Содержание к диссертации
Введение
Глава I. Аналитический обзор литературы и постановка научной задачи II
I.I. Предварительные замечания II
1*2. Обзор состояния теории приёмных антенн J5
1.2.1. Специфика антенного звена ДКМ 15
1.2.2. Анализ работ по дифракции звука на телах, сходных с капсюлем микрофона Г7
1.2.3* Сопоставление существующих способов определения геометрической разности хода звуковой волны для направленных микрофонов 24
1*3* Состояние теории расчёта акустикомеханического и электромеханического звеньев микрофона
1*3*1. Сопоставление способов интерпретации и расчёта элементов акустикомеханической под системы микрофона *Н
1.3.2* Недостатки современных представлений о работе электростатического преобразователя в ДКМ» Предложение новой трактовки 35
1*4* Выводы, Определение научной задачи 37
Глава 2» Исследование акустического звена микрофона 40
2.1. Уточнение понятия "антенна" 40
2.2. Определение коэффициента дифракции для фронтально го торца полубесконечного цилиндра
2*2.1. Решение задачи для жесткого торца методом взаимности 42
2.2.2. Сравнение результатов учёта податливости чувствительного элемента в акустикомеханическом и акустическом звеньях 46
2.3. Вывод расчётных соотношений для коэффициентов дифракции при наклонном падении звуковой волны 53
2.4. Экспериментальное исследование дифракции на торце цилиндра и диска
2.5« Геометрическая разность хода при произвольном угле падения звука
2.6. Выводы
Глава 3. Исследование акустикомеханического звена и работа преобразователя двухмембранного микрофона с учётом непоршневых колебаний мембран
3.1. Постановка задачи исследования
3.2. Теоретическое исследование колебаний мембраны под действием неравномерно распределенной силы
3.3. Экспериментальное исследование механизма работы преобразователя и акустикомеханической системы ДКМ
3.4. Анализ акустикомеханической подсистемы ДКМ и разработка методики расчёта ее оптимальных параметров
3.4.1. Анализ электрических эквивалентных схем и вывод соотношений для расчёта параметров капсюля
3.4.2. Вывод расчётных соотношений для частотных характеристик ДКМ
3.5. Выводы по главе 3.
Глава 4, Исследование работы двухмембранного микрофона с совмещенным стоком и разработка рациональной методики его расчётного проектирования
4.1. Теоретический анализ и вывод расчётных соотношений для ДКМ с совмещенными стоковыми элементами
4.1.1. Анализ симметричных эквивалентных электрических схем лестничного типа
4.1.2. Вывод формул для расчёта частотной характеристики чувствительности
4.1.3. Особенности расчёта некоторых акувтикомеха-нических параметров ДКМ с электродом совмещенного стока
4.2. Разработка методики проектирования (синтеза) конструкции ДКМ по заданным электроакустичес ким характеристикам П8
4*2,1« Вывод расчётных формул для определения акус тических, акустикомеханических и конструктив ных параметров капсюлей ДКМ 118
^2,2# Обоснование выбора принципиальной конструкции НЭ и требований ТЗ на проектирование 134
4*2«Э» Инженерная методика проектирования (синтеза) . ДКМ 138
4*3» Выводы по главе 4 145
Заключение
- Анализ работ по дифракции звука на телах, сходных с капсюлем микрофона
- Сопоставление способов интерпретации и расчёта элементов акустикомеханической под системы микрофона
- Сравнение результатов учёта податливости чувствительного элемента в акустикомеханическом и акустическом звеньях
- Экспериментальное исследование механизма работы преобразователя и акустикомеханической системы ДКМ
Введение к работе
В профессиональной технике звукозаписи и звукоусиления широ
кое применение находят конденсаторные-микрофоны» обладающие.целым
рядом преимуществ перед микрофонами, основанными на других.прин
ципах преобразования звука* Среди конденсаторных микрофонов зна-^
чительный интерес представляют двухмембрэнные конденсаторные мик
рофоны (ДКМ), различные модели которых, выпускаемые и у нас, и.за
рубежом, обеспечивают не только высокое качество звукопередачи,
но обладают также рядом эксплуатационных достоинств, таких как воз
можность дистанционного изменения в процессе звукозаписи характе
ристик направленности и др.
В настоящее время разработка микрофонов такого типа производится, в основном, последовательным подбором отдельных конструктивных элементов микрофона, путем трудоёмких экспериментов, тре* , бующих создания дорогостоящих макетов, тщательной подготовки опытов, длительной эксплуатации уникального оборудования (заглушённых камер, установок автоматической записи и т.п.), а также инженерной интуиции и большого практического опыта разработчиков.
Всё это приводит к значительным и не всегда оправданным экономическим затратам, затягивает процесс разработки новых образцов, не говоря уже о том,, что созданную таким способом конструкцию нельзя считать вполне оптимальной, так как количество вариантов, которое может быть проверено экспериментально, всегда ограничено как фактором времени, так и конструктивными возможностями самого мик» рофона, на котором ставится эксперимент. Совершенно иные возможности по созданию действительно оптимальной конструкции ДКМ открывает применение современных методов математического моделирования, основанных на системном представлении микрофона и адекватном теоретическом отображении его параметров и характеристик.
_,_ 6
Литература.по микрофонной технике насчитывает большое количество работ, посвященных тем или иным аспектам_теории приёма и преобразования звука, расчёту параметров микрофонных капсюлей, моделированию их акустикомеханических систем и т.д. Однако до настоящего времени теория микрофонов ещё не достигла-такого уровня, когда кропотливую работу по макетированию и экспериментальной, отработке параметров можно„было бы заменить расчётными методами. Причина этого кроется в том, что исследования проводятся хотя и по важным, но частным проблемам, которые не для всех типов микрофонов одинаково актуальны (в зависимости.от.типа микрофона одни аспекты могут преобретать большее значение, другие меньшее» третьи могут оказаться вообще ненужными)* Кроме того, решение каждой частной проблемы осуществляется на основе своего традиционного метода и специфических приёмов математической интерпретации, которые трудно согласовать между собой, когда дело касается решения инженерной задачи комплексного проектирования конкретного устройства.
Сложность согласования методов расчёта отдельных звеньев объясняется также и субъективным фактором, связанным с тем обстоятельством, что решение в корректной, с точки зрения теоретической акустики, постановке той или иной частной задачи выполняется, как правило, специалистом довольно узкого профиля, не всегда способного представить всю совокупность и взаимосвязь технических задач, возникающих при разработке.микрофона в целом.
Таким образом, практические нужды развития данной отрасли техники требуют осуществления новой формы постановки задач научных исследований в области микрофонной техники - перехода от решения частных проблем, имеющих то или иное отношение ко всем типам микрофонов, к решению всего комплекса проблем» имеющих непосредственное отношение к данному типу микрофона, в их взаимосвязи и взаимозависимости. Последнее касается не
?
только вопроса-согласования характеристик отдельных звеньев, но и одинакового-уровня точности их расчёта.
Целью настоящей работы является исследование с системных позиций комплекса вопросов» связанных с теорией и расчётом как отдельных звеньев ДКМ, так и его системы в целом, и разработка на основе этих исследований комплексной расчётной методики проекти* рования таких микрофонов.
Теоретические и экспериментальные исследования, проведенные в диссертационной работе, выполнялись в соответствии с Комплексной программой НИР, ОКР и серийного освоения комплексов и аппаратуры звукоусиления для озвучивания открытых и закрытых пространств, утверждённой Министерством Промышленности Средств Связи на XI.пятилетку, В этой программе, по которой работает ВНИЙРПА им,А*С«Попо-ва, предусматривается создание методов проектирования однонаправленных микрофонов различных принципов действия.
Актуальность темы определяется тем, что создание методики сквозного комплексного расчёта одного из самых высококачественных и широко используемых типов микрофонов профессионального применения - двухмембранных конденсаторных - обеспечивает возможность существенного снижения времени и затрат на разработку новых образцов таких микрофонов путем замены длительной, трудоёмкой и дорогостоящей работы по изготовлению, многократным измерениям и экспериментальной доводке макетов конструкции .микрофона расчётной процедурой, проводимой на основе разработанной комплексной системной модели микрофона. Помимо существенного сокращения длительности и затрат на разработку применение комплексной расчётной методики позволяет существенно улучшить качественные показатели разрабатываемых микрофонов, так как дает возможность оптимизировать параметры микрофона по заданным характеристикам при поставленных конструк-.. тивных ограничениях. Рост требований к качеству разработок, необ-
. .. . %
ходимость сокращения их сроков, увеличение их количества, дефицит
времени эксплуатации-измерительного оборудования (заглушённых-ка
мер) свидетельствует об актуальности и своевременности данной рабо
ты. :...........
Новизна результатов.
До настоящего времени в работах, посвященных анализу и разработке методов расчёта микрофонов, рассматривались лишь частные.аспекты проблемы, чаще всего в отрыве от реальных способов конструкт тивной реализации капсюлей и фактических соотношений их размеров, без увязки взаимных требований характеристик подсистем.и т.п.
В данной работе впервые осуществлено комплексное решение проблемы, основывающееся на системном анализе условий согласования характеристик подсистем, сопоставительного исследования существующего .уровня и требуемого развития методов их анализа и теории расчёта, выявления наиболее слабых звеньев и разработки теории и инженерных методик их расчёта* В результате разработана комплексная математическая модель и методика, позволяющая рассчитать конструкцию капсюлей однонаправленного микрофона с заданными электроакустическими характеристиками. Создание на основе обширных научных исследований методики проектирования такого сложного микрофона, как ДКМ, является, новым результатом как с научной, так и с практической точки зрения.
Содержание работы.
Диссертация состоит из введения, k глав, заключения и 4 прило
жений. - .
Во введении обоснована актуальность темы исследований, сформулирована цель работы и приведено краткое содержание диссертации.
В первой главе на основе анализа литературных данных опреде* . ляются существующие противоречия и неполнота в теории акустической, акустикомеханической (AM) и электромеханической (ЗМ) подсистем и
неудовлетворительное их соответствие экспериментальным данным, формулируются, конкретные задачи исследований в каждом звене.
Вторая глава посвящена уточнению понятия приемной акустической антенны, исследованию и теоретической разработке расчёта характеристик антенного звена. В результате проделанной работы дан оригинальный инженерный метод расчёта дифракционной поправки при произвольном угле падения и эффективной разности хода, показавший достаточно, точное соответствие эксперименту.
В третьей главе приводятся результаты исследования работы «AM и ЭМ звеньев микрофона с раздельным стоком в глухие и сквозные отверстия электрода при неравномерном распределении воздействующей силы по поверхности мембраны^ На основе исследований проводится ревизия существующей теории работы такого микрофона и выдвигается новая трактовка, в соответствии с которой работа AM звена отображается не одной, а двумя эквивалентными схемами. Расчёт элементов AM звена и ЧХЧ микрофона, произведённый по этим схемам с использованием результатов главы 2, согласуется с экспериментальными данными с достаточной степенью точности (не превышающей погрешности измерений по ГОСТ 16123-79).
Четвертая глава посвящена разработке расчётной модели ДКМ с совмещенным стоком. Адекватность разработанной модели проверена на примере расчёта микрофона MK-I9 и его ЧХЧ* Показано, что данные с достаточной точностью согласуются с экспериментальными.
В этой же главе разработана и изложена методика проектирования (синтеза) капсюля современного типа ДКМ, обеспечивающая получение заданных электроакустических характеристик. Выведены формулы и расчётные соотношения, определяющие взаимосвязь акустических и акусти-комеханических параметров между собой, а также связывающие эти параметры с конструктивными размерами элементов капсюля# осуществляю-» щих их реализацию. Эти соотношения позволяют рассчитать конструкцию
капсюля ДКМ, оптимальную в пределах требований технического зада
ния.
В заоючении изложены основные выводы работы и защищаемые положения диссертации.
Разработанная в диссертации комплексная расчётная методика проектирования внедрена во ВНИИРПА в разработку профессионального стереофонического конденсаторного микрофона МК-*20*
Анализ работ по дифракции звука на телах, сходных с капсюлем микрофона
Наряду с дифракционной поправкой не менее существенным для акустической (антенной) подсистемы направленного микрофона является вопрос правильного определения базового расстояния а между первым и вторым акустическими входами, обуславливающего, вместе с . дифракцией, такой важный параметр микрофона как его направленность От точности численного отображения в математической модели -совокупности этих антенных факторов (дифракционной поправки и ба« зового расстояния) зависит правильность формулировки требований к характеристике и расчёту величин элементов акустикомеханического звена»
Вопросу определения базового расстояния между входами (t (или геометрической разности хода) в литературе не уделяется должного, внимания. Например, в. работе Г б этот вопрос обходится молчанием» В#В.Фурдуев I 2 (стр.314)] определяет OL как расстояние между плоскими поверхностями двух чувствительных элементов, т.в. считает равным длине корпуса капсюля ь .При этом не принимается во вни« мание дополнительное запаздывание, обусловленное размерами чувствительного элемента. Между тем пренебрежение этим фактором, сможет внести,существенную погрешность, если размер радиуса Л чувствительного элемента сопоставим или даже больше длины корпуса L , как это имеет место в двухмембранных микрофонах» В книге Олсона и Массы. 38 (стр»104) указывается, что "для случая круглого экрана и плоской звуковой волны разность фаз для нормально падающей волны соответствует.половине пути по воздуху между центрами противоположных сторон". ........ Л.Беранек 37 (стр.153-154), не давая каких-либо конкретных рекомендаций по определению d » указывает» что "если на диафрагму, находящуюся в свободном пространстве» падает звуковая волна произвольной частоты, то возникает разность давлений Ар$ которую можно приближённо выразить формулой где Ж - постоянная; СО - угловая частота звука»
В работе! 7 (стр»80) автор находит для плоской волны при угле падения 6 разность фаз давлений с двух сторон круглой мембраны, расположенной в центре круглого экрана с заданным размером радиуса и пренебрежимо малой толщиной» как lf=- --iz » где &Z= CbCciv 9 а т радиус экрана» В #. угол падения звука по отношению к нормали В этой же работе (стр.106) при рассмотрении работы двухмембранного микрофона при нормальном падении волны автор пишет: "Между звуковыми давлениями есть сдвиг по фазе, обусловленный разностью хода звуковых волн, которая, в свою очередь определяется толщиной капсюля микрофона"»
Как видим, здесь уже о влиянии размеров мембраны не упоминает ся и несинфазность действующих на них давлений объясняется только толщиной капсюля микрофона» т«е# величиной JJ Между тем в выпус каемых промышленностью моделях микрофона такого типа толщина кап сюля С=5 7шш при радиусе OL- /5 ffim9 т»е» # 7 в 3-4 ра за» / ; Неопределённость этого вопроса привела к ошибкам в некоторых работах»-Например, в.работе 40. расстояние Л определяется для дву.хмембранного микрофона.как.кратчайшее между-мембранами, т.е# так же,, как в работеI 7 , что приводит к неверным количественным выводам.
Из сказанного ясно, что сдвиг фаз звуковых давлений, действующих на поверхности фронтального и тыльного чувствительных.элементов ДШ, является функцией размеров как длины капсюля , так и его радиуса CL 4,
В отдельных случаях, когда t л.ф.при определении расчётной базы d величиной радиуса можно пренебрегать и считать Z Однако в ДКМ влияние радиуса капсюля на сдвиг фазы звуковых дав лений весьма существенно, . .
Наиболее обоснованные,.с нашей точки зрения, и практически интересные рекомендации по определению расчётной базы даны в работе I II ]« Путём вычисления интегрального значения силы, действующей на тыльную сторону мембраны при огибании её. плоской звуковой волной, падающей нормально к фронтальной поверхности, автором показано, что сдвиг фазы между фронтальной и тыловой силами соответствует расчётной базе d = &/3 , В связи с этим для цилиндра длиной с и радиусом & расчётная база при тех же условиях выражается соотношением так что угол сдвига фазы if = cougf(/co.
Следует оговориться, что это значение расчётной базы, строго говоря, пригодно лишь при нормальном падении звуковой волны»1 В случае, когда і CL , оно может использоваться для приближённого определения сдвига фазы при любом угле падения 9 по формуле If = уг d3k Cos 0 щ. Однако, действительная зависимость от в может быть иной, чем это следует из приведенной формулы. .
Кроме того, при выводе числового коэффициента для и предпо лагалось, .что радиусы мембран совпадают с радиусом капсюля. Это условие выдерживается довольно редко: чаще всего радиусы мембран существенно меньше радиуса капсюля. Поэтому для введения в разра- батываемую математическую модель расчётной сазы иэк # полученной с учётом отмеченных обстоятельств, необходимо исследовать дополнительно, следующие вопросы: а) зависимость величины расчётной базы» обусловленной радиу сом (Z , от угла падения звуковой волны; б) способ определения полной расчётной базы с учётом разницы в размере диаметров капсюля и мембраны»
Сопоставление способов интерпретации и расчёта элементов акустикомеханической под системы микрофона
Объяснение работы двухмембранного микрофона, приводимое в основных учебных пособиях и монографиях по электроакустике [_2, 4, б, 7, 33 J , базируется на трактовке, которую назовём условно "концепцией силовой компенсации". Суть её можно пояснить на примере падения, звуковой волны со стороны пассивной мембраны, т.е. с тыла (см.рис.1,6).
При этом на активную мембрану действуют две совокупности сил встречного направления: одна из них имеет градиентное происхожде ние и приложена к тем участкам мембраны, которые связаны со сквозными отверстиями в электроде; вторая - обусловлена давлением и приложена к участкам, связанным с замкнутыми полостями. Поскольку в этой концепции мембрана рассматривается, как жесткий.поршень» то не имеет значения, на каких именно участках.её поверхности приложены эти силы: если сумма сил прямого и встречного направления одинаковы» поршень будет неподвижным, и выходное напряжение микрофона скажется равным нулю Совершенно иначе обстоит дело, если.рассматривать.мембрану, как распределенную колебательную систему, т.е. систему, различные участки которой не имеют абсолютно жесткой связи и под действием внешней силы могут колебаться как.с разными амплитудами, так и с разными фазами Неподвижность того или иного участка мембраны возможна лишь в таком случае, когда встречные силы одинаковой величины действуют в одних и тех же местах Воздействие, же встречных сил на разные её участки, например, соседние, не может иметь результатом неподвижность ввей мембраны Таким образом, если даже совокупность встречных сил будет равна нулю это не означает что мембрана в целом будет неподвижной: она будет совер шать парциальные колебания, распределяющиеся по поверхности в виде сетки (или мозаики) участков с противоположной фазой колебания Чередование участков определяется распределением отверстий и полостей в электроде Выходное напряжение будет равно нулю только в том случае, когда совокупное изменение емкости ячеек-приёмников давления и ячеек-приёмников градиента давления будет одинаковым Иначе говоря в такой системе имеет место компенсация электростатическая а не силовая Описанное обстоятельство имеет существенное значение для объяснения свойств такой системы Достаточно привести такой пример С точки зрения силовой компенсации нельзя объяснить того обстоятельства, что характеристика направленности двухмембранного микрофона зависит от величины площади металлизации его активной мембраны, в то же время это легко объяснимо с позиций электростатической компенсации Реализация однонаправленного режима с.электростатической компенсацией возможна лишь при условии выполнения определённых соотношений между суммарным активным сопротивлением ячеек градиента давления и суммарной гибкости ячеек давления, которые, в свою очередь, зависят от конструктивных размеров ячеек. Изложенная концепция электростатической компенсации зарядов мембраны при раздельном- стоке в глухие полости и сквозные отверстия.требует теоре тичеокого исследования и экспериментальной проверки, чему будут посвящены соответствующие разделы главы
Сравнение результатов учёта податливости чувствительного элемента в акустикомеханическом и акустическом звеньях
Отметим, что в формулу (2.7) входит отношение сопротивления излучения и механического сопротивления акустикомеханического звена микрофона .Поэтому при расчётах по этой формуле можно пользоваться как полным ,так и удельными значениями этих сопротивлений Формула (2 7) и (2.8) определяют.соответствующую им эквивалентную электрическую схему (рис.2«2), представляющую собой ЭХ ненаправленного микрофона с учётом присоединенных параметров поля С %ю ) В этой схеме-значение р = 2)0ро ,, рассчитанное для жест-кого торца (см.2#2 1) представляет собой ЭДС "источника"» сопро тивление ZtfffaCe Зщ( "из ] X J . его внутренний импеданс,/ -падение напряжения на нагрузке» Отношение pt/p есть коэффициент передачи схемы, зависящий от величины и характера нагрузки между клеммами 2,2, а отношение Р, S)c A / + "3 у "" &имп (2.9) м получаемое делением на р0 обеих частей выражения (2.7) идентично, по терминологии работ I. б, 9 10 J , "коэффициенту дифракции с учётом импеданса торца" Из.(2 9) очевидно, что этот коэффициент зависит не только от 3)0 ,т»е. свойств акустического звена, но и от соотношения сопротивлений %м /%м т Єф характеристик акусти-комеханической системы. Мы выделили его лишь для того, чтобы иметь возможность сравнить результаты, получаемые по формуле (2 9), и результаты.работы 110 , полученные строгими методами решения Дифракционных задач.;; , . .. ... . Согласно эквивалентной схеме (см»рис.2 2) и формуле (2.9),.. при j5ft- —3 Q} 3)и/ 3)0 При малых же значениях І„ он мо -жет значительно отличаться от оО0 Ф Как правило, в этом случае иимп будет меньше и)с . Однако при упругом характере ZM может наблюдаться явление резонанса.между Z„ и инерционной составляющей %из . В области частоты этого резонанса значение &Имп бу» дет больше о00 . . . .
На, рис.2.3, 2Ж 2.5 приведены примеры расчёта оС/„мп по фор муле (2.9) при разном характере.и величине нагрузки ZM «Для сравнения пунктиром приведены результаты, полученные в работе 10 для тех же значений сопротивления ZM ».
. Сравнение этих данных при инерционном (рис.2»3) и упругом. (рис.2.4) характере ZM показывает, что имеющиеся расхождения, во-первых, не превышают расх&ений результатов самой работы I ГО J для первого и второго приближений, и, во-вторых,, не выходят за пределы погрешности акустических измерений 61 I
При инерционном характере.сопротивления ZM в области ка- 0 , ЮимгГ 0 -, (рис.2#3)« Это объясняется тем, что при малых .JCGL величина сопротивления ZM jLz fcei также стремится к нулю Если Сг-ка стремится к нулю быстрее, чем 2 , то имеет место случай, когда волна падает из среды с большим акустическим сопротивлением в среду с малым сопротивлением. В.этом случае фаза отражённой волны противоположна падающей 2, II, 47, 50, 51 и в пределе среднее давление на такой поверхности, а значит и &ИМП9 стремится к нулю. При /са &)и 3)0 9 т0к, %м С а - - . Отметим, что случай Ц //(при ка- О} представляет сугубо тео ретический интерес, т.к. на самых низких частотах ак устикомехани-ческая система реальных микрофонов никогда не управляется массой.
При упругом характере 2„ /Сз/ а в области к - Uсопро тивление. "-- и. 3)имїґ і При больших tea Оимп умень шается по закону 4/tea Этот случай также физически не реализуем, т.к. в реальных микрофонах на самых верхних частотах ZM никогда не имеет упругого характера При активном характере входного сопротивления.акуетикомехани-ческой системы (% м- R) кривые, построенные по результатам работы [ 10 I и нашим данным (рис.2#5),в области ка 1 практически совпадают» В области же малых волновых размеров торца ( tea ) наблюдаются существенные расходения: по нашим данным при ка -Сзначение имТ 1 $ по результатам работы 10 J этим пределом является отношение (R-1)/(R + 1) Такой результат не согласуется с. физической картиной акустических явлений на отражающей поверхности Например» если принять что активное сопротивление импедансного торца равно сопротивлению среды, то R = I и имп 0» Это означает, что давление на импеданском торце равно.... нулю, что физически возможно лишь при нулевом импедансе отражающей поверхности. Между тем условие /? = I означает отсутствие всего лишь отраженной волны. Падающая же волна не может исчезнуть, так что &ишг никак не может стать меньше единицы.
Таким образом, все приведенные количественные данные свидетельствуют о том, что точность моделирования, обеспечиваемая при учёте влияния импеданса торца как в акустическом» так и в акустико- механическом звене, примерно одинакова.
Экспериментальное исследование механизма работы преобразователя и акустикомеханической системы ДКМ
Двухмембранные конденсаторные микрофоны выпускаются в настоящее время в нескольких вариантах конструкции неподвижного электрода. Предмет нашего исследования в данной главе - конструкция ДКМ с так называемым . раздельным стоком, рассматривающаяся обычно при объяснении принципа действия двухмембранного микрофона как типовая
2,34,б 7,34J В электроде такого микрофона просверливаются сквозные отверстия, с которыми чередуются глухие полости. Вследствие такого чередования при колебаниях мембран образуется два типа воздушных потоков, один из которых связан с движением воздуха через сквозные отверстия, а второй - со стоком в глухие полости. При этом формируются два вида сил, действующих на мембраны: на участках, прилегающих к сквозным отверстиям, образуются силы, вызываемые разностью давлений с двух сторон капсюля, а на смежных (прилегающих к полостям) - силы, обусловленные звуковым давлением на соответствующую мембрану»
Принятая трактовка работы такого микрофона основывается на предположении, что мембраны ДКМ ведёт себя как абсолютно жёсткий поршень. Такое предположение позволяет применить принцип векторного суммирования указанных двух типов сил, игнорируя пространственное несовпадение участков их приложения на мембранах, т.е. считать всю группу сил, действующих на каждую из мембран, прилагаемой как бы к одной точке, учитывая лишь направление векторов сил. В этом случае на мембрану, находящуюся со стороны источника звука, обе группы сил действуют согласно, т.е. векторы сил складываются, а на противоположную мембрану действуют встречно, т.е. вычитаются, в связи с чем, при равенстве абсолютных значений сил, они скомпен-сируются и эта мембрана будет оставаться неподвижной.
Следовательно, если активная мембрана обращена в сторону, противоположную источнику звука, электрического сигнала на выходе микрофона не будет. Приведённое объяснение принципа действия ДКМ можно назвать концепцией силовой к о м п е н с а ц и и (КСК), Заметим, что некоторые авторы б» 7, 59] не говорят в такой чёткой форме с силовой компенсации, ограничиваясь рассуждениями о фазовых компенсациях и некасаясь вопроса о том, на каком уровне - механическом или электрическом - эта компенсация происходит. Однако принятие поршневого характера колебаний мембран исключает какую-либо иную возможность, кроме компенсации сил, что является на наш взгляд, достаточным основанием для объединения всех этих объяснений в одну трактовку . КСК,
Такой трактовке отвечает эквивалентная схема, представленная на рис,1»7 (см.гл.1) и приводимая рядом, авторов 2,3,4,6,7 J . , или в более детальном варианте на рис,5#3»7, в работе 341
Как сама концепция силовой компенсации, так и первая расчетная модель микрофона, разработанная на основе КСК в работе I 59 I , во всех последующих работах I 2,3,4,6,7,341 , не претерпели сколько нибудь значительных изменений,
Основная и очевидная слабость этой концепции заключается в том, что мембрана, представляющая собой распределенную колебательную систему, не является жёстким поршнем и может рассматриваться как таковой при выполнении по крайней мере одного важного условия -равномерного распределения возбуждающей силы по поверхности мембраны, В одномембранных микрофонах это условие, как правило, выполняется, В нашем случае его можно считать выполняющимся для мембраны, обращенной в сторону источника звука» Что касается мембраны, располагающейся со стороны, обратной источнику звука, то силы давления и градиентные.силы действуют на неё, во »первых, в противоположных направлениях, и, во-вторых, на разные участки, её площади. При таких условиях распределённая система не может.оставаться неподвижной: она будет совершать колебания, приняв колебательную форму, отвечающую характеру распределения составляющих сил по её поверхности. Это положение, физически представляющееся вполне понятным, требует математического доказательства и экспериментального п одтверждения.
На основе изложенного исследовательские задачи, решаемые в настоящей главе, можно сформулировать следующим образом»
1 Исследование непоршневых колебаний мембраны микрофона под воздействием неравномерной силы.
2 Ревизия существующей трактовки работы ДКМ, разработка и исследование новой концепции.
3. Разработка на базе новой концепции эквивалентной схемы и математической модели акустикомеханической системы ДКМ
