49193

Направленные микрофоны

Курсовая

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Общие понятия о направленных микрофонах. Принцип работы микрофона заключается в том что давление звуковых колебаний воздуха воды или твердого вещества действует на тонкую мембрану микрофона. В свою очередь колебания мембраны возбуждают электрические колебания; в зависимости от типа микрофона для этого используются явление электромагнитной индукции изменение ёмкости конденсаторов или пьезоэлектрический эффект. Наибольшая чувствительность при этом достигается на пути вдоль оси микрофона когда источник размещен прямо перед...

Русский

2013-12-22

7.61 MB

188 чел.

Государственный  университет  информационно-коммуникационных  технологий

Учебно-научный институт  защиты информации

Кафедра  систем  защиты информации

КУРСОВАЯ  РАБОТА

Тема:

" Направленные микрофоны "  

Выполнили: студенты  группы  СЗД-31Б   

Прищепа Сергей, Скипа Евгений, Ионис Александр

Проверил:  доцент Чирков Д.В.

Киев 2011


Оглавление

Предисловие……………………………………………………………….….3

. Общие понятия о направленных микрофонах……………………..…4

2. Виды направленных микрофонов……………………………………….5

2.1 Параболические микрофоны…………………………………….6

.2 Плоские акустические фазированные решетки……………..12

.3 Трубчатые микрофоны…………………………………………..14

.4 Градиентные микрофоны………………………………………..18

.5 Микрофоны с узкой диаграммой направленности…………..23

3. Конструкция направленных микрофонов………………………….......26

4. Схемотехника направленных микрофонов…………………………....28

Выводы……………………………………………………………………….....30

Список использованной литературы……………………………………….31


Предисловие

Микрофон (от греч. μικρός —маленький и φωνη —звук) —электроакустический прибор, преобразовывающий звуковые колебания в колебания электрического тока и применяется для передачи звуковых колебаний на большое расстояние. Устройство ввода. Служит первичным звеном в цепочке звукозаписывающего тракта или звукоусиления. Микрофоны используются во многих устройствах, таких как телефоны и магнитофоны, в звукозаписи и видеозаписи, на радио и телевидении, для радиосвязи, а также для ультразвукового контроля и измерения.

Первый использован на практике микрофон был сконструирован в 1876 году - это был угольный микрофон Томаса Эдисона, хотя некоторые примитивные микрофоны, называемые трансмиттерами, конструировали и раньше. Раннее развитие микрофонов обязано Лаборатории Белла, в частности там был сконструирован первый конденсаторный микрофон.

Принцип работы микрофона заключается в том, что давление звуковых колебаний воздуха, воды или твердого вещества действует на тонкую мембрану микрофона. В свою очередь, колебания мембраны возбуждают электрические колебания; в зависимости от типа микрофона для этого используются явление электромагнитной индукции, изменение ёмкости конденсаторов или пьезоэлектрический эффект.

Направленные микрофоны проявляют чувствительность ко звуку, что приходит из одного  пути, и меньшую чувствительность  к другим. Типовой картиной для таких микрофонов есть кардиоидная характеристика (диаграмма в форме сердца). Наибольшая  чувствительность, при этом, достигается на пути вдоль оси микрофона (когда источник размещен прямо перед диафрагмой микрофона), а наименьшая чувствительность –в противоположном пути.
1. Общие понятия о направленных микрофонах

В начале 90-х годов направленные микрофоны вызывали повышенный интерес у организаций и частных лиц, которые занимались вопросами сбора информации с помощью технических средств. Это было связано с тем, что очень немногие люди ранее имели дело с данной техникой, а различные буклеты отечественных и зарубежных фирм рекламировали «универсальное средство получения информации». В технических описаниях приводились фантастические данные о дальности съема информации (до 2000 м) и коэффициентах направленного действия (до 50 дБ) при достаточно скромных габаритах (не более полуметра) и относительно невысокой стоимости (50... 800 $). Под впечатлением от таких характеристик у потенциальных клиентов в голове возникали планы безопасного и простого перехвата речевой информации с помощью замечательного направленного микрофона.

В то же время многие стали опасаться, что их переговоры будут «считываться со стекол окон офисов, квартир и автомобилей», да и на улице теперь любые встречи не представлялись конфиденциальными. Разжиганию страстей способствовали «шпионские» фильмы, научно-популярные статьи в различных изданиях, выступления «специалистов с большим практическим стажем работы со спецтехникой».

В результате, в 1991—годах в России наблюдался массовый спрос на направленные микрофоны. Их приобретали как вновь образованные спецслужбы, получившие право на оперативно-розыскную деятельность, так и частные службы безопасности, детективные агентства, бандиты и авантюристы всех мастей. Однако результаты попыток применения микрофонов обескураживали. О километрах никто уже не вспоминал, да и прослушивание разговора на расстоянии в 100 м получалось крайне редко. Раздосадованные покупатели обвиняли фирмы в том, что им «подсунули некачественный товар», а продавцы, в свою очередь, ссылались на неумение применять технику на практике. Следствием этого стало резкое падение интереса к направленным микрофонам со стороны всех потенциально заинтересованных в добывании информации лиц. Соответственно, необходимостью защиты информации в случае возможного применения данной техники начали пренебрегать, хотя в 1995—годах на рынке России были представлены около двух десятков типов направленных микрофонов как отечественного, так и иностранного производства. Сотни единиц оказались в руках далеко не самых законопослушных граждан.

2. Виды направленных микрофонов

Существует по меньшей мере четыре вида направленных микрофонов:

- параболические;

- плоские акустические фазированные решетки;

- трубчатые, или микрофоны "бегущей" волны;

-градиентные.


2.1 Параболические микрофоны.

Параболический микрофон представляет собой отражатель звука параболической формы, в фокусе которого расположен обычный (ненаправленный) микрофон. Отражатель изготавливается как из оптически непрозрачного, так и прозрачного (например, акриловая пластмасса) материала.

Рис. 1 Параболический микрофон.

Величина внешнего диаметра параболического зеркала может быть от 200 до 500 мм. Принцип работы этого микрофона поясняется на рис. 1. Звуковые волны с осевого направления, отражаясь от параболического зеркала, суммируются в фазе в фокальной точке А. Возникает усиление звукового поля. Чем больше диаметр зеркала, тем большее усиление может обеспечить устройство. Если направление прихода звука не осевое, то сложение отраженных от различных частей параболического зеркала звуковых волн, приходящих в точку А, даст меньший результат, поскольку не все слагаемые будут в фазе. Ослабление тем сильнее, чем больше угол прихода звука по отношению к оси. Создается, таким образом, угловая избирательность по приему. Параболический микрофон является типичным примером высокочувствительного, но слабонаправленного микрофона.

Параболический микрофон (рис. 1) [1] имеет параболический отражатель, в фокусе которого размещается микрофонный капсюль с ненаправленной или однонаправленной характеристикой направленности (ХН). Такие микрофоны иногда называют рефлекторными.


Рис. 1. Схема параболического направленного микрофона

Звуковые волны, пришедшие с осевого направления параболы, отражаются от отражателя и благодаря свойствам параболы после отражения концентрируются в фазе в ее фокусе, где расположен микрофонный капсюль. Звуковые волны, приходящие под углом к оси параболы, рассеиваются рефлектором, не попадая на микрофон. В рефлекторной системе ХН сильно зависит от частоты и изменяется от практически ненаправленной на низких частотах (при диаметре рефлектора меньше длины звуковой волны) до узкого лепестка на высоких частотах. Частотная характеристика чувствительности таких микрофонов имеет подъем в сторону высоких частот с крутизной порядка 6 дБ на октаву, который обычно компенсируется или электронным методом (например, эквалайзером), или специальной конструкцией капсюля [1, 2].

Внешний вид некоторых параболических микрофонов представлен на фото 1 –, а основные характеристики –в табл. 1 − 3 [5 - 7, 9, 15, 17].

Наиболее простым по конструкции является направленный микрофон «Супер Ухо –» (фото 1) [5].

Параболический отражатель выполнен из пластика. В фокусе отражателя помещен электретный микрофон, подключенный к входу малошумящего усилителя низкой частоты. Встроенный 8-кратный бинокль позволяет точно навести микрофон на цель.

Микрофон имеет размеры 290´150´90 мм и массу 1,2 кг. Питание микрофона осуществляется от батарейки типа «крона». Время работы от внутренней батарейки –до 60 ч.


Фото 1. Направленный микрофон «Супер Ухо –»



Фото 2. Внешний вид параболических направленных микрофонов


Фото 3 Внешний вид параболических направленных микрофонов

Таблица 1. Основные характеристики направленных параболических микрофонов PKI 2915 и PKI 2920

Характеристика

Тип микрофона

PKI 2915

PKI 2920

Диаметр отражателя, м

0,60

,85

Масса, кг

0,38

,40

Дальность перехвата разговоров, м

100

Питание

встроенный аккумулятор 9 В


Таблица 2. Основные характеристики параболических микрофонов
 Super Sound Zoom иPR-1000

Характеристика

Тип микрофона

Super Sound Zoom

PR-1000

Размеры, мм

290х150х90

х500х400

Диапазон частот, кГц

0,5 − 14

,2 − 14

Чувствительность, мВ/Па

4

Масса, кг

1,2

,5

Таблица 3. Основные характеристики параболических микрофонов Spectra G50 и Big Ears BE3K

Характеристика

Тип микрофона

Spectra G50

Big Ears BE3K

Размеры, мм

500x500x400

x750x400

Диапазон частот, кГц

0,1 5

,1 − 15

Чувствительность, мВ/Па

31

Масса, кг

2

,5

Прослушивание перехватываемых разговоров осуществляется с использованием наушников. Микрофон имеет встроенный диктофон, позволяющий осуществлять запись перехваченных разговоров.

Диаграмма направленности микрофона –°, коэффициент усиления –дБ, что обеспечивает перехват разговоров на открытой местности при низком уровне шума до 100 м. Частотный диапазон микрофона  от 100 до 14 000 Гц.

Качество направленного микрофона оценивается коэффициентом выигрыша в отношении «сигнал-помеха» за счет пространственной селекции Кнм, дБ.

Для параболического микрофона данный коэффициент Кпм, дБ, рассчитывается по формуле:

Кпм ≈ 10lg(1,10-4×Sотр×f2), (1)

где Sотр - площадь отражателя микрофона, м2; f - частота сигнала, Гц.

Как видно из формулы (1), чем больше площадь отражателя, тем больше значение коэффициента Кпм.

Следовательно, дальность перехвата разговоров во многом зависит от диаметра отражателя. Например, для одних и тех же условий при диаметре отражателя 60 см (микрофон PKI 2915) дальность перехвата разговора составляет 100 м, а при диаметре 85 см (микрофон PKI 2920) – м. Параболические микрофоны чаще всего маскируются под антенны спутникового телевидения и устанавливаются на балконах домов.


2.2 Плоские фазированные решетки.

Плоские фазированные решетки реализуют идею одновременного приема звукового поля в дискретных точках некоторой плоскости, перпендикулярной к направлению на источник звука (рис. 2). В этих точках (А1, А2, А3...) размещаются либо микрофоны, выходные сигналы которых суммируются электрически, либо, и чаще всего, открытые торцы звуководов, например трубки достаточно малого диаметра, которые обеспечивают синфазное сложение звуковых пален от источника в некотором акустическом сумматоре.



Рис. 2 Плоская фазированная решетка.



К выходу сумматора подсоединен микрофон. Если звук приходит с осевого направления, то все сигналы, распространяющиеся по звука- водам, будут в фазе, и сложение в акустическом сумматоре даст максимальный результат. Если направление на источник звука не осевое, а под некоторым углом к оси, то сигналы от разных точек приемной плоскости будут разными по фазе и результат их сложения будет меньшим. Чем больше угол прихода звука, тем сильнее его ослабление. Обычно число приемных точек Аi в таких решетках составляет несколько десятков. Конструктивно плоские фазированные решетки встраиваются либо в переднюю стенку атташе-кейса с последующим камуфляжем, либо в майку-жилет, которая надевается под пиджак или рубашку. Необходимые электронные блоки (усилитель, элементы питания, магнитофон) располагаются соответственно либо в кейсе, либо под одеждой. Таким образом, плоские фазированные решетки с камуфляжем визуально более конспиративны по сравнению с параболическим микрофоном.


2.3 Трубчатые, или микрофоны "бегущей" волны.

Трубчатые микрофоны, или микрофоны "бегущей" волны, в отличие от параболических микрофонов и плоских акустических решеток, принимают звук не на плоскости, а вдоль некоторой линии, совпадающей с направлением на источник звука. Принцип их действия поясняется на рис. 3.

Рис. 3 Трубчатый микрофон.


Основой микрофона является звуковод в виде жесткой полой трубки диаметром 10-30 мм со специальными щелевыми отверстиями, размещенными рядами по всей длине звуковода, с круговой геометрией расположения для каждого из рядов. Очевидно, что при приеме звука с осевого направления будет происходить сложение в фазе сигналов, проникающих в звуковод через все щелевые отверстия, поскольку скорости осевого распространения звука вне трубки и внутри нее одинаковы. Когда же звук приходит под некоторым углом к оси микрофона, то это ведет к фазовому рассогласованию, так как скорость звука в трубке будет больше осевой составляющей скорости звука вне ее, вследствие чего снижается чувствительность приема. Обычно длина трубчатого микрофона от 15-230 мм до 1 м. Чем больше его длина, тем сильнее подавляются помехи с боковых и тыльного направлений.

Трубчатые направленные микрофоны по сравнению с параболическими более компактные и используются в основном в случаях, когда необходимо обеспечить скрытность прослушивания разговоров. С использованием таких микрофонов разведку можно вести как из автомобиля, так и из окна расположенного напротив здания.

Внешний вид некоторых трубчатых микрофонов представлен на фото 4 –, а основные характеристики –в табл. 4, 5 [6, 9, 16, 17].

К типовым трубчатым микрофонам относится направленный микрофон PKI 2925 (фото 4) [6]. Общая длина микрофона с трубкой 35 см составляет 85 см, масса –г. Питание микрофона осуществляется от аккумуляторной батареи напряжением питания 3,6 В. Микрофон имеет встроенные фильтры высоких и низких частот.


Фото 4. Внешний вид трубчатого
 
направленного микрофона
 PKI 2925


Фото 5. Внешний вид трубчатого
 
направленного микрофона
 YKN


Фото 6. Внешний вид трубчатого
направленного микрофона
 Sennheiser MKH 70 P48


Фото 7. Миниатюрный направленный микрофон UEM-88

 

Таблица 4. Характеристики направленных трубчатых микрофонов

Характеристика

Тип микрофона

YKN

AT-89

UEM-88

Частотный диапазон, Гц

500 – 000

– 000

– 000

Максимальный коэффициент усиления, дБ

66

Чувствительность, мВ/Па

20

-

Размеры, мм

310x30

x70

x25x13

Масса, г

130

Напряжение питания, В

3

1xААА

Время работы от аккумулятора, ч

30

− 6

Дальность перехвата разговоров, м

100

-

Таблица 5. Характеристики трубчатых микрофонов

Характеристика

Тип микрофона

AT4071A

MKH 70 P48

KMR 82i

MFC800

Диапазон частот, кГц

0,03 –

,05 –

,02 –

,02 –

Чувствительность, мВ/Па

89,1

Размеры, мм

395x21x21

x25x25

x21x21

x25x250

Масса, г

155

Для ведения разведки используются и сверхминиатюрные микрофоны. Например, микрофон UEM-88 (фото 7) имеет размеры 229×25´13 мм и массу всего 65 г [9].

Для трубчатого микрофона коэффициент выигрыша в отношении «сигнал-помеха» за счет пространственной селекции Ктм, дБ, рассчитывается по формуле:

Ктм >> 10lg(6,1×10-3×l×f), (2)

где l - длина трубки, м.

Предельная максимальная дальность действия трубчатых микрофонов несколько меньше, чем параболических. Но в условиях города их возможности практически одинаковы.


2.4 Градиентные микрофоны

Градиентные микрофоны высоких порядков на рынке открытых предложений практически не представлены. Исключением является градиентный микрофон первого порядка.

В отличие от фазированных приемных акустических решеток, использующих операцию сложения акустических сигналов, градиентные микрофоны основаны на операции вычитания по направлению прихода сигнала. Это ставит их априори в невыгодное положение по пороговой чувствительности, поскольку каждое вычитание ослабляет сигнал, но статистически суммирует внутренние помехи. В то же время сама по себе операция вычитания позволяет конструировать направленные системы малых размеров. Простейшим градиентным направленным микрофоном является микрофон, реализующий градиент первого порядка (рис. 4).


Рис. 4 Простейший градиентный микрофон.



Он представляет собой два достаточно миниатюрных и близкорасположенных высокочувствительных микрофона М1 и М2, выходные сигналы которых электрически (или акустически) вычитаются друг из друга, реализуя в конечных разностях первую производную звукового поля по оси микрофона и формируя диаграмму вида cos Q, где Q - угол прихода звука. Тем самым обеспечивается относительное ослабление акустических полей с боковых направлений (О - 90°). Градиентными микрофонами высоких порядков называют системы, реализующие пространственные производные 2-го, З-го и более старших порядков.

. Как сравнивать и оценивать направленные микрофоны? Основной пользовательской характеристикой направленных микрофонов является дальность их действия в конкретных условиях. Для открытого пространства и изотропных и независимых по угловым направлениям внешних акустических помех дальность действия R связана:

а) со спектральным отношением сигнал/помеха q на выходе направленного микрофона,

б) со спектральным уровнем речи Вр;

в) со спектральным уровнем внешних акустических помех Вш соотношением вида:

q=Bp-Bш-20 lg R+G-Bп (1)

где

G - так называемый коэффициент направленного действия микрофона (дБ),

Вп - пороговая акустическая чувствительность микрофона (дБ).



Входящий в формулу (1) коэффициент G направленного действия характеризует степень относительного подавления внешних акустических помех: чем он больше, тем сильнее это подавление. Теоретически он связан с нормированной диаграммой направленности микрофона F (Q,j ) соотношением вида:





где

Q - угол прихода звуковой волны по отношению к оси микрофона;

j - угол прихода звуковой волны в полярных координатах плоскости,

перпендикулярной оси. Например, для трубчатого микрофона, когда



где l -длина волны звука. а L - длина трубки, имеем ( при L ? l . ) :



G = 4 L/l . (4)



Аналогично выводится приближенная формула для коэффициента направленного действия параболических микрофонов и фазированных плоских решеток:

G = 4p (S/l 2) (5)



где S - площадь входной аппертуры; l .- длина волны звука. Для градиентных микрофонов n-го порядка

при оптимальной обработке сигналов



G=n (n+1) (6)



где n - порядок градиента. При известных значениях величины G формула (1) достаточна для получения абсолютных оценок ожидаемого спектрального отношения сигнал/помеха, если известны условия. Но во многих случаях знания этих условий бывают неточны. Поэтому более оправданно использовать не абсолютные, а относительные оценки дальности, как не требующие точных знании условии, поскольку сопоставление происходит при их равенстве. Принимая такую идеологию, сравним возможности направленных микрофонов с возможностями не вооруженного специальными устройствами человеческого слуха. Формально для него можно записать соотношение, аналогичное (1). В результате сравнения получим:



R=R0 x 10 0,05 (G-G0) –,005 D Bп (7)





Здесь R0 - дальность слышимости звука органом слуха;

R - дальность действия направленного микрофона с тем же качеством контроля.

Go - коэффициент направленного действия органа слуха человека (режим биноурального прослушивания ).

D Bп - разность пороговой чувствительности направленного микрофона и органа слуха. На рис. 5 представлен график зависимости относительной дальности действия R/Ro направленного микрофона как функции его коэффициента направленного действия G для случая, когда D Bп = О (вариант технически реализуем). Коэффициент Go направленного действия органа слуха человеком принят равным 6 дБ.

Из графика видно, что при G = 15 дБ (такое значение G примерно соответствует данным для большинства достаточно хороших микрофонов типа фазированных решеток и параболического типа) направленный микрофон позволит реализовать дальность контроля примерно в 3 раза большую, чем расстояние Ro, при котором звук воспринимается человеком без специальных приспособлений. Сопоставление проводится в одинаковых условиях для одного и того же источника звука. Практически этот результат означает следующее: если речь идет об акустическом контроле разговоров в городе, на улице, когда R0 = 2 - 4 м, то направленные микрофоны позволят регистрировать разговор на расстояниях 6-12 м. В загородных условиях, с меньшим уровнем помех, когда величина Ro может достигать 10 м и больше, дальность контроля с использованием технических средств может составить более 30 м.



Рис. 5. Дальность действия направленного микрофона R по сравнению с дальностью R» слышимости звука неоснащенным органом слуха.

Таковы оценки ситуаций использования направленных микрофонов в условиях открытого пространства. Но возможно применение направленных микрофонов и в закрытых помещениях, для которых обязателен учет реверберации, то есть отражений звуковых сигналов от стен помещений и предметов интерьера.

Формально в этих условиях соотношение (7) остается справедливым, если вместо G использовать приведенный коэффициент направленного действия G0:

G0=(G+R)/(1+R) (8)



где R - некоторый параметр, учитывающий площадь поверхности объема (так называемое акустическое отношение) .


2.5 Микрофоны с узкой диаграммой направленности.

Микрофоны с узкой диаграммой направленности - это НОВОЕ ПОКОЛЕНИЕ НАПРАВЛЕННЫХ МИКРОФОНОВ.

Объективные параметры эффективности.

- высокая чувствительность - до 0,2В/Па;
- высокий динамический диапазон - более 90дБ;
- уровень приведенных собственных шумов - не более 0 дБ;
- подавление вне диаграммы направленности - не менее 20дБ;
- частотный диапазон - 0,05 –кГц.

Эксплутационные преимущества

- регистрация акустических сигналов на больших расстояниях;
- отсутствие шуршащих эффектов;
- ветрозащищенность обеспеченная конструкцией;
- не требует предварительного усиления сигнала;

Области применения

- в войсках передового базирования;
- в подразделениях спецназа;
- в войсковой разведке;
- в спецслужбах;
- на охоте;
- при ведении репортажей с мест событий из-за зоны ограничения.



Обычная речь:
L = 76дБ
Звуковое давление при обычном разговоре на расстоянии 1м составляет ~ 0,1Па.
Падение акустического сигнала в условиях открытого пространства уменьшается на 6дБ при увеличении расстояния вдвое:

м – 0дБ
м –(-6дБ)
м –(-12дБ)
м –(-18дБ)
м –(-24дБ)
м –(-30дБ)
м –(-36дБ)

Собственные шумы фазированных решеток.

С учетом влияния земной поверхности, наличия зеленых насаждений, отражающих поверхностей, интерференции и рефракции, такое падение энергии сигнала может составлять более 30дБ. Это означает, что при применении традиционных технологий, обеспечивающим уровень приведенных собственных шумов 18 –дБ, речевой сигнал на их входе будет соизмерим с электрическими шумами.

Наиболее актуальным уровень приведенных собственных шумов становится в условиях тихой акустической помехи с уровнем ниже 50дБ. Направленные микрофоны традиционных технологий могут эффективно работать в этих условиях лишь на расстояниях до 30 метров.

Чувствительность.

Разработанные на новых принципах направленные микрофоны имеют чувствительность до 0,2В/Па и низкий уровень собственных шумов (0/+5дБ), что позволяет работать в условиях тихой акустической помехи на расстояниях свыше 60 метров. Это реально может давать выигрыш в разборчивости в 1,5 –раза по сравнению с направленными микрофонами традиционных технологий.

АЧХ и диаграмма направленности.

Низкий уровень приведенных шумов, до 0дБ, позволяет работать для приема очень слабых акустических сигналов обусловленных перемещением людей и животных на значительных расстояниях. Такие акустические сигналы находятся в диапазоне частот 1 –кГц. Возможности человеческого слуха в диапазоне частот (свыше 6кГц), резко ухудшаются. АЧХ направленных микрофонов нового поколения имеет подъём как раз в этой области, компенсируя спад АЧХ слухового аппарата человека. Кроме того, диаграмма направленности микрофонов второго поколения, становится очень острой, в пределах 5 - 25 градусов.

Акустическая пеленгация

Возможность акустической пеленгации источников звуков может быть реализована применением систем состоящих из нескольких направленных микрофонов, перекрывающих своими диаграммами направленности весь сектор интересующих направлений. Наличие максимального сигнала в одном из микрофонов позволяет определить направление на источник звука.

Системы акустической пеленгации состоящие из двух и более разнесенных фазированных решеток, позволяют по пеленгам определять достаточно точное местонахождение источника сигнала.


3. Конструкция направленного микрофона.

Направленный микрофон можно использовать как для записи голосов животных, птиц, шума моря и т. п., так и в качестве «средства электронной разведки» в военно-спортивных играх. В первом случае необходим переносной магнитофон, во втором достаточно наушников, например, от плеера. Направленность микрофона значительно повышает соотношение сигнала к шуму на входе усилителя и позволяет качественно усиливать и записывать звуки отдаленных источников.

Конструкция микрофона, описанная в [12], показана на рис. 4.7. Основа конструкции —цилиндрический футляр 1 диаметром 60…65 мм и длиной 450…600 мм, который нетрудно склеить из чертежной бумаги. Для уменьшения отражения звука от стенок футляр оклеивают изнутри слоем поролона 2. Микрофонный капсюль 3 прикрепляют к футляру проволочными кольцами и резинками 5. Вблизи микрофона крепят

Рис. 4.7. Конструкция направленного микрофона

усилитель 6, заключенный в экран, например, из белой жести от банки из-под сгущенного молока. Под усилителем находится элемент питания 10. Тыльную сторону футляра закрывают крышкой 7, на которой закрепляют разъем 9 и переменный резистор S (R10).

Для удобства пользования к футляру прикрепляют ручку —скобу 11 W.3 полистирола толщиной 5 мм. На скобе-ручке крепят гайку 12, с помощью которой направленный микрофон устанавливают на фотоштативе.

Направленный микрофон позволяет записывать звуки с расстояния до 100 м. Еще лучших результатов удается добиться, если изменить конструкцию направленного микрофона. Для этого микрофон помещают в центр параболического рефлектора или дополнительно снабжают его набором резонансных трубок, см., например, [38, 48]. В любом конструктивном исполнении дополнительно увеличить дальность действия микрофона позволяет сужение полосы пропускания усилителя.


4. Схемотехника направленных микрофонов.

На рис. 4.8 показана принципиальная схема усилителя, работающего в «телефонной» полосе частот 280…3400 Гц. Он собран на двух ОУ, входящих с состав достаточно малошумя-щего операционного усилителя К157УД2. Каскады идентичны и представляют собой включенные последовательно неинвер-тирующие усилители. Нижнюю границу полосы пропускания каждого из каскадов усилителя определяют элементы R1, С1 и R2, R3, С2, а верхнюю —R4, СЗ и R5, С4.

Рис. 4.8. Узкополосный микрофонный усилитель

Конденсаторы С5, С6 служат для частотной коррекции ОУ, делитель R6, R7 образуют искусственную среднюю точку. Конденсаторы С7, С8 шунтируют цепи питания ОУ DA1. Переменный резистор R2 —регулятор уровня, с помощью его коэффициент усиления схемы по напряжению можно менять в пределах 50…64 дБ.

К выходу усилителя (вывод 9 микросхемы DA1) могут быть подключены наушники сопротивлением по постоянному току 16… 100 Ом. При напряжении питания 6…9 В усилитель работает устойчиво и мощности, выделяющейся в нагрузке, вполне достаточно для прослушивания. Если будет применен ОУ другого типа, между его выходом и точкой соединения элементов R5, С4, выводы 3 и 5 разъема Х2 может потребоваться токоо-граничивающий резистор сопротивлением 33…47 Ом.

Печатная плата и размещение элементов на ней приведены на рис. 4.9. Конденсаторы С1—С4 могут быть типов К10-17, К10-47, К73-5, К73-9, К73-17, С5, С6 —КТ1, КД. В качестве ОУ DA1 можно использовать КР1434УД1, являющийся аналогом К157УД2, а также К140УД20. В последнем случае рису

Рис. 4.9. Печатная плата и размещение элементов узкополосного микрофонного усилителя

нок печатной платы придется подкорректировать, не забыв о токоограничивающем резисторе на выходе второго ОУ (вывод 10 микросхемы К140УД20). Резистор R2 типа СП4-1. Типы остальных элементов такие же, как в предыдущей схеме.

Данная схема также практически не требует налаживания, следует лишь убедиться в наличии нулевого напряжения на выходе схемы (между выводами 2 и 3, 5 разъема XI).


Выводы.

В ходе данной работы мы ознакомились с историей направленных микрофонов. Изучили их основные виды и конструкции.

Направленные микрофоны –это микрофоны, которые  проявляют чувствительность ко звуку, что приходит из одного  пути, и меньшую чувствительность  к другим. Типовой картиной для таких микрофонов есть кардиоидная характеристика (диаграмма в форме сердца). Наибольшая  чувствительность, при этом, достигается на пути вдоль оси микрофона (когда источник размещен прямо перед диафрагмой микрофона), а наименьшая чувствительность –в противоположном пути.

Существует по меньшей мере четыре вида направленных микрофонов:

- параболические;

- плоские акустические фазированные решетки;

- трубчатые, или микрофоны "бегущей" волны;

-градиентные.


ЛИТЕРАТУРА

  1.  Абалмазов Э.И. Направленные микрофоны: Мифы и реальность.http://www.bnti.ru/showart.asp?aid=2&lvl=01.01.01.03.
  2.  Вахитов Ш. Современные микрофоны и их применение/ М.: Радио, 1998, № 11 и 12 [Электронный ресурс]. –Режим доступа:http://chipinfo.ru/literature/radio/199811/p16_18.html
  3.  Каталог направленных микрофонов [Электронный ресурс]. –Режим доступа:http://www.bnti.ru/index.asp?tbl=01.01.01.03.
  4.  Каторин Ю.Ф., Куренков Е.В., Лысов А.В., Остапенко А.Н. Большая энциклопедия промышленного шпионажа. –Спб.: ООО «Издательство Полигон», 2000. –с.
  5.  Anti terror equipment: catalog. – Germany: PKI Electronic Intelligence, 2008. – р. + [Электронный ресурс]. – Режим доступа:http://www.pki-electronic.com/index.php?Catalogue
  6.  Audio spy microphones [Электронный ресурс]. –Режим доступа: http://www.gia-servizi.com/prodotti/indexen.htm
  7.  Audio Surveillance [Электронный ресурс]. –Режим доступа:http://www.gcomtech.com/default.aspx.
  8.  Audio Surveillance [Электронный ресурс]. –Режим доступа:http://www.brickhousesecurity.com/covert-audio-surveillance.html
  9.  Audio surveillance [Электронный ресурс]. –Режим доступа: http://www.pki-electronic.com/index.php?Audio_Surveillance
  10.  BSWA Technology: product Catalogue. − China, BSWA Technology Co., Ltd, 2008. –р. + [Электронный ресурс]. –Режим доступа: http://www.bswa-tech.com
  11.  Microphone array [Электронный ресурс]. –Режим доступа: http://www.gras.dk/redir/?Id=252&lang=uk.
  12.  Рarabolic-microphones SME PR-1000 [Электронный ресурс]. –Режим доступа:http://mineroff-nature.com
  13.  Ricevitori e Mini Registratori Audio [Электронный ресурс]. –Режим доступа:http://www.selavio.com/prodotti/ricevitori-audio.
  14.  Special Equipment.  Germany: SIM Security & Electronic System gmbh, 2006. –р.
  15.  Spy equipment [электронный ресурс]. –Режим доступа:http://www.brickhousesecurity.com/spy-gear.html.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

59866. ВИКТОРИНА «МАТЕРИКИ И ОКЕАНЫ» 36 KB
  Затем доплыв до крайней западной точки Австралии м.Йорк мы чуть было не натолкнулись на Малый Большой Барьерный риф но наш капитан обогнув его по Коралловому заливу морю успешно довез нас до столицы Австралии города Сидней Канберра...
59867. Три клада у природы есть… 133 KB
  Какое дерево цветет позже всех Липа Из древесины какого дерева делают спички Осина Какой ядовитый кустарник цветет ранней весной Волчье лыко У какой земляники плоды слаще у той что растет под деревом или на открытой поляне У той что на поляне Конкурс...
59868. МАТЕМАТИЧНА ВІКТОРИНА «КВАДРАТ.КОЛО.КРУГ» 1.21 MB
  Мета: Прищеплення інтересу до предмета; Розвиток мислення; Виховання співпраці і колективізму; Придбання нових знань і умінь; Розширення кругозору учнів; Розвиток в учнів творчого мислення...
59869. Сценарій математичної вікторини: Своя гра 189 KB
  Для цього необхідно правильно відповісти на питання 2-х відбіркових турів турагентів і третьому турі турагенті а у фінальній грі не тільки не лише правильно відповісти але і зробити велику ставку на свою відповідь.
59870. Патриотическое воспитание учащихся при изучении физики 150.5 KB
  Назовите учёного который стал деканом первого в Европе электротехнического факультета в Пражском политехническом институте. Иван Павлович Пулюй 2 Назовите учёного который является основателем теории аномалий земного магнетизма.
59871. Вікторина „Птахи – наші друзі” 40.5 KB
  Бесіда вступ Міграція птахів Рідні пташки дорогенькі І великі і маленькі Будем ми вас захищати Будем взимку годувати Та для цього дуже треба Нам про вас багато знати Птахи бувають двох видів...
59872. классов. Использование этих работ способствует созданию на уроке атмосферы заинтересованности сотр. 103.5 KB
  Литературные диктанты и викторины улучшают логическое и ассоциативное мышление память дают возможность экономно использовать рабочее время на уроке. Стратфорт-на-Эйвоне В какой семье родиося писатель Ремесленника-торговца...