Нелинейные искажения акустической системы

Рисунок 5. Метод сравнения 

3. По виду нагрузки на выходе микрофона чувствительность делится:
1. На холостом ходу, когда измерение напряжение производят на выходе контактов микрофона.
2. На номинальные нагрузки, когда напряжение измеряют параллельно номинальному сопротивлению, нагруженному нами микрофона.

    Уровень чувствительности микрофонов: 

    Уровень чувствительности микрофона отрицателен, так как чувствительность меньше единицы.

    Частотная характеристика микрофона–это зависимость чувствительности или уровня чувствительности от частоты гармонического сигнала, на котором изменялась чувствительность.

    Неравномерность частотной характеристики – это  разность между максимальным и минимальным  значением уровня чувствительности на всем диапазоне АЧХ.

    В идеале АЧХ системы записи-воспроизведения должно быть прямой линией. Т. К. АЧХ громкоговорителей, как правило имеет подъем на низких частотах, то для компенсации этого подъема АЧХ микрофонов обычно имеет спад на низких частотах. Но если необходимо записывать речь или вокал, то АЧХ «задирают». Кроме того нормируется неравномерность на средних и высоких частотах, по стандарту не больше 2-х дБ. 

    Характеристики  направленности микрофонов 

    АЧХ микрофона зависит от того под  каким углом у оси микрофона  находится источник звука(угол не в  плоскости а в трехмерном пространстве).

    1-ая  характеристика - зависимость АЧХот угла источника, т кв данном случае уровень чувствительности зависит от частоты и от угла это функция 2-х переменных, и ее трудно представить графически.

    2-ая  характеристика - коэффициент направленности – отношение чувствительности под углом источника «альфа», к чувствительности в осевом направлении.

    Индекс  направленности: 

    Коэффициент направленности: 

    Коэффициент осевой концентрации – отношение  звуковой энергии падающей на микрофон вдоль оси, к энергии со всех остальных направлений.  

      – чувствительность при падении звука под углом .

     - чувствительность при падении  звука по оси.

     - весомость для  направления .

    Индекс  осевой концентрации – десятичный логарифм коэффициента осевой концентрации. 

    Перепад чувствительности, «фронт-тыл»- разность между уровнями чувствительности микрофона при углах приема 0-180 градусов на данной частоте.  

    По  направленности микрофоны делятся  на:

1. Ненаправленный – приемник давления (рисунок 6а).
2. Двунаправленный – приемник градиента давления (рисунок 6б).
3. Однонаправленный – комбинированный.

 

    

    Рисунок 6. Ненаправленный (а) и двунаправленный (б) микрафоны 

    Микрофоны, приемники давления имеют звукочувствительную  мембранус одной стороны и  индикатриссу чувствительности – с другой стороны.

      Микрофоны –приемники давления  имеют дополнительно мембраны  с противоположного конца, поэтому  чувствительность их является  функция угла расположения источника  звука и представляет из себя  лежачую восьмерку. Комбинация  размеров основной мембраны и  отверстий в противоположной части дают возможность получить диформированые восьмерки: кордиоиду, суперкордиоиду, гиперкордиоиду (рисунок 7).

    

    Рисунок 7. Основные характеристики направленности микрофонов 

      В общем случае характеристика направленности имеет вид:

    

    α –угол направления к оси микрофона.

    А- коэффициент безразмерный, определяющий вид

    Г(α) чувствительность в направлении α 

    

    Остронаправленный микрофон shotgun состоит из направленного  микрофона нагруженного на трубку с  отверстиями, с закрытыми тканями. Трубка представляет собой линию  задержки, т. к. при падении звуковых волн под углом к оси волны  достигают микрофона с разным сдвигом фаз (рисунок 8).

    

    Рисунок 8. Остронаправленный микрофон

    Характеристики  направленности микрофонов 

    Чувствительность  к окружающим звукам показывает во сколько раз ослабляется уровень  посторонних импульсов направленным микрофоном по отношению к ненаправленному (100%).

    Коэффициент распространения – это отношение  расстояния до направленного микрофона  к расстоянию до ненаправленного (сфера) при условии, что баланс падающего  и отраженного звука на эти  микрофоны одинаковы.

    Угол  максимальной направленности (рисунок 9) – это угол в направлении которого микрофон наименее чувствителен к окружающему звуку. Угол максимального подавления для: 

    

                      -                  180⁰             126⁰              110⁰               90⁰

    Рисунок 9. Углы максимального подавления 

    Эффектом  близости микрофона называется расположение направленного микрофона дальше чем ненаправленного при условии одинаковой чувствительности. Даже ненаправленный микрофон преобразует некоторые признаки направленности при приеме высоких частот.  

    Характеристики  динамического диапазона 

1. Уровень предельного  звукового давления – это уровень  сигнала, подаваемого на микрофон, при  котором коэффициент гармонических  искажений не превосходит заданное значение. (140-150дБ при коэффициенте нелинейных искажений 0,5 %).
2. Полный коэффициент гармонических искажений – это среднеквадратичная сумма амплитуд всех гармонических искажений для определенной частоты.

 

      – напряжение, возникающее на выходе микрофона при подаче текстового сигнала с частотой f₁.

      – напряжение на выходе микрофона при генерации ложных гармоник с частотой f_i, где f_i =if₁,i=2,3…

    Полный  коэффициент гармонических искажений  для микрофона составляет 0,5-1,5 %.

3. Уровень собственных шумов микрофона – это уровень звукового сигнала на выходе включенного микрофона, если на входе микрофона отсутствует сигнал.

    Уровень собственных шумов микрофона:  

      – напряжение на входе включенного микрофона, когда на выходе нет сигнала.

    =1В.

    =2^.10^-5Па.

      – эквивалент  звукового давления, т.е. такое давление, которое вызывает  на выходе микрофона  напряжение равное  напряжению .

    В международных каталогах указывается  уровень собственных шумов как  эквивалент уровня звукового давления и отношения сигнал-шум. В стандартах разных стран определение первой величины производятся по разным методикам (IECи DIN).

    Отношение сигнал шум – это разность между  опорным уровнем звукового давления (94дБ – 1Па) и уровнем эквивалентного звукового давления (уровнем собственных  шумов). Поскольку уровень собственных  шумов (эквивалент звукового давления) определяется в разных стандартах по разному, то и уровень сигнал-шум может быть разным у одного и того же микрофона по разным стандартам.

4. Динамический диапазон – эта разница между максимальным уровнем звукового давления и уровнем эквивалентного звукового давления (уровнем собственных шумов).
5. Номинальный электрический импеданс – модуль полного электрического сопротивления.

 

Эксплуатационные  характеристики микрофонов 

    Характеристики  не должны изменяться более чем на ±2дБ в экстремальных условиях, оговоренных  стандартом.

    Границы: -40…+50⁰С – для электродинамических микрофонов; 95% влажности при температуре 20⁰С; для конденсаторных микрофонов - -10…+35⁰С.

    Системы для простой передачи звука делится  на:

1. Стереомикрофоны – используются 2 редко 3 микрофона.
2. Микрофоны для системы SourandSound.

 

Микрофонные стереосистемы 

    Микрофонные стереосистемы(СС) делятся на 2 группы.

    Разнесенные СС – система как правило состоит  из двух ненаправленных микрофонов, расположенных  на малом расстоянии друг от друга. Чем ближе между собой микрофоны, тем больше ширина возможного перемещение  мнимого стереообраза, т.е. зоны в  которой сохраняется эффект восприятия движущегося источника звука. Но с другой стороны сближение микрофонов уменьшаетглубину стереообраза, т.е. разность между сигналами в левом и правом микрофоне.

    Стереофания бывает пространственная и временной. Если микрофоны ненаправленные и разнесены в пространстве, то звук от источника достигает их за разное время, за счет разного расстояния до них. Разнесенные СС всегда обладают временной стереофанией.

    Пространственнаястереофания – это возникновение разных сигналов от одного источника, расположенного в одной точке микрофонов за счет разворота их осей и наличие направленности в характеристике. Таким видом стереофании обладает группа совмещенных СС. Если в разнесенной стереосистеме не используют направленные микрофоны, возникает оба видастереофании: и временная и пространственная (даже если оси параллельные). 

    Типы  разнесенных СС 

1. Система AB – микрофоны установлены параллельно, одинаковой характеристики направленности, иногда направлены, иногда нет (аналогии – DINstereo;NOSstereo).

 
Рисунок 10. Общая структурамикрофонной системы AB 

2. Baflestereo – система, в которой между микрофонами установлен экранированный элемент (диск). Частным вариантом является JecklinDisc (экран экранирует движение головы человека).

 

Вторая  группа СС – совмещенные СС 

    Совмещенные СС –два направленных микрофона в точку. Ширина стереообраза зависит от направленности и способов установки. Виды: XY, MS, Blumlein.

    Чем больше угол поворота, тем меньше ширина зоны перемещения мнимого стереооброза (рисунок 11).

    

 
Рисунок 11. Связь  между углом охвата и углом  разворота микрофонов 

    Система МS (рисунок 12): микрофон М серединный с кардиоидой, микрофон S боковой с восьмеркой. При сигнале слева в электронной системе происходит суммация сигнала с двух микрофонов. При подаче справа – вычитание их. При подаче сигнала по оси М записывается только сигнал М, такой процесс обработки усиливает чувствительность к направленности источника звука, при прослушивании позволяет локализовать нахождение источника.

    

 
Рисунок 12. Микрофонная система MS 

    В системе МS возможно регулировать коэффициент усиления кардиоидного и восьмерочного микрофона в результате меняется зона стереоахвата в записываемом пространстве.