Mikrofon je elektroakustické zařízení, které převádí zvukové vibrace na vibrace elektrického proudu, vstupní zařízení. Princip činnosti: tlak zvukových vibrací vzduchu, vody nebo pevných látek působí na tenkou membránu mikrofonu, vibrace membrány vybudí elektrické vibrace. Vlastnosti akusticko-mechanického systému závisí na tom, zda akustický tlak působí na jednu stranu membrány (tlakový mikrofon) nebo na obě strany a ve druhém případě, zda je tento efekt symetrický (mikrofon s tlakovým gradientem) nebo zda vibrace přímo ovlivnit jednu stranu membrány ji vybudit a na druhé – procházet nějakým mechanickým nebo akustickým odporem nebo systémem časového zpoždění (asymetrický tlakový gradient mikrofon).
Mikrofon je elektroakustické zařízení, které převádí zvukové vibrace na vibrace elektrického proudu, vstupní zařízení. Slouží jako primární článek v řetězci záznamové cesty nebo zesílení zvuku. Mikrofony se používají v mnoha zařízeních, jako jsou telefony a magnetofony, při záznamu zvuku a obrazu, rozhlasu a televize, pro rádiovou komunikaci a také pro kontrolu ultrazvukového měření. Na základě transformace akustických vibrací se mikrofony dělí na:
Princip činnosti mikrofonu spočívá v tom, že tlak zvukových vibrací vzduchu, vody nebo pevných látek působí na tenkou membránu mikrofonu. Na druhé straně vibrace membrány vybudí elektrické vibrace; K tomu se využívá podle typu mikrofonu jev elektromagnetické indukce, změna kapacity kondenzátorů nebo piezoelektrický jev.
Vlastnosti akusticko-mechanického systému silně závisí na tom, zda akustický tlak působí na jednu stranu membrány (tlakový mikrofon) nebo na obě strany a v druhém případě na tom, zda je tento účinek symetrický (mikrofon s tlakovým gradientem) nebo na jednu stranu membrány. straně membrány vibrace, které ji přímo vybudí, a na druhé – procházející nějakým mechanickým nebo akustickým odporem nebo systémem časového zpoždění (asymetrický tlakový gradientní mikrofon).
Mikrofony se vyznačují následujícími parametry:
Citlivost mikrofonu je poměr napětí na výstupu mikrofonu k akustickému tlaku, který na něj působí při dané frekvenci (obvykle 1000 Hz), vyjádřený v milivoltech na pascal (mV/Pa). Čím vyšší je tato hodnota, tím vyšší je citlivost mikrofonu.
Rozsah jmenovitého provozního kmitočtu – frekvenční rozsah, ve kterém mikrofon vnímá akustické vibrace a ve kterém jsou jeho parametry normalizovány.
Nerovnoměrná frekvenční odezva – rozdíl mezi maximální a minimální úrovní citlivosti mikrofonu v nominálním frekvenčním rozsahu.
Modul elektrické impedance — normalizovaná hodnota výstupu nebo vnitřního elektrického odporu při frekvenci 1 kHz.
Směrová charakteristika — závislost citlivosti mikrofonu (ve volném poli při určité frekvenci) na úhlu mezi osou mikrofonu a směrem ke zdroji zvuku.
Úroveň hluku mikrofonu — vyjádřený v decibelech, poměr hodnoty efektivního napětí v důsledku kolísání tlaku v okolí a tepelného šumu různých odporů v elektrické části mikrofonu k napětí vyvinutému mikrofonem při zatížení při tlaku 1 Pa při do mikrofonu je vystaven užitečný signál s efektivním tlakem 0,1 Pa.
Rýže. 3. Elektrodynamický mikrofon
Elektrodynamický mikrofon je nejrozšířenější. Skládá se z membrány spojené s lehkým proudovým vodičem, který je umístěn v silném magnetickém poli vytvářeném permanentním magnetem. Kolísání tlaku vzduchu (zvuku) působí na membránu a uvádí vodič do pohybu. Když vodič překročí siločáry magnetického pole, indukuje se v něm indukované emf. Indukované emf je úměrné amplitudě kmitů membrány a frekvenci kmitání.
Podle typu vodiče se dělí na: cívku, pásku.
Kondenzátorové mikrofony. (Elektrostatické mikrofony).
Obrázek 6 ukazuje schéma vysvětlující princip činnosti kondenzátorového mikrofonu. Membrána (1) a elektroda (2) vyrobené z elektricky vodivého materiálu jsou odděleny izolačním materiálem (3) a tvoří kondenzátor. Pevně napnutá membrána pod vlivem akustického tlaku provádí oscilační pohyby vzhledem ke stacionární elektrodě. Kondenzátor je zapojen v elektrickém obvodu do série se zdrojem stejnosměrného napětí a aktivním zatěžovacím odporem R. Při kmitání membrány se kapacita kondenzátoru mění s frekvencí akustického tlaku působícího na membránu. V elektrickém obvodu se objeví střídavý proud o stejné frekvenci a na zatěžovacím odporu se objeví střídavé napětí, které je výstupním signálem mikrofonu.
Rýže. 5. Uhlíkový mikrofon
Uhlíkové mikrofony (odporové mikrofony) – jeden z prvních typů, obsahují uhlíkový prášek umístěný mezi deskami a uzavřený v kapsli. Jedna z desek je spojena s membránou, při změně tlaku na prášek se mění tlak mezi jednotlivými zrny prášku a v důsledku toho odpor mezi
desky. Pokud mezi deskami prochází stejnosměrný proud, bude napětí záviset na tlaku na membránu. Takový mikrofon prakticky nevyžaduje zesílení, jeho výstup lze přivést do sluchátek nebo zesilovače; avšak špatná šířka pásma, necitlivá na velmi nízké a vysoké frekvence, vyžaduje stejnosměrné napájení, vysokou hladinu šumu.
Obr.6. Elektretový mikrofon.
Elektretové mikrofony – na principu činnosti jsou stejné jako kondenzátorové, ale konstantní napětí v nich zajišťuje náboj elektretu, který je nanesen v tenké vrstvě na membránu a tento náboj dlouho udrží čas. Protože elektrostatické mikrofony mají vysokou výstupní impedanci, je pro její snížení zpravidla do těla mikrofonu zabudován sledovač zdroje založený na n-kanálovém tranzistoru s efektem pole s pn přechodem. To umožňuje snížit výstupní impedanci na hodnotu ne více než 3 + 4 kOhm a snížit ztrátu signálu při připojení ke vstupu zesilovače signálu mikrofonu. Elektretové mikrofony se dvěma koncovkami mají výstup zesilovače s otevřeným kanálem.
Piezoelektrický efekt lze využít k vývoji jednoduchých mikrofonů. Piezoelektrický krystal je přímý převodník mechanického napětí na elektrický náboj. Nejčastěji používaným materiálem snímače je piezoelektrická keramika, která může pracovat na velmi vysokých frekvencích. Z tohoto důvodu se používají piezoelektrické senzory pro konverzi ultrazvukových vln. Takové snímače se používají také v oblasti audio, piezoelektrické mikrofony lze často nalézt v různých audio zařízeních. Příklady aplikací piezoelektrických akustických senzorů zahrnují hlasově ovládaná zařízení. Příkladem je zařízení skládající se z piezoelektrického keramického disku se dvěma elektrodami přiloženými na obou stranách. Elektrody jsou spojeny dráty nebo pomocí vodivé epoxidové pryskyřice pájením.
Akustické detektory využívají k detekci narušitele akustické vlny ve zvukovém a ultrazvukovém rozsahu, které vznikají při ničení mechanických zábran nebo se od narušitele odrážejí při vstupu do chráněného prostoru. pokoj, místnost.
Akustické detektory. reagující na akustické signály, když útočník zničí zablokovaný povrch, jsou pasivní, ultrazvukové detektory vysílají zvukové vlny a jsou aktivní.
Akustické pasivní detektory “Gran-1,2”, “Window-1” slouží k ochraně stavebních konstrukcí (okna, vitríny, stěny, stropy, podlahy, trezory atd.).
Piezoelektrické a elektromagnetické snímače se používají především k převodu akustických signálů na elektrické.
V elektromagnetickém detektoru se při deformaci skla změní vzduchová mezera mezi membránou a jádrem elektromagnetu. To vede ke vzniku emf v cívce elektromagnetu a signálu na výstupu detektoru.
Piezoelektrický detektor využívá vlastnosti piezoelementů (feroelektrik) k vytváření elektrických signálů pod mechanickými vlivy na jejich povrchu.
Aby se snížila pravděpodobnost falešných poplachů z akustického rušení, roste počet demaskovacích prvků používaných k identifikaci a algoritmy pro jejich zpracování jsou stále složitější.
Například povrchový piezoelektrický detektor „Gran“ vydává poplach za přítomnosti tří znaků: určitá amplituda vibrací těla detektoru přilepeného k zablokovanému povrchu, úroveň a počet impulsů z destruktivních vlivů za dobu 15 s .
Nadějný bezkontaktní detektor rozbití skla „Harp“ využívá digitální dvoukanálové zpracování akustických signálů mikroprocesorem na základě 5 známek rozbití skla.
Zvukový detektor “Gass Tech” (Visonic Ltd) implementuje tzv. technologii počítačového rozpoznávání akustických vzorů (CRAO). Zvuky detekované elektretovým mikrofonem jsou převedeny na digitální signály, které zpracovává procesor. Tříkroková statistická analýza a rozhodovací proces využívá 18 různých funkcí ke spolehlivému rozlišení skutečných poplachů od falešných poplachů.
Ultrazvukové detektory
Ultrazvukové detektory (DUZ-4, DUZ-4M, DUZ-5, DUZ-12, „Ficus-MP-2“7 „Echo-2“, „Echo-3“ atd.) generují poplachový signál, když se objeví narušitel v kontrolovaném pásmu chráněného areálu.
Snímač obsahuje elektroakustický emitor akustické vlny v ultrazvukové oblasti, přijímač (akustickoelektr. převodník) a elektronická jednotka.
Zářič vysílá do chráněného prostoru akustickou vlnu s frekvencí nad 23 kHz. V důsledku interference přímých a odražených vln vznikají v místnosti „stojaté“ vlny. Když se v místnosti objeví osoba, stejně jako otevřený plamen, změní se povaha „stojatých vln“ a následně i úroveň akustického signálu na vstupu přijímače, což vede ke vzniku poplachu signály na výstupu elektronické jednotky. Snížení vlivu rušení je dosaženo úpravou citlivosti přijímače.
Na tomto principu fungují detektory typu DUS. Jednopolohový detektor DUZ-12 poskytuje ochranu pro místnost o objemu 0.3-150 m 3 . Detektor DUZ-4M umožňuje připojení až 3 párů vysílač-přijímač a umožňuje současně chránit až tři místnosti o celkovém objemu až 2000 m 3 a DUZ-5 zajišťuje provoz až 10 párů a ochranu až 5 místností o celkovém objemu až 5000 m 3 .
Pro další snížení vlivu akustického rušení umožňují ultrazvukové detektory volbu akustického signálu podle velikosti změny jeho frekvence v důsledku Dopplerova jevu. Dopplerův jev spočívá ve změně frekvence signálu odraženého od pohybujícího se povrchu. Pokud se povrch vzdaluje od zdroje zvuku, frekvence klesá, když se přibližuje, frekvence se zvyšuje. V přijímači detektoru je v důsledku měření změny frekvence přijímaného akustického signálu vůči frekvenci vysílaného detekován signál odražený od pohybující se osoby na pozadí ostatních signálů odražených od stacionárních objektů. Hlavní charakteristiky ultrazvukových detektorů využívajících Dopplerův jev jsou uvedeny v tabulce. 6.4.
