Akustický přijímač přeměňuje energii akustického pole daného místa na energii elektrického pole

Transkript

1 Akustické přijímače

2 Akustický přijímač přeměňuje energii akustického pole daného místa na energii elektrického pole jeho součástí je elektromechanický měnič Při přeměně kmitů plynu = mikrofon Při přeměně kmitů kapaliny = hydrofon

3 Rozdělení přijímačů: - dle typu použitého měniče - dle směrových charakteristik - vztahu jejich rozměrů k vlnové délce gradientní (soustava << vlnová délka) vlnové (soustava >>= vlnová délka)

4 Citlivost přijímače tlaková u0 p0 výstupní napětí naprázdno k akustickému tlaku v bodě před vložením přijímače Citlivost přijímače v poli Zahrnuje účinek vyvolaný ohybem vlny na přijímači

5 Činitel směrovosti u 02 2 u dif u0. napětí vyvolané vlnou přicházející ve směru osy přijímače udif napětí vyvolané působením difuzního pole se stejným účinkem (se stejnou hustotou akustické energie) u 02 u u dif 2 2 u d sin d u napětí vyvolané působením vlny ze směru

6 Měniče první kategorie s magnetickým polem u = ka.v měnič rychlostní

7 Měniče druhé kategorie s elektrickým polem i = kb.v kb v i' u kc y j C 0 C0 j měnič výchylkový

8 rychlost závisí na ploše membrány, všech tlacích na ní působících a na mechanické pohybové impedanci v rychlostní měnič u ka S. p Zm S. p Zm výchylkový měnič u kc S. p j Z m

9 Gradientní přijímače Výstupní napětí naprázdno je úměrné n-té derivaci akustického tlaku dle řádu vysílače n p u~ n r Přijímač n-tého řádu vznikne spojením dvou přijímačů n-1-ho řádu, když se jejich výstupy odečtou. Vzdálenost těchto přijímačů je malá.

10 Gradientní přijímače 0. řádu s měničem elektrodynamickým výstupní napětí je úměrné rychlosti rychlostní měnič u S ka p Zm

11 Předpokládáme, že mechanická impedance Zm je tvořená sériovým rezonančním obvodem, tedy Zm=j m+rm +1/j cm Modulová charateristika bude nezávislá na kmitočtu v pásmu převládajícího vlivu rm: Směrová charakteristika je kulová

12 Gradientní přijímač 0. řádu s měničem elektrostatickým výstupní napětí je úměrné výchylce výchylkový přijímač S kb S kb u 2 p k b j C 0 Z m j C 0 Z m

13 Předpokládáme, že mechanická impedance Zm je tvořená sériovým rezonančním obvodem, tedy Zm=j m+rm +1/j cm Modulová charateristika bude nezávislá na kmitočtu v pásmu převládajícího vlivu cm:

14 Gradientní přijímače 1. řádu p p u~ r p m jkr j t e e r výstupní napětí je úměrné derivaci tlaku: p m jkr j t 1 1 u~ e e jk 1 cos p jk 1 cos r r r

15 Při použití vlnové impedance pro kulovou vlnu u ~ v 0 c0 jk 1 cos Gradientní mikrofon 1. řádu je mikrofonem rychlostím Směrová charakteristika je typu cos

16 Gradientní mikrofon 1. řádu s měničem s magnetickým polem S ka u p Zm 1/r > k 1/r < k 1 jk 1 cos r M ~ M ~ 1 1 rm r 1 j 1 j m c 0 mc0

17 Gradientní mikrofon 1. řádu s měničem s elektrickým polem S kb 1 u jk 1 cos p C 0 j Z m r 1/r > k 1/r < k c E ~ r M 1 ~ rm c 0

18 Gradientní mikrofony s přijímačem elektrodynamickým (páskový) a elektrostatickým

19 Gradientní přijímače 2 řádu 2 k u ~ p k j 1 2 cos 2 r r

20 Kombinované přijímače u p 0 1 cos kardioidní přijímač

21 Vlnové přijímače Soustavy přijímačů s dalšími prvky (např. vlnovody, parabolické plochy ), jejichž rozměr je srovnatelný s vlnovou délkou nebo je větší Linkový přijímač soustava vlnovodů různé délky zakončené membránou. Rovinná vlna se šíří prostorem, dopadne na ústí vlnovodu a vybudí v něm vlnu postupující směrem k membráně měniče

22 Linkový přijímač soustava vlnovodů různé délky zakončené membránou

23 Celkový potenciál na membráně součet všech příspěvků: jkl cos 1 1l 1 l 0 jk x cos l x 1 e d x e dx 0 e jkl l0 l0 kl cos 1 směrová funkce kl sin cos 1 p 2 kl p 0 cos 1 2

24 Směrové charakteristiky vlnového (linkového) přijímače

25 Vliv konečných rozměrů přijímače téměř vždy se objeví v pracovní oblasti kmitočtů vlnová délka, která je srovnatelná s rozměrem přijímače předpokládáme přijímač 1. řádu, vzdálenost vysílačů promítnutá do směru šíření je x p1, 2 p 0 e x j t k 2 x x x p1 p 2 jp 0 sin t sin t jp 0 sin cos t 2c 0 2c0 2c 0

26 faktor chyby: p1 p2 p x x x x sin sin 2c 0 x x 2c0 Pro nízké kmitočty je limitováno k 1, pak má funkce průběh sinx/x

27

28 Směrové charakteristiky ideálních mikrofonů Kulová charakteristika

29 Osmičková charakteristika

30 Kardioidní charakteristika

31 Superkardioidní charakteristika

32 Hyperkardioidní charakteristika

33

34 Rozhodování při výběru mikrofonu směrový x všesměrový směrový výběr jednoho zdroje, potlačení šumu okolí všesměrový snímání větších hudebních těles, ambientní dynamický x kondenzátorový dynamicky robustní, nepotřebuje napájení, větší dynamika kondenzátorový citlivější, vyrovnanější charakteristika, napájení

35 Rozmístění mikrofonů základní typy: A-B X-Y M-S binaurální

36 kardioidní a osmičkový mikrofon M-S (

37 A-B dva stejné mikrofony

38 X-Y mikrofony stejného typu (kardioidní, osmičkové) David Lewis Yewdall

39 umělá hlava binaurální nahrávky RWTH Aachen

40 Měřicí mikrofony většinou kondenzátorové - velká přesnost a stálost parametrů levnější verze elektretové, piezoelektrické

41 Mikrofony do pole měření zvuku přicházejícího z jednoho směru mají korekci na interferenci a difrakci měří se tlak, který je v daném bodě BEZ mikrofonu

42 Tlakové mikrofony nemají kompenzaci měří tlak na membráně měření tlaku v rovinách (na překážce) když se orientují kolmo ke směru šíření, mohou být použity jako mikrofony do pole

43 Čím menší je mikrofon, tím méně ovlivňuje pole a tím je menší rozdíl mezi mikrofony na volné pole a na tlak Bruel and Kjaer

44 Mikrofony do difúzního pole mají rovnou charakteristiku v difúzním (dozvukovém) poli, kde zvuk dopadá ze všech úhlů toho se dosahuje nástavcem (difuzor) na mikrofon, který upravuje charakteristiku na přibližně kulovou

45 difúzní pole - připomenutí zjednodušení založeno na energetických veličinách - hustotě zvukové energie statistický přístup: (podmínky difúzní pole, pole odražených vln) energie dána součtem středních hodnot odražené energie hustota zvukové energie je všude stejně veliká úhly příchodu zvukové energie do daného bodu jsou všechny stejně pravděpodobné vyzařování a pohlcování je kontinuální

46 Kalibrace měřicích mikrofonů - definice kalibrace = stanovení vztahu mezi vstupní (fyzikální) veličinou a výstupní veličinou (elektrickou nebo číslo) měřicího řetězce kalibrace - absolutní (vstupní veličinu zjišťujeme výpočtem z jiných fyzikálních veličin) - relativní (vstupní veličinu stanovíme porovnáním s etalonem)

47 Kalibrace měřicích mikrofonů - typy elektrostatická reciprocity v tlakové komůrce reciprocity v poli postupné kulové vlny metoda pistonfonu metoda membranofonu