Направи си сам насочен микрофон. Акустични локатори и насочени микрофони Мит и реалност за насочени микрофони

В ревюто, супер популярно устройство за звукоусилване, наречено Arbiter. Това е насочен микрофон за подслушване, който улавя и усилва слаби звуци на разстояние до 100 метра. С това устройство можете да слушате и записвате различни звуци, като например птичи песни. Разбира се, можете да чуете чужди разговори, което авторът на тази видео колекция категорично не препоръчва, защото не е добре да го правите.

Купувана от този китайски магазин. Нека разопаковаме и сглобим притурката. Първото нещо в кутията е параболичен уловител с форма на пистолет. Снабден е с 8x монокуляр със зумер за проследяване на обекта. Бутон за захранване, контрол на силата на звука, запис, връзка за слушалки. Комплектът включва слушалки.

Сглобяване и отстраняване на грешки на микрофон за подслушване

Нека започнем да сглобяваме и настройваме Arbiter за работа от разстояние. Захранва се от една батерия Krona, но това не е много добре, тъй като имат малък капацитет. По-добре да си купите друга батерия. Инсталиране на батерията. Сега прикрепяме параболичния звуков рефлектор.

Как работи дистанционният звукоуловител?

Акустичните вибрации от микрофона се предават към усилващо устройство, което предава усиления звук към слушалките. Ние ги свързваме. Аудио усилвателят вече е готов за употреба.

Нека го подложим на изпитание. Слагаме слушалките, включваме бутона, насочваме го към източника. Можете да чуете пеенето на птици в далечината, звукът всъщност се усилва 15-20 пъти, ясно се чува. Толкова е силно, че когато птица пее наблизо, трябва да намалите мощността.

Отлична джаджа за дискриминация и слушане от разстояние. Ако използвате по-мощни слушалки, този микрофон за подслушване работи по-добре. Имаме нужда от слушалки от затворен тип, чувствителността и качеството на звука веднага се повишават.

Високочувствителен микрофон, който събира звук за усилване на разстояние до 100 метра! Усилване на звука до 70 децибела. Можете да закупите насочен микрофон в Москва с доставка в нашия онлайн магазин.

За любителите на природата

Този насочен, по-точно силно насочен микрофон е предназначен предимно за любителите на природата. За тези, които искат да чуят звуците на животни, животни и птици на разстояние до 100 метра. Микрофонът може да бъде полезен и за хора с намален слух, използван на концерти, пресконференции за журналисти, на лекции за студенти.

Включва слушалки

Тази мощна система за звукозапис може да усилва звука до 100 децибела. За събиране на звукови вълни в микрофона се използва специална параболична чиния. Устройството се предлага с висококачествени слушалки. Насоченият микрофон има удобен контрол на силата на звука.

Мощна оптика

Слушането на звуците на природата е много по-интересно, ако едновременно наблюдавате обекта. За това има добър 8x бинокъл в насочения микрофон. Устройството е с удобна ергономична форма, изработено от здрава, но приятна на допир пластмаса. Визьорът на бинокъла е изработен от мека гума, за да приляга плътно към окото.

Висока автономност на работа

Насоченият микрофон тежи само 1200 грама и заема минимално място, когато е разглобен. За да работите с устройството, трябва да използвате 9 волтова батерия тип крона. Една батерия е достатъчна за 160 часа работа. Внимателно спазвайте полярността, когато поставяте батерията. Силата на звука се регулира с регулатор отстрани на кутията.

Спазвайте правилата за безопасност при използване. Не насочвайте микрофона, докато носите слушалки, към близки източници на силен звук – високоговорители, работещи електрически уреди и др.

Принципът на работа на такива устройства е доста прост и ясен. Микрофонът е поставен във фокуса на параболичен рефлектор (виж фиг. 45). Звуковите вълни 3 от аксиална посока, отразени от параболичното огледало 2, се сумират във фаза във фокусната точка 1 (на микрофона). Звуковото поле се усилва. Колкото по-голям е диаметърът на рефлекторното огледало, толкова по-голяма печалбаможе да предостави устройството. Ако посоката на пристигане на звука не е аксиална, тогава добавянето на звукови вълни, отразени от различни части на параболичното огледало и пристигащи във фокуса, ще даде по-малък резултат, тъй като не всички термини ще бъдат във фаза. Затихването е толкова по-силно, колкото по-голям е ъгълът на пристигане на звука спрямо оста. Така се създава ъглова селективност при приемане.

Ориз. 45. Параболичен насочен микрофон

По правило производителите доставят пълен усилвателен блок с автоматична система за контрол на усилването и изходи към слушалки и касетофон, понякога акустични филтри. По време на работа параболичната антена с микрофон може да бъде ръчна или прикрепена към статив.

Нека разгледаме няколко системи като примери за насочени микрофони с параболичен рефлектор.

Преносим параболичен приемник RYAO-200 е предназначен за дистанционно приемане на звукови вълни. Притежава висока чувствителности острият модел на насоченост на параболичното огледало. Оборудван с допълнителен регулируем филтър, който позволява избор на честота на сигнала по отношение на ширината и позицията на неговия спектър върху честотната ос. Обхват на паспорта - 1 км. Очевидно тази стойност се дава за най-добрите условия на приемане: тиха открита зона, нощ, човек говори с пълен глас. Възможно е свързване към магнетофон. Хранене

Вградена батерия или външна зарядно устройствоот мрежа 220 V. Диаметърът на огледалото е 60 и 75 см (качеството на приемане се подобрява с увеличаване на диаметъра на огледалото).

Стойностите на коефициента на насоченост (насоченост) на антената в зависимост от диаметъра на огледалото и честотата на приемания акустичен сигнал са дадени в табл. 5.

Таблица 5.

Друг насочен микрофон (тип А-2) има параболичен рефлектор с диаметър 43 см, оборудван с усилвател и слушалки. Обхватът на действие на паспорта в открити площи също е деклариран за около 1 км (!). Печалба електронен блок- не по-малко от 80 dB. Има автоматична система за контрол на усилването с динамичен диапазон от 40 dB входни сигнали.

Параболичните насочени микрофони PK375 и PK390 (произведени в Германия) имат следните параметри.

PK375: размери - 0 600x300 mm, тегло - 1,2 kg, усилване - 90 dB, захранване - 5 V, автономност - 75 часа.

PK390, съответно: 0 130x100 mm, 1,1 kg, 70 dB, 9 V, 50 часа. Обхват на паспорта - до 50 м (може да се завиди на точността на германците).

Характеристиките на оперативното използване на насочените микрофони са такива, че неподготвен човек няма да може да ги използва тайно, тъй като е необходимо не само правилно да се позиционира спрямо разузнавателния обект и източниците на шум, но в същото време да не сам да бъде открит. Особено в случай на насочени микрофони с параболични рефлектори поради значителните им размери. Чуждестранните експерти препоръчват използването на такива микрофони само в условия на ограничена видимост и при относително ниски нива на околния шум, например през нощта. В същото време те честно информират, че акустичният телескоп може да не улавя звуци на голямо (декларирано) разстояние, ако се използва на места с повишено ниво на фонов шум. Външен виднякои видове насочени микрофони са показани на фиг. 46-49.

Ориз. 46. Параболичен фиксиран микрофон със слушалки

Ориз. 47. Параболичен ръчен микрофон със слушалки

Ориз. 48. Параболичен ръчен микрофон

Ориз. 49. Тръбен микрофон, камуфлиран под чадър 2.6. Характеристики на използването на насочени микрофони

Обхватът на дистанционното записване се влияе не само от параметрите на микрофоните, но и от условията, в които се използват тези устройства, трябва да сте наясно с някои от характеристиките на използването на насочени микрофони.

На открито място

Отворената площ обикновено включва зони, които нямат ясно изразени ограждащи структури, които създават затворен обем. По правило това са улици, площади, стадиони, дворове, паркове, зали на летни кафенета, плажове и др. Работата на открити площи включва и слушане на разговори в помещенията, ако подслушването се извършва през отворен прозорец, а прозорец или спуснато стъкло на кола...

Основните ограничения за скрито извличане на информация в такива условия са затихването на сигнала по време на разпространението му и високото ниво на фонов шум. Размерът на затихването се определя от редица фактори, които зависят както от характеристиките на самия звук, така и от свойствата на средата за разпространение. Всички те са разделени на две големи групи.

Първата група включва фактори, свързани със законите на разпространение на акустичните вълни. а именно:

Когато се разпространява в неограничена среда от източник с крайни размери, интензитетът на звука намалява обратно пропорционално на квадрата на изминатото разстояние;

Нехомогенностите на средата (капки дъжд, клони на дървета и други препятствия) причиняват разсейване на звуковите вълни, което води до отслабване на сигнала в "главната" посока;

Разпространението на звука в атмосферата се влияе от турбуленцията, разпределението на температурата и налягането, силата и скоростта на вятъра, които причиняват огъване на звуковите лъчи, а понякога дори пречат на предаването на звука.

Ако параметрите на двата слоя са близки един до друг, тогава всъщност цялата енергия се прехвърля от една среда в друга, а φ! „F2. Когато параметрите са различни, звуковите лъчи се огъват. Поради тази причина операторът често е принуден да позиционира микрофона възможно най-високо над земята, за да увеличи максимално обхвата на прихванатите акустични сигнали.

Втората група е свързана с физични процеси в материята – необратими преходи на звуковата енергия в други форми (главно в топлина). Могат да се разграничат следните фактори, които определят степента на поглъщане на звуковите вълни:

Звукопоглъщането се увеличава пропорционално на квадрата на честотата (следователно вибрациите с честоти над 1000 Hz затихват особено бързо);

Степента на поглъщане нараства с намаляване на относителната влажност на въздуха (например при влажност 50% акустични сигнали с честота 10 kHz отслабват само с 14 dB на всеки 100 m и с намаляване на влажността до 15%, затихването се удвоява и достига 28 dB; вятър, дъжд и сняг могат да добавят още 8-10 dB на всеки 100 m).

Строго погледнато, практически няма открити пространства, в които звуковите вълни да се разпространяват свободно във всички посоки, тъй като винаги има отражения от земната повърхност, стени на близки сгради, обекти и т.н. Тези отражения обаче могат да се вземат предвид и понякога просто ги игнорирайте, ако са незначителни поради високата степен на абсорбция (напр. от снежната покривка).

Таблица 6 показва нивата на силата на звука на различни шумове в зависимост от обхвата на източника. Сравнявайки дадените стойности с нивото на обикновената реч, което е 65-75 dB, се прави заключение за степента на влияние на акустичните смущения върху качеството на прихващането.

Таблица 6.

Източникът на шума и къде е измерен	Ниво на силата на звука, dB
Силен автомобилен клаксон на разстояние 8м	95-100
Електрически влак на естакада на разстояние 6 m	90
Шум във влака на метрото по време на шофиране	85-90
Автобус (с пълна скорост) на разстояние 5м	85-88
Трамвай на разстояние 10-20м	80-85
Тролейбус на разстояние 5м	77
Камион на разстояние 5-20 м	60-75
Лек автомобил на разстояние 5-20м	50-65
Шумна улица без трамвайно движение	60-75
Нормален среден уличен шум	55-60
Същото, в момента на затишие следобед	40
Тиха улица (без движение)	30-35
Тиха градина	20
Дървообработваща фабрика	96-98
Зала на сцени с тълпа	75-95
Шумна среща	65...70
Шепнете на разстояние 1 м	20
Разговор на разстояние 1 м: силен / нормален	65-70/55-60
Коридори	35-40
кафене	50-52

От гореизложеното следва, че следните фактори влияят върху обхвата на записване на речева информация на открито: посоката и силата на вятъра, температурата и влажността, естеството на релефа, наличието на сгради, растителност и нива на фона шум. Обхватът на разузнаването се увеличава, ако вятърът духа от посоката на източника на звук, през нощта и рано сутрин, при облачно време, особено след дъжд, близо до водната повърхност, в планините, през зимата (при липса на снеговалеж ). Звукът се поглъща (става по-слаб) при горещо слънчево време, по време на снеговалеж, дъжд, в гора, храст и в райони с песъчлива почва, при наличие на изкуствени и естествени препятствия.

Още веднъж трябва да се подчертае, че дадените цифри се отнасят за идеална среда и открито пространство, а в реални градски условия е почти невъзможно да се извърши извличане на информация от разстояния над 10-15 m на шумна улица, 15-25 m в други случаи. В крайградски условия е 30-100 м. По принцип е необходимо да запомните едно просто правило: ако операторът чува реч със собственото си ухо, но не може да различи само отделни думи, тогава с помощта на добър насочен микрофон го има възможност за прихващане и записване на разговора; в противен случай никакъв насочен микрофон няма да помогне.

На закрито

Отличителна черта на използването на насочени микрофони в стаи е по-сложното звуково поле на полезния сигнал, което е суперпозиция на "директния" звуков компонент, създаден от звукови вълни, които не са преживели нито едно отражение, и компоненти, създадени от няколко отразени звукови вълни. Полето на отразените звукови вълни почти винаги е близко до дифузното.

Акустичните шумове в помещенията, както и в открити пространства, значително ограничават динамичния обхват на получената информация, намаляват разбираемостта на речта. Тези шумове се създават както от хора, така и от вибрации, влизащи в помещението отвън (от улицата или от съседни стаи). Нивата на шум, генериран от хората, зависят от тяхното количество в помещението, силата на разговорите и т.н. Нивата на шум (вибрации), проникващи отвън, се определят от звукоизолацията на помещението и нивата на външния шум.

Таблица 7 са показани санитарните норми за допустими нива на акустичен шум, характерни за различните видове помещения. Посочените цифри позволяват да се формира представа за условията за прихващане на речева информация с помощта на насочени микрофони. Тук е уместно да напомним още веднъж, че нивото на обикновената реч на разстояние 1 m е 65-75 dB.

Таблица 7.

В общия случай най-доброто качество на прихващане на информация в помещение се осигурява, когато насочен микрофон е поставен с работна ос върху източника на сигнала (човек или група хора), а отзад към източниците на акустични смущения . В този случай операторът трябва да се стреми да заеме най-тихото място (избягвайки ъглите, където има особено много отразени сигнали) в зоната на директния звук.

Насочените микрофони се използват за увеличаване на обхвата на прихващане на речеви сигнали, представляващи интерес в различни среди.

Когато слушате източник на реч, фонът на околния шум е от съществено значение, който е различен за градски и крайградски, дневни и нощни условия.

Насоченият микрофон има модел на насоченост, който осигурява повишена чувствителност в определена посока (десетки градуса), много по-висока, отколкото в други посоки.

Тази насоченост ви позволява значително да отслабите сигналите и смущенията, идващи от други посоки и съответно да изберете сигнала, който представлява интерес за абоната от посоката на главния лоб на диаграмата на посоката, и колкото по-тесен е този лоб, толкова по-добре може бъде направено.

В момента има четири основни дизайна, използвани като насочени микрофони:

Микрофон с интерференционен елемент,

Микрофон с акустично отразяващо огледало,

микрофонна матрица,

Суперкардиоидни (хиперкардиоидни) микрофони,

Градиентни микрофони.

Основните части на всеки насочен микрофон са:

Интерференционен елемент или параболичен рефлектор;

Акустоелектричен преобразувател (микрофон);

Микрофонен усилвател, комбиниран в една структурна единица.

Микрофон с интерференционен елемент е направен под формата на тръбен или слот.

В първия случай насочеността се формира с помощта на система от тръби с различни дължини, насочени в една и съща посока. Външните краища на тръбите са отворени, вътрешните краища се събират в общ сензор за налягане. Сигналите, получени от основната посока, се сумират, от други посоки се изваждат (Фигура 6.11).

Модели на излъчване за различни съотношения на дължината на звуковата вълна към дължината на тръбата са показани на фигура 6.12.

Ориз. 6.12. Модели на излъчване на антената с пътуваща вълна за различни дължини на вълната.

Освен това усилвател с телефони и свързан към него магнетофон обикновено се прави като отделна единица. Насоченият микрофон с интерференционен елемент е конструкция от тръбна фазирана приемна акустична антена, заредена върху високочувствителен микрофон или набор от микрофони, свързани последователно.

Системата за смущения се сглобява от определен брой тръби с дължина от няколко сантиметра до метър или повече (размерите на тръбите за различни участъци от звуковите честотни диапазони са дадени в Таблица 6.7).

Тези тръбички са събрани в сноп - дълги в средата, къси - по външната повърхност на снопа.

От едната страна (където е разположен микрофонът) краищата на тръбичките образуват плосък разрез, който влиза в обема на предкапсулата (фиг. 6.11а, б).

Като електроакустичен преобразувател се използва приемник за налягане - микрофонна капсула от електродинамичен, електромагнитен или кондензаторен тип.

Диаграмата на посоката на интерференционния елемент се определя от съвпадението или фазовата разлика на звуковите вибрации, идващи от тръбите в пространството на предкапсулата.

Вариант на разположението на избирателната система, съставена от 7 насочени тръби, е показан на фиг. 6.116.

Микрофонът е позициониран във фокуса на параболичния детектор. По-нататъшното усилване на сигнала става чрез използването на високочувствителен микрофонен усилвател.

Този насочен микрофон покрива честотен диапазон от 300 Hz до 3300 Hz, т.е. основният информационен обхват на речевия сигнал.

Ако е необходимо да се получи по-добро възприятие на речта, тогава е необходимо да се разшири обхватът на приеманите честоти. Това може да стане чрез увеличаване на броя на резонансните тръби, например, до 37 броя. Таблица 6.7 показва изчислените данни за използване в избирателната система от 1 до 37 тръби.

Таблица 6.7

№	1	2	3	4	5	6	7
B, мм	550	400	300	200	150	100	50
P, Hz	300	412	550	825 ^	1І00	1650	3300

Посочено в табл. 6.7 Резонансната система покрива честотния диапазон от 180 Hz до 8200 Hz. Вариант на разположението на резонансните тръби е показан на фиг. 6.IV, където тръбите са разположени "охлюв".

По отношение на максималния набор от тръби (n = 37) за честота от 1000 Hz (c = 2,5 cm), индексът на насоченост на системата за смущения е 8 dB.

Акустичната антенна система на микрофон с прорези се състои от куха тръба със система от приемни отвори, разположени на повърхността на тръбата (фиг. B.Ia).

Фигура 6.13a. Схема на процепен микрофон.

В единия край на тръбата е монтиран микрофон, който преобразува звуковите сигнали, получени от приемните отвори в тръбата, в сумиран електрически сигнал.

Трябва да се отбележи, че общите размери на микрофоните с прорези са до

Ориз. 6.136. Дизайнът на силно насочен микрофон "Вереск".

Те са доста компактни - например дължината на антенния елемент е в диапазона от 40-60 см.

Примери за такива микрофони са Heather, Tunnel, Flute и други подобни. Комплексът от специални високонасочени микрофони "Вереск" е предназначен за работа с магнитни записващи устройства при получаване на звукови сигнали от отдалечени източници. Включва: силно насочен микрофон, електронен усилвател и слушалки.

Устройството осигурява номинален честотен диапазон от 300 - 5000 Hz, с чувствителност 40 mV / Pa.

Еквивалентно ниво на звуково налягане поради собствен шум, не повече от 20 dB.

Коефициентът на усилване е най-малко 60 dB.

Дължината на насочения микрофон е 460 или 660 мм. Съставът на комплекта е показан на фиг. 6.136. Ветроустойчивите капаци за интерференционни елементи са от съществено значение за употреба на открито.

Фигура 6.14 показва пример за насочен микрофон, предназначен за използване в полето.

В (L.1) е отбелязано, че с помощта на насочени микрофони с прорези, като "Tunnel" или "Flute", е възможно да се слушат и записват на касетофон речеви сигнали на разстояние 15-20 метра. в градски условия. В този случай факторът, ограничаващ обхвата, не е насочеността система от високоговорители, и присъщият шум на главата на електронния микрофон.

Насоченият микрофон с огледало се състои от повърхност, отразяваща акустичната вълна, и чувствителен микрофон с нисък шум, разположен във фокуса на отразяващата повърхност (параболоид) (фиг.

6.15 и 6.16), усилвател, телефони за слушане и диктофон за запис на акустични сигнали.

Принципът за получаване на модела на насоченост на микрофон с параболично огледало е показан на фиг.6.15.Геометрията на огледалото осигурява фокусиране върху микрофона на звукови лъчи, разположени под определен ъгъл от 0.

Фокусирането на отразения звук във фокусната област, където е разположен микрофонът, става при дължини на звуковата вълна, по-малка от напречния размер на отразяващата повърхност. За да се изпълни това условие, е необходимо да се използват огледала с диаметър на отразяващата повърхност, равен на 0,3 - 0,6 метра (фиг. 6.16.).

Ориз. 6.16. Конструкции на насочени микрофони с параболично огледало.

На практика се използват и микрофони с двойни отразяващи огледала (фиг. 6.166).

Като микрофонна решетка се използва група от сензори за налягане, разположени (като правило) в една и съща равнина.

В най-простия случай сигналите от сензорите се сумират, но има и по-сложни методи за електронна обработка на сигнали.

Фигура 6 L 7 показва семейство модели на излъчване на правоъгълна сумираща решетка за различни съотношения на дължината на звуковата вълна към дължината на страната на решетката.

Както можете да видите от кривите на фигура 6.17, микрофонните масиви са по-насочени от насочените микрофони с интерференционен елемент.

Моделът на улавяне е една от най-важните характеристики на насочен микрофон. Позволява ви да оцените ефективността на използването на микрофон при различни акустични условия.

В условията на нискочестотен градски фон, който относително равномерно идва към микрофона от всички страни, насочеността на микрофона позволява да се намали нивото на фона толкова пъти, колкото площта под диаграмата на насоченост на микрофона при дадена дължина на вълната е по-малка от цялата площ на графиката. От фиг. 6.17 може да се види, че в условия на градски звуков фон, дължината на антената на бягащата вълна и дължините на страните на микрофонната решетка трябва да бъдат най-малко 0,3 - 0,5 метра.

Тестовете на експериментален микрофонен масив показаха способността за слушане и запис на реч в град от разстояние до 50 метра с размер на мрежата 450x350 mm.

Понастоящем са разработени дизайни на насочени микрофони с възможност за предаване на прихваната информация по радиоканал. Пример за такава система е RMK112 "Case".

Насочен микрофон с акустична решетка, камуфлиран в горния капак на корпуса, осигурява контрол на акустичната информация на разстояние 40 m от обекта с възможност за едновременно запис на диктофон и предаване по радиоканал с кварцова честотна стабилизация . Максимумът на диаграмата на посоката (фиг. 6.18.) е разположен перпендикулярно на равнината на горния капак на кутията.

Фигура 6.17 Насочени модели на микрофонна решетка за различни дължини на вълната.

Ориз. 6.18. Конструкция (а) и насоченост (b) на микрофона RMC112.

Такъв микрофон има следните основни характеристики:

ширина на микрофона:

в честотния диапазон - 35 градуса; при централна честота (2 kHz) - 20 градуса; усилване на акустична скара + 10 dB;

честотна лента на аудио честотите 600-4000 Hz;

обхват на микрофона - до 40 м;

работна честота на предавателя за предаване на информация 416,5 - 423,5 MHz; работната мощност на предавателя е 10 mW; тип модулация \\ TM; разстояние на предаване 200 м: захранващо напрежение: вътрешна - акумулаторна батерия 3.6V; външен - 6 V;

време на непрекъсната работа - 20 часа; размери на корпуса - 100х350х420 мм.

За записване на информация корпусът се допълва с диктофон Bolu 727 или магнетофон TR-6.

Записването на касетофона и превключването на захранването на модула за радио канали се управляват от скрити ключове, разположени в ключалката на предния панел на кутията.

Чрез използване на комбинация от микрофони с различна насоченост може да се получи комбиниран микрофон с насочен модел. Така, например, комбинацията от сензор за градиент на налягането, който има насочен модел под формата на фигура осем, със сензор за налягане дава възможност да се получи комбиниран сензор с насочен модел под формата на кардиоид. Комбинацията от съвпадащ чифт кардиоидни микрофони създава това, което е известно като суперкартов ioid микрофон. Възможните характеристики на такива микрофони са показани на фиг. 6.19.

На практика комбинация от кардиоиден микрофон със смущения

Фигура 6.19. Насочени модели на кардиоидни и суперкардиоидни микрофони.

[- кардиоиден микрофон; II - Суперкардиоиден микрофон.

елемент, който ви позволява да създадете микрофон, който прихваща говорни сигнали в град на разстояние 12-15 метра (например BEIHNE1MKN815T FRG).

В началото на 90-те години насочените микрофони привличат повишен интерес от организации и лица, които се занимават със събиране на информация с помощта на технически средства. Това се дължи на факта, че много малко хора преди са се занимавали с тази техника, а различни брошури на местни и чуждестранни компании рекламират „универсално средство за получаване на информация“. V технически описанияпредостави фантастични данни за обхвата на извличане на информация (до 2000 м ) и насочени коефициенти (до 50 dB) с доста скромни размери (не повече от половин метър) и сравнително ниска цена (50 ... 800 $). Впечатлени от тези характеристики, потенциалните клиенти имаха планове в главите си за безопасно и лесно прихващане на речева информация с помощта на прекрасен насочен микрофон.

В същото време мнозина започнаха да се страхуват, че преговорите им ще бъдат „прочетени от прозорците на офиси, апартаменти и автомобили“ и всякакви срещи на улицата сега не изглеждаха поверителни. За разпалването на страстите допринесоха шпионски филми, научнопопулярни статии в различни издания, изказвания на „специалисти с богат практически опит в работата със специална техника“.

В резултат на това през 1991-1994 г. имаше огромно търсене на насочени микрофони в Русия. Те са придобити както от новосформираните спецслужби, получили право на оперативно-издирвателна дейност, така и от частни охранителни служби, детективски агенции, бандити и авантюристи от всякакъв вид. Резултатите от опитите за използване на микрофони обаче са обезкуражаващи. Никой не си спомняше за километрите и слушането на разговора от разстояние 100 м се оказа изключително рядко. Разочарованите купувачи обвиниха фирмите, че са им „пъхнали продукт с ниско качество“, а продавачите от своя страна се позоваха на неспособността си да прилагат техниката на практика. Последица от това беше рязък спад в интереса към насочените микрофони от страна на всички лица, потенциално заинтересовани от получаване на информация. Съответно, необходимостта от защита на информацията в случай на възможно използване на тази техника започна да се пренебрегва, въпреки че през 1995-1996 г. на руския пазар бяха представени около две дузини вида насочени микрофони, местни и чуждестранни. Стотици единици се озоваха в ръцете на далеч не най-спазващите закона граждани.

За да се разберат възможностите на насочените микрофони и степента на опасност, която те могат да представляват в ръцете на безскрупулни конкуренти, е необходимо да се разберат физическите принципи, използвани в устройствата. Защото без това знание е невъзможно да организирате успешна защита на вашите тайни от подобни престъпни посегателства.

В най-общата си форма всеки насочен микрофон може да бъде представен като определен комплекс, състоящ се от чувствителен елемент (самият микрофон), който извършва акустично-електрическо преобразуване, и механична система (акустична антена), която осигурява насочени свойства на комплекс.

микрофон

Микрофон (от гръцки. mikros - малък и телефон - звук) е електроакустично устройство за преобразуване на звукови вибрации в електрически.

В зависимост от принципа на работа, микрофоните се разделят на следните видове:

>- въглища на прах;

> - електродинамичен;

> - електростатични (кондензатор и електрет);

> - полупроводник;

>- пиезоелектрически;

> - електромагнитни.

Въглеродният прахов микрофон е проектиран за първи път от руския изобретател М. Махалски през 1878 г., а по-късно, независимо от него, от П. М. Голубицки през 1883 г. Принципът на действие на такъв микрофон се основава на факта, че въглеродна или метална мембрана вибрира под действието на звукови вълни, променяйки плътността и, следователно, електрическото съпротивление на въглеродния прах, разположен в капсулата и в непосредствена близост до мембраната . Поради неравномерното механично налягане токът, протичащ през микрофона, се променя в акустичен сигнал. Въпреки това, в интерес на събирането на информация, микрофоните от този тип практически не се използват поради ниската им чувствителност и голяма неравномерна амплитуда. честотна характеристика.

Електродинамичен микрофон тип калерче е изобретен от американските учени Е. Венте и А. Терас през 1931г. Използва се полистиреново фолио или диафрагма от алуминиево фолио. Намотка, направена от тънък проводник, е твърдо свързана с диафрагмата и се намира постоянно в пръстеновидната междина на магнитната система. Когато диафрагмата вибрира под действието на звукова вълна, завоите на бобината пресичат магнитните силови линии и в намотката се индуцира електродвижеща сила (EMF), създавайки AC напрежениена изхода за микрофон. Вместо намотка може да се използва лента от много тънко (около 2 микрона) метално фолио.

В кондензаторния микрофон, изобретен от американския учен Е. Венте през 1917 г., звуковите вълни действат върху тънка метална мембрана, променяйки разстоянието и следователно електрическия капацитет между мембраната и металното неподвижно тяло, които са плочи на електрически кондензатор. При приближаване на плочите постоянно напрежениепромяната в капацитета предизвиква появата на ток през кондензатора, чиято сила се променя във времето с колебанията на звуковите честоти.

Електретният микрофон, изобретен от японския учен Йегучи в началото на 20-те години на миналия век, е подобен по работа и дизайн на кондензаторния микрофон. Електретната плоча играе само ролята на фиксирана кондензаторна плоча и източник на постоянно напрежение в нея. Недостатъкът на такъв микрофон е висок изходен импеданс, който води до големи загуби на сигнал, следователно, като правило, в тялото на клетката е вграден последовател на източника, което позволява намаляване на изходния импеданс до стойност не повече от 3 . .. 4 kOhm.

В пиезоелектричен микрофон, създаден за първи път от съветските учени С. Н. Ржевкин и А. И. Яковлев през 1925 г., звуковите вълни действат върху плоча, направена от вещество с пиезоелектрични свойства (например от сол на Рошел), причинявайки появата на електрически заряди на повърхността му.

В електромагнитен микрофон звуковите вълни действат върху мембрана, твърдо свързана към стоманена арматура, разположена в процепа на намотката на неподвижна намотка. В резултат на действието на акустични вълни върху такава система, на клемите на намотката се появява ЕМП. Тези продукти, както и праховите въглеродни микрофони, не се използват широко поради голямата неравномерност на амплитудно-честотната характеристика.

Обобщени характеристики на изброените типове микрофони са дадени в табл. 1.3.4.

Таблица 1.3.4. Основни характеристики на акустични приемни микрофони

Тип на микрофона / Обхват на честотната характеристика, Hz / Неравномерност на възпроизвежданите честоти, dB / Аксиална чувствителност при честота 1 kHz, mVm 2 / n

Въглища на прах /300...3400 / 20/1000

Електродинамичен /30...15 000/12/1

Кондензни агрегати /30...15 000/5/5

Електрет /20 ... 18000/2/1

Пиезоелектрични /100...5000 / 15/50

Електромагнитни / 300 ... 5000/20/5

Най-често в насочените микрофони се използват сензорни елементи от електретен тип (микрофони), тъй като те имат най-добри електроакустични характеристики: широк честотен диапазон; малка неравномерност на амплитудно-честотните характеристики; ниско ниво на изкривяване, причинено от нелинейни и преходни процеси, както и висока чувствителност и ниско ниво на вътрешен шум.

Верността на прихванатите акустични сигнали (разбираемостта на речта) не зависи само от вида на микрофона. Важни са и характеристиките на електронния блок, състоящ се от микрофонен усилвател и слушалки. В повечето случаи по икономически причини фирмите, доставящи насочени микрофони, ги оборудват с евтини електронни устройства, съответстващи на оборудването от 3-ти клас. домакински уреди... Ето защо собствениците на такива инструменти често са принудени сами да избират акустичен усилвател и слушалки с необходимите параметри.

Въпреки това, най-важното при насочените микрофони са свойствата на тяхната акустична антена.

Акустични антени са именно онези фундаментални елементи, които определят външния вид и основните характеристики на комплексите за дистанционно прихващане на речева информация. Целта им е да усилят звуците, пристигащи в основната посока, и значително да заглушат всички останали акустични сигнали.

В момента са разработени няколко модификации на антената, според които има следната класификация на насочените микрофони (фиг. 1.3.27):

Ориз. 1.3.27. Класификация на насочените микрофони

>- комбиниран;

>- група, включваща:

>- линейни групи микрофони;

>- тръбни приемници от органов тип;

>- тръбни слот приемници;

> - фазирани решетки;

>- параболични рефлекторни микрофони.

За сравнителна оценка на качеството на горните насочени микрофони използвайте спецификации, основните от които са характеристиката на насоченост и индексът на насоченост.

Характеристиката или моделът на насочеността е чувствителността на микрофона като функция на ъгъла q между работната ос на микрофона и посоката към източника на звук. Определя се или на определен брой честоти, или в рамките на честотна лента. Обикновено използвайте нормализираната насоченост R (Q ), тоест зависимостта на коефициента на чувствителност E q измерено под ъгъл q спрямо аксиалната (максимална) чувствителност Eок.

R (q) = E q / Eoc

Повечето микрофони са аксиално симетрични, така че тяхната насоченост е еднаква във всички равнини, минаващи през оста на микрофона. Графично представяне на характеристиките на насоченост често се дава в полярни координати (Фигура 1.3.28).

Индексът на насоченост показва разликата в нивата на мощност, изразени в децибели, между изходните сигнали на микрофона от два източника на звук: единият (например човешки глас), разположен върху оста, а другият - източник на разпръснати звукови вълни (напр. шум от магистрала), ако и двете създават на мястото микрофон със същото акустично налягане. С други думи, индексът на насоченост показва степента на потискане (дискриминация) на шума, идващ от страничната посока по отношение на сигнала, идващ от посоката, съвпадаща с оста на микрофона.

Всепосочният микрофон не потиска шума, така че неговият индекс на насоченост е нула(Qnm = 0 dB).

Коефициентът на насоченост е повишаването на нивото на сигнала в децибелите на изхода на микрофона при смяна на всепосочен микрофон с насочена и постоянна стойност на акустично налягане.

Ориз. 1.3.28. Модел на вдигане на микрофона

Комбинирани микрофони

Тези устройства са най-простият тип насочени микрофони, тъй като те са система, състояща се от два вида акустични микрофони-приемници. Обикновено това са приемници с градиент на налягане и налягане, които реагират съответно на величината и промяната в големината на акустичния сигнал.

Най-простата комбинация от тези приемници, най-често използвана в практиката, се състои от един микрофон за приемане на налягане и един микрофон с градиент на налягането, поставени възможно най-близо един до друг (обикновено един над друг) и така, че осите им да са успоредни.

Чрез промяна на параметрите на микрофоните е възможно да се получат различни характеристики на насоченост и съответно индекси на насоченост (фиг. 1.3.29) на цялата система. Най-големият индекс се постига за случая, когато диаграмата има формата на хиперкардиоид ( Q gk = 6 dB).

Групови микрофони

В съответствие с класификацията, показана на фиг. 1.3.27 груповите акустични приемници включват линейни групи, тръбни 1 микрофони и фазирани решетки.

Нека ги разгледаме по-подробно.

Ориз. 1.3.29. Типове характеристики на насоченост за комбинирани микрофони:

1 - кръг за приемник за налягане; 2 - кардиоид за комбиниран приемник със същата чувствителност на приемниците с градиент на налягане и налягане; 3 - суперкардиоид; 4 - хиперкардиоиден; 5 - косинус (фигура осем) за един приемник на градиента на налягането

Линейна група приемници (микрофони) представляват няколко микрофона, обикновено подредени в редица по права хоризонтална линия, така че осите им да са успоредни една на друга (фиг. 1.3.30), понякога микрофоните са поставени в малка дъга. Електрическите изходи на акустичните приемници са свързани последователно в специален смесител.

Характеристика на насочеността на такава линейна група R (Q ) от N елемента се дефинира като продукт на характеристиката на насоченост на един приемник R1 (q ) към характеристиките на групата:

R (q) = R 1 (q),

където x = p (d / l) sin q, a d - разстоянието между отделните приемници.

Колкото по-малко е съотношението на дължината на вълнатал акустичен сигнал за дължина на групата l = (N - 1) / d , толкова по-тесен е главният лоб и толкова по-голям е индексът на насоченост. Трябва обаче да се има предвид, че при прекомерна дължина на групата (сравнима с разстоянието от приемника до източника на звук), интерференционните явления от

Ориз. 1.3.30. Общ изглед на линеен масив от микрофони

за голяма разлика в пътя на звуковите вълни от източника до входовете на отделните микрофони, които са част от групата.

Числовата стойност на ширината на главния лоб се определя от съотношението:

Така, например, за групов приемник, състоящ се от шест всепосочни микрофона, подредени в права линия с височина d = 10 см (l = 50 см ) и честотата на приемания сигнал f = 1000 Hz (l = 33 cm ), ширината на главния лоб е q 1 = 41°. Изчислението на индекса на насоченост за тази група дава стойност от 8 dB.

Основният недостатък на този тип насочени микрофони е осигуряването на насочени свойства само в равнината, преминаваща през оста на микрофоните; в ортогоналната равнина отговорът е същият като при единичен микрофон.

Тръбният микрофон от органов тип също използва свойствата на груповите антени. Неговият външен вид е схематично показан на фиг. 1.3.31.

Такъв микрофон съдържа няколко десетки тънки тръбички 1 с дължина от няколко сантиметра до метър или повече. Тези тръби са събрани в сноп - дълги в средата, къси - по външната повърхност. Краищата на тръбите от едната страна образуват плосък разрез 2, влизащ в обема на предкапсулата 4. Самата микрофонна капсула 3 се избира като правило от електродинамичен или електромагнитен тип (приемник на налягане), в зависимост от необходимия честотен диапазон . Звуковите вълни, пристигащи в приемника по аксиална посока, преминават в тръбите и влизат в обема на предкапсулата в същата фаза. Техните амплитуди се сумират аритметично:

където N е броят на тръбите, a U - амплитудите на звуковите вълни. Звуковите вълни от фонов шум, пристигащи под ъгъл 6 спрямо оста, се оказват нефазирани, тъй като тръбите имат различна дължина, следователно

амплитудите на тези вълни се сумират геометрично:

където Дф е стойността на фазовата разлика за всяка двойка звукови вълни при ->. ходене по тръби, чиито дължини се различават значителнод:

Ориз. 1.3.31. Структурата на тръбен микрофон от органен тип:

1 - звукови тръби; 2 - отрязване на тръбата; 3 - микрофонна капсула; 4 - обем на предкапсулата

Характеристиката на насоченост за такъв насочен микрофон се определя от съотношение, подобно на линеен масив от приемници:

R (q) = sinNx / (Nsin x),

където x = p (dmin / l) (1- cos q), dmin - разликата в дължината между най-близките тръби по размер.

Горните съображения са валидни, ако в тръбата не се образуват резонансни трептения. За целта входните отвори на тръбите или техните краища при капсулата се затварят с тапи, направени от порест абсорбатор.

Основното предимство на такива насочени микрофони е високият индекс на насоченост (около 8 dB, докато шумът, действащ от страничните посоки, е намален по отношение на сигнала почти 10 пъти). Основният недостатък са доста големите геометрични размери (максималната дължина на тръбите е около 90 см).

Днес такива устройства практически не се използват, с изключение на няколко експериментални продукта.

Тръбен прорезен приемник (понякога наричан приемник на пътуваща вълна) е тръба с отвори или плътен аксиален процеп по цялата си дължина. С известно приближение такава тръба може да се разглежда като набор от тръби с различни дължини; следователно тръбният микрофон с прорези се нарича приемници от групов тип.

Ако звукът пристига по оста, тогава пътищата на неговото разпространение през тръбата и през отворите са еднакви и компонентите на звуковото налягане от входящите трептения са във фаза и следователно тяхната сума, действаща върху диафрагмата на Капсулата на микрофона е максимална. Ако звукът идва под ъгъл q v ... оста на тръбата, след това разликата в пътя на звука по цялата тръба и пътя от входа на тръбата до входа на отвора, разположен на разстояниед , ще предизвика фазово изместване, дефинирано като. Това от своя страна създава фазово изместване с различна величина между вибрациите, които идват през различни отвори, което, както и в предишния случай, води до намаляване на полученото налягане върху диафрагмата.

Трябва да се отбележи, че колкото по-висока насоченост се изисква да се получи, толкова по-дълга трябва да бъде дължината на звукоприемащия елемент (тръбата), тъй като индексът на насоченост се увеличава с увеличаване на съотношението на дължината на тръбата към дължината на вълната на получена радиация. За да се избегне образуването на стоящи вълни, външният край на звукоприемащия елемент (тръбата) е покрит с поглъщаща тъкан.

Този тип насочен микрофон е най-широко използван. Има няколко причини за това:

> - лекота на производство и в резултат на това ниска цена;

> - наличието в страната на няколко производители на това оборудване;

> - лекота на използване;

> - възможността за организиране на различни опции за камуфлаж.

Да вземем за пример няколко вида насочени микрофони от процепен тип.

Домашен микрофон с дълги светлини MD-74се състои от самия микрофон с динамичен тип и прилежаща тръба с дължина 0,8 м ... В стените на тръбата (фиг. 1.3.32) се правят редица отвори на равни интервали. За да се компенсира спада на чувствителността на микрофона при по-високи честоти поради високото им поглъщане в тръбата, около всеки от дупките са монтирани хъбове – рогове. Техните размери са избрани по такъв начин, че да осигурят повишаване на честотната характеристика при най-високите честоти от диапазона до 10 ... 12 dB. Основните параметри на микрофона са дадени в табл. 1.3.5.

В друг насочен тръбен микрофон КМС-19-05няма рога. Той е предназначен за професионален звукозапис при работа на относително големи разстояния от източника (до 100 м ), в среда с повишен околен шум. Основните му параметри също са показани в таблицата. Устройството за укрепване на колана е разположено отстрани на оператора, което създава известна лекота на използване. Опитът с такива микрофони обаче показва, че декларираните 100 м обхват може да се получи само в тиха провинция. В относително

Таблица 1.3.5. Основни характеристики на някои микрофони с насочена тръбна цепка

Тип на микрофона / Номинален честотен диапазон, Hz / Неравномерност на честотната характеристика, dB / Чувствителност на празен ход при 1000 Hz, mV / Pa / Свойства на посоката / Външни размери, mm / Тегло, kg

MD-74 /10...10000 / 8 / 1.2 / Насочен (индекс на насоченост при честоти над 125 Hz - не по-малко от 6 dB / 071х810 / 0,5

KMS-19-05 /20...20 000/8/45 / Sharp / 024x850 / 0,28

KMS-1909 /20...20 000/8/30 / Едностранно насочен (ъгъл на отваряне 115° с спад от 6 dB) / 024x203 / 0,19

MKE-802/50 .., 15 000/7/13 / Суперкардиоид / 022x292 / 0,185

тих градски двор - ред 30 м , а на доста оживена улица - 10 ... 15 м. Може да се предположи, че такива диапазони са присъщи на всички насочени микрофони от този тип, както местни, така и чуждестранни.

Трябва да се отбележи, че много тръбни насочени микрофони се предлагат с предно стъкло, обикновено пяна, за да се намали чувствителността към шума от вятъра.

Всички описани по-горе устройства могат да бъдат приписани на базираните решетки, но според установената в момента терминология те включват продукти, които имат равнина, върху която са разположени отворените краища на звуковите водачи; осигуряват синфазово добавяне на звукови полета от източник в определен акустичен комбинатор, на изхода на който е разположен микрофон (фиг. 1.3.33). Ако звукът идва от аксиална посока, тогава всички сигнали, които се разпространяват през звуковите водачи, ще бъдат във фаза, а добавянето в акустичния комбинатор ще даде максимален резултат. Ако посоката към източника на звук не е аксиална, а под определен ъгъл спрямо оста, тогава сигналите от различни точки на приемната равнина ще бъдат различни по фаза и резултатът от тяхното добавяне ще бъде по-малък; В този случай броят на точките за получаване може да достигне няколко десетки. Очевидно такава решетка

Фиг. 1.3.32. Тръбен процепен насочен микрофон:

1 - микрофон; 2 - усилвател; 3 - звукови вълни; 4 слота; 5 - капак от ветроустойчива пяна

е по-малко обемист от микрофон от органен тип, но губи значително спрямо последния по свойства на насоченост.

Насочеността за даден тип насочен микрофон може да се определи грубо по формулата:

където С - площта на входния отвор, m 2;л - дължина на звуковата вълна, m; N е броят на решетъчните елементи.

Трябва да се отбележи, че тази формула е приложима, когато елементите на антенната решетка са разположени по предната част на разстояние около 15 см.

Пример за този тип насочен микрофон е „Шумолене“.Отнася се за устройства, предназначени за слушане

1 - микрофон; 2 - усилвател; 3 - звукова вълна; 4 - краища на звукови водачи;

5 - звукови водачи; 6 - акустичен микрофон

и запис на речева информация в открито пространство, в честотен диапазон 100 ... 10 000 Hz. Максималният паспортен обхват на извличане на информация е 30-40 m при нива на шум от 74 ... 76 dB и нива на реч от 70 ... 74 dB. Въпреки това, в зависимост от шумовата среда и нивото на информация, обхватът на снимане ще се промени. Микрофонът е направен под формата на гъвкава пластина с размери 320x320 мм с голям брой акустични входни отвори на външната повърхност (от оператора). Благодарение на звуковите водачи и сумиращите устройства се формира фазирана решетка, която дава възможност да се формира диаграма с ширина на главния лоб от около 30 ... 40 ° при честота 1 kHz. Насоченото усилване е около 12 dB.

Микрофонът, поместен в специален калъф, може да се монтира върху тялото на оператора, под дрехите във версия на гърдите (отпред-назад). На ремъка на корпуса е поставен манипулатор, който се състои от нискочестотен усилвател с автоматичен контрол на усилването, източник на захранване и контроли: включване / изключване с първоначална инсталацияполезно ниво на сигнала и два изхода за магнетофон и слушалки. Функционалността на продукта може да бъде разширена чрез допълнителна инсталация на радиоканал и други сервизни устройства. Дизайнерските характеристики улесняват прикриването на микрофон под папка, дипломат, рисуване и др.

Тъй като работата в стая се характеризира с наличието на голям брой отразени сигнали от различни елементи на строителни конструкции под формата на стени, тавани, колони, максималната ефективност на такъв насочен микрофон се постига в помещения с обем повече отколкото 500 м 3.

Препоръчително е да избягвате използването на два слоя дрехи над микрофона, единият от които е изолиран или изработен от кожа (кожа). Полезен сигнал може да бъде записан без предварителен контрол, но в същото време трябва да се помни, че разстоянието до източника на звук не трябва да бъде повече от 4-5 пъти по-голямо от разстоянието, на което се изисква необходимото качество на записа, направен от Осигурен е всепосочен микрофон.

Известни и други образци на антенни решетки, направени, например, под формата на лента, която може да бъде камуфлажирана за различни предмети. Прогнозните изчисления показват, че в зависимост от геометричните размери на лентата, коефициентът на насочено действие е в диапазона от 2 ... 5 dB.

Насочени микрофони с параболичен рефлектор

Принципът на работа на такива устройства е доста прост и ясен. Микрофонът се поставя във фокуса на параболичен рефлектор (фиг. 1.3.34). Звуковите вълни от аксиална посока, отразени от параболичното огледало, се добавят във фаза във фокусната точка. Има увеличение

Ориз. 1.3.34. Параболичен насочен микрофон:

1 - микрофон; 2 - усилвател; 3 - звукова вълна

звуково поле. Колкото по-голям е диаметърът на огледалото, толкова повече печалба може да осигури устройството. Ако посоката на пристигане на звука не е аксиална, тогава добавянето на звукови вълни, отразени от различни части на параболичното огледало и пристигащи във фокуса, ще даде по-малък резултат, тъй като не всички термини ще бъдат във фаза. Затихването е толкова по-силно, колкото по-голям е ъгълът на пристигане на звука спрямо оста. Така се създава ъглова селективност при приемане.

Насоченото усилване за даден тип насочен микрофон може да се определи грубо с помощта на формулата:

където С e е ефективната повърхност на антената.

Ефективната повърхност е тясно свързана с максималната мощност, която приемната антена може да извлече от падаща плоска акустична вълна. Когато са изпълнени редица условия ( D> 1, където D - диаметър на рефлектора; съвпадение на максимума на радиационния модел с посоката на пристигане на вълната и т.н.), можем приблизително да предположим, че S e »S, където S - площта на входния отвор, m 2.

Нека разгледаме няколко системи като примери за насочени микрофони с параболичен рефлектор. Преносим параболичен приемникПРОФ-200 предназначени за дистанционно приемане на звукови вълни. Има висока чувствителност и остър модел на насоченост на параболично огледало. Оборудван с допълнителен регулируем филтър, който позволява избор на честота на сигнала по отношение на ширината и позицията на неговия спектър върху честотната ос. Обхват на паспорта - 0,6 мили (?). Очевидно за рекламни цели е предвидено за най-добри условия за приемане: тиха открита зона, през нощта човек говори с пълен глас. Възможно е свързване към магнетофон. Захранване - от вградена батерия или външно зарядно от мрежа 220 V. Диаметърът на огледалото е 60 и 75 см (качеството на приемане се подобрява с увеличаване на диаметъра).

Стойностите на коефициента на насоченост (насоченост) на антената в зависимост от диаметъра на огледалото и честотата на приемания акустичен сигнал са дадени в табл. 1.3.6.

Таблица 1.3.6. Стойностите на насочеността на антената в зависимост от диаметъра на огледалото и честотата на приемания акустичен сигнал

Честота, Hz / KND при диаметър на огледалото 0,6 м / KND при диаметър на огледалото 0,75 м

500 /1 /11

1000 /15 /17

5000 /19 /31

10000 /35 /37

Друг насочен микрофон (тип А-2) има параболичен рефлектор с диаметър 43 см , оборудван с усилвател и слушалки. Обхватът на паспортите в открити площи също е деклариран за 0,6 мили (!). Коефициентът на усилване на електронния блок е най-малко 80 dB. Има автоматична система за контрол на усилването с динамичен диапазон от 40 dB входни сигнали. Захранва се от стандартна батерия 9 V. Осигурен е контакт за свързване на магнетофон.

Параболичните насочени микрофони PK375 и PK390 (произведени в Германия) имат следните параметри.

PK375:размери - 0600x300 мм, тегло - 1,2 кг , усилване - 90 dB, захранване - 5V, автономност - 75 часа.

PK390, съответно: 0130x100 mm, 1,1 кг , 70 dB, 9 V, 50 часа. Обхват на паспорта - до 50 м (на точността на германците може да се завиди).

Ориз. 1.3.35. Насочени микрофони за отдалечен запис на прихваната акустична информация:

а - параболичен; b - тръбна прорезна

шокиран. Последното е практически невъзможно в случай на използване на насочени микрофони с параболични рефлектори поради значителните им размери.

Чуждестранните експерти препоръчват използването на такива микрофони само в условия на ограничена видимост и при относително ниски нива на околния шум - през нощта, в паркове, селски райони и т.н. В същото време те честно информират, че акустичният телескоп може да не улавя звуци при голямо (декларирано) разстояние, ако се използва в близост до магистрали или в райони с висок фонов шум.

Поради това подобни системи рядко се използват за извличане на информация. Използват се предимно от журналисти, учени, режисьори и др. Дори в рекламните брошури на производителите на специална техника е посочено, че такива микрофони са незаменими за спортни състезания, лов, екскурзии сред природата, за двупосочна дискретна комуникация.

Появата на някои видове насочени микрофони е показана на фиг. 1.3.35.

Перспективи за развитие на насочени микрофони

Дизайнът на насочените микрофони непрекъснато се подобрява, тъй като проблемът с дистанционното записване на реч става все по-належащ в рамките на развитието на системи за скрито извличане на информация. Революционен катаклизъм (в смисъл на увеличаване на радиуса на прихващане до километри) обаче не се предвижда в тази област на технологиите. В същото време могат да се разграничат следните направления за подобряване на характеристиките на насочените микрофони:

1. Възможна е поява на устройства, способни на адаптивно пространствено-времево филтриране на акустични смущения. Обективната основа на такива устройства са постиженията в областта на цифровата многоканална обработка на данни (специализиран компютър ще стане същата позната част от насочен микрофон, като слушалки);

2. Напредъкът в областта на високочувствителните акустични сензори по принцип позволява в близко бъдеще да се създадат микрофони с праг на чувствителност от -10 ...- 15 dB, което леко ще увеличи обхвата на прихващане на акустична информация (при липса на акустични смущения и шум);

3. Възможна е появата на принципно нови устройства, използващи нелинейни и параметрични ефекти за внедряване на органолептични скрити антени с голям размер, способни да увеличат насочеността до 25 dB или повече.

Характеристики на използването на насочени микрофони

Тъй като обхватът на разузнаване се влияе не само от параметрите на микрофоните, но и от условията, при които се използват тези устройства, трябва да сте наясно с някои от характеристиките на използването на насочени микрофони.

НА ОТКРИТОТО ПЛОЩ

Отворената площ обикновено включва зони, които нямат ясно изразени ограждащи структури, които създават затворен обем.

По правило това са улици, площади, стадиони, дворове, паркове, летни зали. кафенета, плажове и др. Работата на открити площи включва и слушане на разговори в помещенията, ако подслушването се извършва през отворен прозорец, прозорец или спуснат прозорец на автомобила.

Основните ограничения за скрито извличане на информация в такива условия са затихването на сигнала по време на разпространението му и високото ниво на фонов шум.

Размерът на затихването се определя от редица фактори, които зависят както от характеристиките на самия звук, така и от свойствата на средата за разпространение. Всички те са разделени на две големи групи.

Първият включва фактори, свързани със законите на разпространението на акустичните вълни. а именно:

> - при разпространение в неограничена среда от източник с крайни размери, интензитетът на звука намалява обратно пропорционално на квадрата на изминатото разстояние;

> - нееднородностите на средата (капки дъжд, клони на дървета и други препятствия) причиняват разсейване на звуковите вълни, което води до отслабване на сигнала в "главната" посока;

> - разпространението на звука в атмосферата се влияе от турбуленцията, разпределението на температурата и налягането, силата и скоростта на вятъра, които причиняват огъване на звуковите лъчи, а понякога дори нарушават предаването на звука.

Наистина, звукова вълна, удряща интерфейса между два слоя на атмосферата с различни характеристики, се отразява частично и частично прониква в друг слой. В този случай пречупването на вълната се случва в съответствие със закона на физиката, който казва, че съотношението на ъгъла на падане към ъгъла на пречупване (определя се от съотношението на скоростите на разпространение на звуковите вибрации в тези среди (слоеве):

sin j 1 / sin j 2 = C 1 / C 2

където C1 и C2 са скоростта на звука и в двете медии.

Ако параметрите на двата слоя са близки един до друг, тогава всъщност цялата енергия се прехвърля от една среда в друга и j 1 "j 2 ... Когато параметрите са различни, звуковите лъчи се огъват.

Поради тази причина операторът често е принуден да позиционира микрофона възможно най-високо над земята, за да увеличи максимално обхвата на прихванатите акустични сигнали.

> - звукопоглъщането нараства пропорционално на квадрата на честотата (следователно вибрациите с честоти над 1000 Hz затихват особено бързо);

> - степента на поглъщане нараства с намаляване на относителната влажност на въздуха (например при влажност 50% акустични сигнали с честота 10 kHz се отслабват само с 14 dB за всеки 100 м , а при намаляване на влажността до 15% затихването се удвоява и достига 28 dB; вятър, дъжд и сняг могат да добавят още 8 ... 10 dB за всеки 100 м).

Високото ниво на акустичен шум е друга специфика на отворените пространства.

За оценка на тяхното влияние върху качеството на фиксиране на акустичната информация се използва понятието ниво на силата на звука, което се разбира като ниво на чист тон, равен на смущаващия сигнал с честота 1000 Hz, изразен в децибели. Един (1) фон се приема като единица за ниво, тоест:

Lg [Фон] = L 1000Hz [dB].

Таблица 1.3.7 показва нивата на силата на звука на различни шумове в зависимост от обхвата на източника. Сравнявайки дадените стойности с нивото на обикновената реч, което е 65 ... 75 dB, се прави заключение за степента на влияние на акустичните смущения върху качеството на прихващането.

Някои ограничителни диапазони на регистрация са дадени в табл. 1.3.8.

Още веднъж трябва да се подчертае, че дадените цифри се отнасят за идеална среда и открито пространство, а в реални градски условия е почти невъзможно да се вземе информация от разстояния над 10 ... 15 м на шумна улица, 15 ... 25 м - в други случаи. В крайградски условия е 30 ... 100 м. По принцип е необходимо да запомните едно просто правило: ако операторът чува реч с ухото си, но не може да различи само отделни думи, тогава с помощта на добър насочен микрофон има възможност за прихващане и запис на разговора; в противен случай никакъв насочен микрофон 9n няма да помогне.

В СТАИТЕ

Таблица 1.3.7. Нива на силата на звука на различни източници на шум

Източник на шум и място на измерването му / Ниво на силата на звука, dB

Силен автомобилен клаксон на разстояние 8м /95...100

Електрически влак на естакада в далечината 6 м / 90

Шум във влака на метрото по време на шофиране /85 ... 90

Автобусно разстояние (с пълна скорост). 5 м /85...88

Трамвай на разстояние 10 20 м /80...85

Тролейбус в далечината 5 м / 77

Камион на разстояние 5- 20 м /60...75

Лек автомобил на разстояние 5 20 м /50...65

Шумна улица без трамвайно движение /60...75

Нормален среден шум отвън / 55 ... 60

Същото, в момента на затишие следобед /40

Тиха улица (без движение) /30...35

Тиха градина / 20

Дървообработваща фабрика /96...98г

Зала за масови сцени /75...95

Шумна среща /65...70

Шепот в далечината 1 м / 20

Разговор на разстояние 1 м: силен / нормален /65...70/55...60

Коридори /35...40

Кафене /50...52

Таблица 1.3.8. Ограничаване на обхвата на акустична регистрация

Вид дейност / / Граници на чуваемост, m

Човешки стъпки по земята / /30...100

Силен разговор / /200...300

Тих разговор / /100...200

Силен вик / /1000...1500

Акустичните шумове в помещенията, както и в открити пространства, значително ограничават динамичния обхват на получената информация, намаляват разбираемостта на речта. Тези шумове се създават както от хора, така и от вибрации, влизащи в помещението отвън (от улицата или от съседни стаи). Нивата на шума, генериран от хората, зависят от броя им в стаята, обема на разговорите и т. н. Нивата на шум (вибрации), проникващи отвън, се определят от звукоизолацията на помещението и нивата на външния шум.

Таблица 1.3.9 са показани санитарните норми за допустими нива на акустичен шум, характерни за различни видове помещения. Посочените цифри позволяват да се формира представа за условията за прихващане на речева информация с помощта на насочени микрофони. Тук е уместно да напомним още веднъж, че нивото на обикновената реч от разстояние 1м е 65 ... 75 dB.

Таблица 1.3.9. Нива на санитарен шум за жилищни и работни зони

Тип стая / норма, dB

За сън и почивка / 35

За умствена работа без собствени източници на шум (конструкторски бюра, стаи за програмисти, лаборатории за теоретична работа и обработка на експериментални данни) / 45

За офис работа с източници на шум (принтери), администрация на магазини, както и помещения, където хората са източник на шум (касови гишета и информационни зали) / 55

Производствени помещения, гаражи, механични работилници / 80