliwości padającej fali dźwiękowej. Z uwagi na wysoką impedancję mikrofon musi być podłączony do odbiornika sygnału przy pomocy specjalnego przedwzmacniacza umieszczonego bardzo blisko wkładki mikrofonowej. Mikrofon elektretowy odmiana mikrofonu pojemnościowego, którego membrana wykonana jest z elektretu - dielektryka o trwałej polaryzacji elektrycznej. Tanie w produkcji małomembranowe mikrofony elektretowe stosuje się w telefonach, włącznikach akustycznych, interkomach, domofonach i innych urządzeniach, gdzie jakość dźwięku nie ma wielkiego znaczenia. Konstrukcja mikrofonu elektretowego Typowy przedwzmacniacz mikrofonu elektretowego jest oparty na tranzystorze polowym pracującym w układzie wspólnego źródła.

Parametry KaŜdy mikrofon ma pewne cechy, od których jest uzaleŝniona artystyczna i techniczna strona nagrania. Są to przede wszystkim: impedancja wyjściowa mikrofonu (impedancja wewnętrzna) impedancja zmierzona na wyjściu mikrofonu traktowanego jako źródło prądowe. Wartość impedancji zmienia się w zakresie ok. 20-30% w zaleŝności od częstotliwości. W dokumentacji podaje się najczęściej wartość znamionową modułu impedancji przy pobudzeniu o częstotliwości 1 khz. najmniejsza wartość impedancji obciąŝenia mikrofonu określa minimalną impedancję wejścia wzmacniacza, do którego ma być podłączony mikrofon, przy której zachowane są prawidłowe warunki jego pracy. Jeśli impedancja ta nie jest podana w dokumentacji, moŝna przyjąć, Ŝe powinna być co najmniej 5-krotnie większa od znamionowej impedancji wyjściowej mikrofonu. skuteczność mikrofonu to stosunek napięcia na nieobciąŝonym wyjściu mikrofonu do wartości ciśnienia akustycznego działającego na membranę. Skuteczność mikrofonu mierzy się w polu dalekim i wyraŝa w mv/pa. Skuteczność mikrofonów dynamicznych wynosi 1-3 mv/pa. W przypadku mikrofonów pojemnościowych skuteczność jest wyŝsza i wynosi 5-50 mv/pa. charakterystyka częstotliwościowa diagram zaleŝności czułości mikrofonu (w db) od częstotliwości (Hz) (zwykle w zakresie 20Hz-20 khz). Czasami zamiast wykresu podaje się tylko pasmo przenoszenia, czyli zakres częstotliwości akustycznych skutecznie przetwarzanych przez mikrofon. Zakres ten jest ograniczony spadkiem skuteczności mikrofonu, określonym przez odpowiednią normę lub wymagania techniczne. charakterystyka kierunkowości wykres w układzie współrzędnych biegunowych przedstawiający skuteczność mikrofonu przy danej częstotliwości i kącie padania dźwięku, unormowany względem maksymalnej skuteczności mikrofonu. Ze względu na kształt charakterystyki kierunkowej, mikrofony dzieli się na: wszechkierunkowe (dookólne, kołowe), dwukierunkowe (ósemkowe), jednokierunkowe (kardioidalne, nerkowe) i ultrakierunkowe. W przypadku mikrofonów o ukierunkowanej charakterystyce występuje zjawisko zwane efektem zbliŝeniowym. Polega on na eksponowaniu częstotliwości z przedziału 50-300 Hz w miarę zbliŝania mikrofonu do źródła dźwięku i zmniejszaniu ich poziomu przy oddalaniu. Zjawisko to nie występuje w mikrofonach wszechkierunkowych.

Charakterystyka dookólna charakterystyka kardioidalna

Charakterystyka ósemkowa Charakterystyka ultrakierunkowa

czułość parametr przedstawiający zaleŝność między ciśnieniem akustycznym wywieranym na membranie mikrofonu a napięciem wyjściowym (mv/pa/1khz =~ 1dB) maksymalna wartość ciśnienia akustycznego SPL maksymalna wartość ciśnienia jaką moŝe przenieść mikrofon dla podanej wartości zniekształceń napięcie szumów mikrofonu jest to napięcie na wyjściu mikrofonu zmierzone w warunkach zupełnej ciszy. MoŜe być wyraŝone w decybelach, zakładając, Ŝe jest równowaŝne napięciu wyjściowemu mikrofonu wytworzonemu sygnałem akustycznym o określonym poziomie ciśnienia, przyjmując poziom 20 µpa = 0 db. Dla mikrofonów pojemnościowych wartość tego parametru wynosi 14-34 db. odstęp sygnału od szumu (S/N) określa odstęp uŝytecznego sygnału fonicznego od szumu. Jest to wyraŝona w decybelach róŝnica między napięciem na wyjściu mikrofonu przy ciśnieniu akustycznym równym 1 Pa (co odpowiada poziomowi ciśnienia 94 db) a napięciem szumów mikrofonu. Wartość tego parametru w wypadku mikrofonów pojemnościowych wynosi 60-80 db. zakres dynamiczny parametr określający przedział między wartością minimalną a maksymalną przenoszonego ciśnienia akustycznego. wraŝliwość mikrofonu na magnetyczne pola zakłócające stosunek napięcia na wyjściu mikrofonu do zmiennego natęŝenia pola magnetycznego (mv/ma), bądź stosunek napięcia do zmiennej indukcji magnetycznej (uv/5ut). Typowa wartość dla dobrych mikrofonów dynamicznych wynosi 5uV/5uT przy częstotliwości 50 Hz. wraŝliwość mikrofonu na elektryczne pola zakłócające wyraŝana w mv/v. Typowa wartość dla dobrego mikrofonu pojemnościowego wynosi 0,4 uv/v.

Rodzaje mikrofonów Czułość [mv/µbar] Zakres częstotliwości [Hz] Impedancja wewnętrzna [Ω] Zniekształ cenia Nierównomierność charakterystyki Węglowe 1 50 200 3000 20 om 1k duŝe duŝa Pojemnościowe 0,5 10 15 15000 ok. 100 MΩ b. małe ok. ±3 db Elektretowe 0,5 10 15 15000 ok. GΩ b. małe ok. ±3 db Piezoelektryczne 0,2 2 tony wysokie ok. GΩ małe Magnetoelektryczne 0,05 1 30 10000 mała małe 8 20 db