Способ формирования характеристик конденсаторного микрофона и устройство для его осуществления

Изобретение относится к электроакустика и может быть использовано в аппаратуре обработки звука, в различных областях промышленности, где в аппаратуре используется датчик - электростатический преобразователь-генератор. Техническим результатом данного способа и устройства является повышение качества работы конденсаторного микрофона за счет снижения искажений звука и получения стабильных характеристик микрофона. В способе формирования характеристик конденсаторного микрофона, включающем подачу сигнала по крайней мере с одного неподвижного (подвижного) электрода электростатического преобразователя-генератора на усилитель, обработку данного сигнала усилителем и подачу его части на звукообрабатывающее устройство, часть сигнала с выхода усилителя подают по крайней мере на один подвижный (неподвижный) электрод электростатического преобразователя-генератора посредством обратной связи, которой дополнительно охватывают электростатический преобразователь-генератор. Устройство, содержащее электростатический преобразователь-генератор с подвижными и неподвижными электродами и усилитель, дополнительно содержит блок подачи части сигнала с выхода усилителя на подвижный (неподвижный) электрод электростатического преобразователя-генератора. При этом в устройстве блок подачи части сигнала может быть выполнен в виде прямого соединения выхода усилителя с подвижным (неподвижным) электродом электростатического преобразователя-генератора посредством обеспечения электрического контакта или в виде комбинации корректирующих звеньев для осуществления коррекции электрических и акустических характеристик микрофона и/или гальванической развязки от напряжения поляризации. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к электроакустике и может быть использовано в аппаратуре обработки звука, в различных областях промышленности, где в аппаратуре используется датчик - электростатический преобразователь-генератор.

Известен способ формирования характеристик конденсаторного микрофона, который осуществляется с помощью устройства, содержащего преобразователь-генератор КП, транзисторный усилитель, состоящий из истокового повторителя Т1, эмиттерного повторителя Т2, трансформаторный выход на звукообрабатывающее устройство [1, 2].

Недостаток способа и устройства заключается в том, что устройство имеет плохую температурную стабильность, высокие искажения, узкий рабочий диапазон, высокую неравномерность амплитудно-частотных характеристик (АЧХ). Все это дает низкое качество работы микрофона.

Наиболее близкими к заявляемым способу и устройству являются способ и устройство, описанные во [3]. Он заключается в том, что частью выходного сигнала усилителя воздействуют на сигнал обратимого электромеханического преобразователя посредством динамической положительной обратной связи, которой дополнительно охватывают усилитель.

Однако этот способ имеет следующие недостатки: при такой обратной связи невозможно достичь глубокого изменения характеристик в связи с ограничениями, накладываемыми в частности самовозбуждением схемы. Результирующие параметры схемы в значительной степени зависят от технологических и температурных параметров элементов и их разброса, а это, в свою очередь, снижает качество работы микрофона и не дает получить стабильные характеристики. Способ не оказывает общего стабилизирующего воздействия, усложняется устройство.

Технический результат предлагаемого способа и устройства - повышение качества работы конденсаторного микрофона за счет снижения искажений звука и получения стабильных характеристик микрофона.

Технический результат обеспечивается тем, что в способе формирования характеристик конденсаторного микрофона, включающем подачу сигнала по крайней мере с одного неподвижного (подвижного) электрода электростатического преобразователя-генератора на усилитель, обработку данного сигнала усилителем и подачу его части на звукообрабатывающее устройство, часть сигнала с выхода усилителя подают по крайней мере на один подвижный (неподвижный) электрод электростатического преобразователя-генератора посредством обратной связи, которой дополнительно охватывают электростатический преобразователь-генератор. Устройство, содержащее электростатический преобразователь-генератор с подвижными и неподвижными электродами и усилитель, дополнительно содержит блок подачи части сигнала с выхода усилителя на подвижный (неподвижный) электрод электростатического преобразователя-генератора. При этом в устройстве блок подачи части сигнала может быть выполнен в виде прямого соединения выхода усилителя с подвижным (неподвижным) электродом электростатического преобразователя-генератора посредством обеспечения электрического контакта или в виде комбинации корректирующих звеньев для осуществления коррекции электрических и акустических характеристик микрофона и/или гальванической развязки от напряжения поляризации.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где представлены:

На Фиг.1 - схема устройства для реализации способа;

На Фиг.2 - устройство конденсаторного микрофона электростатического преобразователя-генератора (электретного с согласующим каскадом на полевом транзисторе).

На Фиг.3 - пример конкретного выполнения устройства.

Устройство для формирования характеристик конденсаторного микрофона (Фиг.1) содержит электростатический преобразователь-генератор 1, усилитель 2, выход на звукообрабатывающее устройство 3, блок подачи части сигнала 4 с выхода усилителя 2 на преобразователь-генератор 1 цепи обратной связи 5. Пунктиром обозначен электростатический экран 6.

Конденсаторный электретный микрофон (Фиг.2) содержит корпус 7, в котором установлена мембрана 8 (подвижный электрод) с помощью крепежного кольца 9, отделенная изоляционной прокладкой 10 от неподвижного электрода 11, к которому подключен полевой транзистор 12 (входной каскад) с помощью вывода затвора транзистора 13 с одной стороны. С другой стороны транзистор через вывод стока 14 и вывод истока 15 через заглушку корпуса 16 связан с выводами подключения 17. Внутри корпуса 7 установлены изоляционные элементы 18. Корпус 7 имеет вывод 19 и звукопроницаемую защитную накладку 20.

Устройство, реализующее способ, работает следующим образом. Звуковое давление поступает в корпус 7 на электретную мембрану 8, вызывая ее колебание. При этом происходит изменение потенциала (сигнал) неподвижного электрода 11, поступающего на затвор полевого транзистора (ПТ) 13. С полевого транзистора 12 сигнал со стока 14 или с истока 15 поступает на усилитель 2, при этом одна часть сигнала идет на звукообрабатывающее устройство 3, а другая часть сигнала поступает цепью обратной связи 5 через блок подачи 4 через корпус 7 на электретную мембрану 8 через крепежное кольцо 9.

Подача части сигнала с выхода усилителя по крайней мере на один подвижный (неподвижный) электрод электростатического преобразователя-генератора посредством обратной связи, которая дополнительно охватывает электростатический преобразователь-генератор, позволяет стабилизировать электрические и электроакустические параметры преобразователя, охваченных петлей обратной связи. При отрицательной обратной связи происходит расширение диапазона рабочих частот в нижней части за счет уменьшения нагрузки на преобразователь со стороны входного каскада (полевого транзистора), расширение верхней границы диапазона за счет уменьшения утечек, происходит изменение характеристик акустомеханической колебательной системы микрофона за счет воздействия на мембрану напряжения обратной связи. Происходит улучшение температурной (входной ток полевого транзистора), долговременной стабильности (старение электрета) в результате компенсирующего действия отрицательной обратной связи. Это достигается созданием электрической виртуальной земли на неподвижном электроде 11, в результате чего снижается искажение преобразований акустического сигнала в электрический.

Устройство, реализующее способ (Фиг.3), имеет следующие характеристики: рабочий диапазон 50-20000 Гц, 16-22000 Гц (переключение в блоке 4), максимальное выходное напряжение -8 Вольт (действующее), коэффициент нелинейных искажений при максимальном выходном напряжении не более 0,05%, неравномерность не более 5,0±2,0 дБ, динамический диапазон приблизительно 136 дБ (расчетное значение), питание фантомное, выход симметричный, выходное сопротивление 300 Ом, включение и выключение бесшумное, время полной готовности к работе (набор всех параметров) 30 сек после подачи питания.

Экспериментально установлена работоспособность предлагаемого способа с различными марками электростатических конденсаторных преобразователей, с различным способом поляризации. При применении внешней поляризации необходимо выполнить устройство согласно п.2 и п.4 формулы изобретения. В пределах одной марки преобразователя устройство обладает высокой повторяемостью параметров.

Применение последовательной обратной связи позволяет снизить нелинейные искажения, частотные искажения, происходит расширение динамического диапазона за счет согласования динамических диапазонов преобразователя и усилителя, улучшение стабильности температурных долговременных параметров (действие отрицательной обратной связи). В результате действия отрицательной обратной связи создается режим работы электростатического преобразователя-генератора, приближающийся к режиму холостого хода, обеспечивающий линейное преобразование акустических сигналов в электрические.

Для получения высокого отношения «сигнал-шум», высокой чувствительности возможно применение способа с «невозбуждающей» положительной обратной связью, когда коэффициент усиления в петле обратной связи меньше либо равен «1».

Предлагаемое устройство при применении отрицательной обратной связи обладает большой возможностью формирования баланса параметров и его корректировки за счет высокой устойчивости при различной глубине обратной связи. Формирование характеристик осуществляется в цепи обратной связи корректирующими звеньями и/или путем создания коррекции в усилителе и/или на выходе устройства.

Предлагаемые устройство и способ используются на студии звукозаписи «Медитон» Дворца культуры металлургов г. Череповца.

Источники информации

1. Ф.В.Семякин «Теория и практика звукорежиссуры». Учебное пособие, Ленинградский институт киноинженеров, Ленинград, 1990 г. (стр.116).

2. Ф.В.Семякин «Дипломное и курсовое проектирование конденсаторных микрофонов», Ленинградский институт киноинженеров, Ленинград, 1981 г.

3. Патент РФ №2159967, МПК G 11 В 20/22, H 04 R 3/00, опубл. 27.11.2000 г.

1. Способ формирования характеристик конденсаторного микрофона, включающий подачу сигнала по крайней мере с одного неподвижного (подвижного) электрода электростатического преобразователя-генератора на усилитель, обработку данного сигнала усилителем и подачу его части на звукообрабатывающее устройство, отличающийся тем, что часть сигнала с выхода усилителя подают по крайней мере на один подвижный (неподвижный) электрод электростатического преобразователя-генератора посредством последовательной обратной связи, которой дополнительно охватывают электростатический преобразователь-генератор.

2. Устройство конденсаторного микрофона с формированием характеристик по способу по п.1, содержащее электростатический преобразователь-генератор с подвижными и неподвижными электродами и усилитель, а также блок подачи части сигнала с выхода усилителя на подвижный (неподвижный) электрод электростатического преобразователя-генератора.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что блок подачи части сигнала выполнен в виде прямого соединения выхода усилителя с подвижным (неподвижным) электродом электростатического преобразователя-генератора посредством обеспечения электрического контакта.

4. Устройство по п.2, отличающееся тем, что блок подачи части сигнала выполнен в виде комбинации корректирующих звеньев для осуществления коррекции электрических и акустических характеристик микрофона и/или гальванической развязки от напряжения поляризации.