Поверхностные микрофоны

Возможность с помощью стетоскопа собирать звук с большой поверхности и концентрировать его на малой площадке чувствительного элемента привела к

Лекция 5 ____________ Физические основы работы акустических сенсоров

созданию так называемых поверхностных микрофонов.По сути это стетоскопы. Они имеют плоскую входную мембрану, внутренний объем газа для концентриро­вания звука и чувствительный акустический элемент. Входная мембрана с помо­щью специальной мастики крепится к большой по площади твердой поверхнос­ти, которая имеет хорошие акустические свойства, например, к пустотелой стене, к деке стола, к участку пола, под которым оставлено свободное пространство, и т. п. Корпус поверхностного микрофона, как правило, литой, крепкий, а внешняя часть мембраны покрыта специальной тяжелой резиной, которая гасит низкочас­тотные вибрации, сторонние шумы и сводит на нет обратную связь со звуком, распространяющимся в том же помещении через динамик. Применение поверх­ностных микрофонов привело к повышению качества звука, разборчивости пере­дач и записей живой речи. Их можно установить так, чтобы они не привлекали к себе внимания. Их широко применяют в конференц-залах. Некоторые типы про­мышленных поверхностных микрофонов (стетоскопов) показаны на рис. 5.5.

Рис.5.5. Некоторые типы «поверхностных микрофонов»

Особый тип поверхностных микрофонов разработала фирма Bruel & Kjaer [97]. Они предназначены для размещения на внешней поверхности самолетов, автомо­билей, ракет, на лопастях турбин и т. п., с целью восприятия и записи вибраций и акустических колебаний, возникающих в процессе движения. Задача оказалась не из легких: ведь стетоскоп должен надежно работать в дождь и град, в условиях тур­булентности, при значительных перепадах температуры (от -50 °С до +100 °С) и

давления.

Задачу решили благодаря применению микросистемных технологий после многих исследований и экспериментов. Одним из трудно решаемых вопросов, на­пример, было противодействие значительным перепадам статического давления (например, при взлете ракеты, когда она быстро набирает высоту). Проблему уда­лось решить путем формирования в кристалле кремния с миниатюрным датчиком давления специальных обходных каналов, соединяющих внутренний объем сен-

Рис.5.6. Слева — конструкция твердотельного акустического сенсора по­верхностного микрофона 4948 фирмы Bruel & Kjaer: I — кристалл кремния; 2 — кремниевая мембрана для измерения колебаний давления; 3 — внут­ренняя полость; 4 — вертикальные обводные каналы; 5 — горизонтальные обводные каналы. Справа — фотография двух сенсоров, установленных на крыле самолета.

сора с внешней средой (рис. 5.6, слева). Благодаря таким каналам эффективно выравнивается статическая составляющая давления и сенсор отлично работает как при повышенных, так и при низких значениях давления внешней среды.

Созданный поверхностный микрофон воспринимает вибрации и звуковые колебания в диапазоне частот от 5 Гц до 20 кГц, в динамическом диапазоне от 55 до 160 дБ и продемонстрировал высокую стабильность (дрейф 1 дБ за 1000 лет) в самых сложных условиях. С ним стали возможны такие акустические измере­ния, о которых раньше инженеры могли только мечтать. Появилась возможность количественного определения «усталости» металла, выявления причин повышен­ного шума, регистрации изменений режимов аэродинамического обтекания и т. п.

Еще одним интересным применением стетоскопов является прослушивание и запись «подземной музыки». На рис. 5.7 показан исследователь, прослушивающий с помощью электронного стетоскопа «музыку» глетчера.

Лекция 5______________________ Физические основы работы акустических сенсоров

Интеллектуальные электронные стетоскопы открыли нам «звуковое окно» в таинственный мир подземной природы. С их помощью можно прослушивать и за­писывать естественные звуки гор, пробуждающихся вулканов, фонтанирующих гейзеров, плавающих айсбергов и т. д. Оказывается, что им присуща непривычная для нас своеобразная акустическая красота и гармония. При помощи стетоскопов можно узнать много нового о свойствах и о «внутренней жизни» этих объектов, своевременно предвидеть схождение горных лавин, продвижение глетчера, выбро­сы вулкана, разрушение айсберга и т. п.

Поиск по сайту: