2.2. Устройство направленного микрофона органного типа

Реализованная в ходе выполнения настоящей курсовой работы модель направленного микрофона органного типа представляет собой набор из 7 алюминиевых трубок диаметром 10 мм, закрепленных на вращающемся, проградуированном на основе транспортира штативе. Избирательная резонансная система сделана съемной. Внешний вид устройства представлен на следующем ниже рис. 4:

Рис. 4. Внешний вид реализованной модели

Длина трубки определяет резонансную частоту звукового сигнала. Соответствующие резонансные частоты трубок в зависимости от их длины приведены в таблице 1:

Таблица 1. Характеристики трубок направленного микрофона

№	1	2	3	4	5	6	7
L, мм	550	400	300	200	150	100	50
F, Гц	300	412	550	825	1100	1650	3300

Данный вариант направленного микрофона ориентирован на съем речевого сигнала, поэтому диапазон резонансных частот 300–3300 Гц, обеспечивающий наибольшую разборчивость речевой информации, можно считать достаточным для модели направленного микрофона. Вариант с 37 трубками требует наличия около 18 м алюминиевой трубы, что вызывает определенные затруднения при реализации.

Трубка № 1 является центральной, вокруг нее находятся остальные, расположенные в порядке убывания номеров. Мембрана микрофона расположена в торце трубок в предкапсюльном объеме, аналогично изображенной на рис. 3.

В соответствующей литературе (см. [6]) в качестве микрофонного капсюля рекомендуется использовать следующие типы устройств, характеристики которых приведены в таблице 2 [8]:

Таблица 2. Характеристики рекомендуемых микрофонных капсюлей

Микрофон	Чувствительность, мВ/Па, не менее	Номинальный диапазон рабочих частот, Гц	Уровень собственного шума, дБ, не более
Сосна «M1»	10 - 20	150 – 7000	28
МКЭ-3 (в)	4 - 20	50 – 15000	30
МКЭ-333 (г)	24 - 48	50 – 12500	30

Поскольку у электретных микрофонов диаметр мембраны не велик (для большинства современных микрофонных капсюлей не превосходит 2,5 мм), то микрофон рекомендуется помещать в фокус параболического улавливателя, как показано на рис. 5:

Рис. 5. Микрофон в параболическом улавливателе

Расположение фокуса параболы вида у = а∙х² относительно ее вершины определяется только коэффициентом а. Для того, чтобы параболический рефлектор направлял все «захватываемые» им акустические волны на мембрану микрофона диаметром d, необходимо выполнение соотношения:

d/2 = 1/(2a) (21)

Из формулы 21 следует, что при d = 2,5 мм а = 0,4 мм^-1. Таким образом, учитывая, что D = 30 мм (3 трубки по 1 см в диаметре), получаем длину h параболического рефлектора, при которой он направляет все акустические волны, идущие параллельно оси симметрии параболы, с сечения диаметром D (см. рис. 5) на мембрану микрофона диаметром d:

h = 0,25 D²/d (22)

Согласно формуле 22 при d = 2,5 мм h = 90 мм, причем с уменьшением диаметра мембраны h возрастает. Создание высокоточного параболического рефлектора с такими параметрами без специального оборудования представляет определенную сложность, поэтому для модели направленного микрофона был выбран электретный микрофон МК16 У–11, с рабочим диапазоном частот 300–3400 Гц, чувствительностью 10–20 мВ/Па, уровнем собственных шумов 4 дБ. Диаметр данного микрофона 48 мм, и размер мембраны достаточен для того, чтобы отказаться от использования параболического рефлектора.

Выходной сигнал микрофона подается на стандартный аудио штекер Jack 2,5 мм, который вставляется в соответствующий разъем звуковой платы компьютера или записывающего устройства.

Необходимым составным компонентом направленного микрофона является высокочувствительный селективный микрофонный усилитель (МУ на рис. 5). Однако современные цифровые технологии обработки речи позволяют достигнуть большего результата, чем просто применение высококачественных усилителей низкой частоты. Специфика применения направленного микрофона органного типа (которая будет рассмотрена в следующем параграфе) позволяет использовать программные комплексы шумоочистки, предназначенные для восстановления разборчивости речи, очистки звуковых сигналов, записанных в сложных акустических условиях ― в качестве примеров можно привести продукты компаний ЦРТ, SIA Software, DAC [10].

Массогабаритные характеристики реализованной модели направленного микрофона органного типа: размеры 70х19х15 см; вес 0,65 кг.