Конденсаторные микрофоны имеют
лучшие параметры по сравнению с другими типами микрофонов (широкий диапазон
рабочих частот, равномерную частотную характеристику, высокую
чувствительность).Он представляет собой плоский
конденсатор, у которого одна из обкладок (мембрана) подвижная. Под воздействием
звуковых колебаний емкость конденсатора изменяется. Для того чтобы эти
изменения превратить в переменный ток звуковой частоты, на обкладке
конденсаторного микрофона надо подать постоянное напряжение или включить этот
конденсатор в контур высокочастотного генератора. Таким образом, любой
конденсаторный микрофон содержит два узла: конденсатор (звукоприемный капсюль)
и устройство питания или преобразования с усилителем.
Звукоприемный капсюль
конденсаторного микрофона имеет подвижную обкладку либо из металлической фольги
толщиной 2 – 3 мкм (нержавеющая сталь, никель, титан) либо из тонкой (3 – 6
мкм) металлизированной полимерной пленки. Диаметр этой обкладки от 2 до 35 мм. Второй (неподвижной)
обкладкой капсюля служит массивная металлическая пластина (база). Расстояние
между обкладками составляет 20 – 40 мкм. Для улучшения температурной
стабильности базу и остальные металлические детали капсюля иногда выполняют из
того же материала, что и мембрану, а изолирующие элементы – из кварца. В
последнее время базу стали делать из радиокерамики или стеклопластика. Ее
поверхность, обращенную к мембране, металлизируют вжиганием золота или серебра.
База имеет отверстия, расположенные равномерно под мембраной. Эти отверстия и
шелковая ткань, закрывающая отверстия, определяет величину демпфирования
мембраны, а следовательно, и частотную характеристику капсюля. Поверхность
базы, обращенную к мембране, в некоторых моделях микрофонов покрывают слоем
окиси кремния толщиной 3 мкм. Пробивное напряжение для того слоя – не менее 150
В. Он предохраняет капсюль от короткого замыкания.
Для преобразования изменений емкости
конденсатора в колебания электрического напряжения или тока применяют либо низкочастотный, либо высокочастотный способ. Первый из них получил более широкое распространение из-за
своей простоты. Капсюль конденсаторного микрофона включают последовательно с нагрузочным резистором и источником постоянного (поляризующего) напряжения. Поляризующее напряжение может достигать 60 - 70
В. При уменьшении емкости конденсатора
капсюля под воздействием звуковой энергии заряд на его обкладках уменьшается, и наоборот, при увеличении емкости
- заряд возрастает.
Изменения заряда вызывают переменный ток в цепи, и на нагрузочном резисторе возникает переменное напряжение. Оно поступает на вход микрофонного усилителя.
При высокочастотном способе включения, конденсатор капсюля является элементом контура высокочастотного генератора.
В этом случае изменения емкости капсюля приведут к частотной модуляции генератора. После
детектирования выделяется низкочастотная составляющая,
которую и подают на вход микрофонного
усилителя.
Емкость капсюля лежит в пределах от
единиц до
десятков пикофарад.
десятков пикофарад.
Диапазон рабочих частот капсюля
конденсаторного микрофона простирается от 20 - 50000 Гц.
Характеристика направленности
конденсаторного микрофона определяется конструкцией капсюля.
Если звуковая волна воздействует на мембрану только
с одной стороны, микрофон почти не обладает направленностью. При мембране, открытой (через отверстия в базе)
для звуковой волны с двух сторон, микрофон приобретает направленность. Запаздывание звуковой волны, воздействующей на заднюю сторону, определяется
конфигурацией отверстий, а
базе, пассивной диафрагмой или
акустическим фильтром, выполненным из мелких металлических шариков, опрессованных в пластмассовой оправке.
Одна из разновидностей
конденсаторных микрофонов — электретные
микрофоны. Они отличаются только конструкцией капсюля. Электретный конденсаторный микрофон
не требует для работы поляризующего напряжение на одну из обкладок наносится слой электрета с постоянным электрическим зарядом. Этот заряд обеспечивает поле, соответствующее
поляризующему напряжению до 100 и более вольт. Он сохраняется примерно 30 лет.
Для предотвращения прилипания мембраны к базе под воздействием
электростатических сил, на базе сделаны изолирующие выступы, равномерно
распределенные по ее поверхности. Это позволило резко уменьшить чувствительность к вибрациям.
Основными параметрами
конденсаторных микрофонов так же, как и электродинамических, являются: осевая чувствительность, номинальный диапазон частот, частотная характеристика чувствительности, характеристика направленности, уровень собственных шумов.
В связи с тем, что конденсаторные микрофоны имеют достаточную широкополосность и равномерную (плоскую)
характеристику чувствительности, их используют для акустических измерений. Измерительный микрофон имеет обычно капсюль небольшого диаметра (2,5 - 3 мм) и круговую диаграмму направленности. Диапазон рабочих частот измерительных
микрофонов по сравнению с обычными
увеличен и лежит в пределах от единиц Гц до сотен кГц.
