Общие сведения, классификация и технические характеристики микрофонов, страница 14

Рис. 7.12. Принцип действия и эквивалентные схемы конденсаторного микрофона

электретного микрофона по сравнению с конденсаторным. По механи­ческим акустическим и конструктивным характеристикам электретный микрофон ничем не отличается от конденсаторного.

Схема электрического аналога конденсаторного микрофона пред­ставлена на рис. 7.12,6. Собственное механическое сопротивление ми­крофона

(7.32)

— гибкость подвижной системы микрофон­ного капсуля; cq — гибкость объема воздуха под мембраной; с\ — гибкость мембраны.

Учитывая конструктивные особенности мембраны, ее активным со­противлением можно пренебречь.   Тогда

где

(7.33)

Собственное электрическое сопротивление микрофона носит ем­костной характер и может быть определено как акустиче­ская характеристика а = S, так как микрофон — приемник давления.

Чувствительность конденсаторного микрофона может быть опре­делена по формуле

(7.34)

172

Как видно, чувствительность конденсаторного микрофона зависит от частоты, причем характер этой зависимости определяется параметра­ми механической системы (^о) и электрической цепи (рис. 7.12,б).

Для того чтобы чувствительность микрофона не зависела от часто­ты, необходимо выполнить следующие два условия:

 (7.35)

где ш_н и и>_в — нижняя и верхняя частоты рабочего диапазона ми­крофона.

Действительно, при выполнении указанных условий чувствитель­ность конденсаторного микрофона не будет зависеть от частоты

(7.36)

Рассмотрим особенности выполнения условий (7.35).

Так как емкость капсюля микрофона составляет около 100 пФ, то для нижней частоты 30 Гц необходимо иметь нагрузочное сопротивле­ние более 50 МОм. Поскольку входное сопротивление усилителя должно быть на порядок больше сопротивления нагрузки, то возникает довольно большое напряжение собственных шумов. Это — слабое место конден­саторного и электретного микрофонов.

Второе условие формулы (7.35) выполнимо, если основная частота подвижной системы выше верхней частоты рабочего диапазона частот. Поэтому подвижный электрод (мембрана) конденсаторного микрофона делается тонким и достаточно сильно натягивается. В качестве матери­ала применяются высокополимерные пленки (фторопласт, лавсан) тол­щиной 5... 20 мкм. Они покрыты молекулярным слоем золота.

Однако упругость подвижной системы определяется не только натя­жением мембраны, но и в большей мере упругостью воздушного объема между электродами капсюля. Так как для получения максимальной ем­кости капсюля расстояние между электродами очень мало, то мембране при движении приходится преодолевать большое упругое сопротивление воздушного объема, что резко снижает чувствительность микрофона.

Из формулы (7.36) видно, что повысить чувствительность мож­но, увеличив поляризующее напряжение и площадь мембраны. Однако возможности повышения чувствительности микрофона этими метода­ми ограничены. Возрастанию поляризующего напряжения препятствует малое расстояние между электродами и недостаточная электрическая прочность воздуха и тонкого слоя диэлектрика, покрывающего электро­ды. При конденсатор пробивается, поэтому если расстояние равно 20 мкм, поляризующее напряжение берут не более 150 В. Увеличение площади диафрагмы увеличивает размеры микро­фонов и сужает характеристику направленности микрофона-приемника' давления на высоких частотах.

173