Для сборки схемы чувствительного микрофона нам понадобится:
1. Транзистор BC547 или КТ3102, можно попробовать КТ315.2. Резисторы R1 и R2 номиналом 1 кОм. Для увеличения чувствительности R1 под капсюль, номиналом от 0,5 – 10 кОм.
4. Дисковый керамический конденсатор номиналом 100-300 пФ. Его можно не включать, если изначально никаких «шипов» или возбуждений усилителя не будет.
5. Электролитический конденсатор 5-100 мкФ (6,3 -16 В).
Первым делом определим полярность подключения микрофона-капсюля. Делается это простой: минус всегда подключен к корпусу. Затем собираем схему, хоть навесным монтажом, хоть на мини плате. Вся чувствительность предварительного усилителя будет зависеть от коэффициента усиления транзистора и подобранного резистора R1. Обычно усилитель собирается и работает сразу, его чувствительности должно хватать с запасом.
Запись сделана на капсюль без схемы предварительного усилителя.
Запись сделана на капсюль со схемы предварительного усилителя.
Разницу видно не вооруженным глазом. Теперь микрофон не обязательно вешать на шею и в него кричать. Можно вполне поставить его на стол и говорить без лишних усилий. Ну а если чувствительность окажется слишком большой, то её всегда можно без проблем убавить настройками в операционной системе.
Направленный микрофон можно использовать как для записи голосов животных, птиц, шума моря и т. п., так и в качестве «средства электронной разведки» в военно-спортивных играх. В первом случае необходим переносной магнитофон, во втором достаточно наушников, например, от плеера. Направленность микрофона значительно повышает соотношение сигнала к шуму на входе усилителя и позволяет качественно усиливать и записывать звуки отдаленных источников.
Конструкция микрофона, описанная в , показана на рис. 4.7. Основа конструкции - цилиндрический футляр 1 диаметром 60…65 мм и длиной 450…600 мм, который нетрудно склеить из чертежной бумаги. Для уменьшения отражения звука от стенок футляр оклеивают изнутри слоем поролона 2. Микрофонный капсюль 3 прикрепляют к футляру проволочными кольцами и резинками 5. Вблизи микрофона крепят
Рис. 4.7. Конструкция направленного микрофона
усилитель 6, заключенный в экран, например, из белой жести от банки из-под сгущенного молока. Под усилителем находится элемент питания 10. Тыльную сторону футляра закрывают крышкой 7, на которой закрепляют разъем 9 и переменный резистор S (R10).
Для удобства пользования к футляру прикрепляют ручку - скобу 11 W.3 полистирола толщиной 5 мм. На скобе-ручке крепят гайку 12, с помощью которой направленный микрофон устанавливают на фотоштативе.
Направленный микрофон позволяет записывать звуки с расстояния до 100 м. Еще лучших результатов удается добиться, если изменить конструкцию направленного микрофона. Для этого микрофон помещают в центр параболического рефлектора или дополнительно снабжают его набором резонансных трубок, см., например, . В любом конструктивном исполнении дополнительно увеличить дальность действия микрофона позволяет сужение полосы пропускания усилителя. На рис. 4.8 показана принципиальная схема усилителя, работающего в «телефонной» полосе частот 280…3400 Гц. Он собран на двух ОУ, входящих с состав достаточно малошумя-щего операционного усилителя К157УД2. Каскады идентичны и представляют собой включенные последовательно неинвер-тирующие усилители. Нижнюю границу полосы пропускания каждого из каскадов усилителя определяют элементы R1, С1 и R2, R3, С2, а верхнюю - R4, СЗ и R5, С4. Конденсаторы С5, С6 служат для частотной коррекции ОУ, делитель R6, R7
Рис. 4.8. Узкополосный микрофонный усилитель
образует искусственную среднюю точку. Конденсаторы С7, С8 шунтируют цепи питания ОУ DA1. Переменный резистор R2 - регулятор уровня, с помощью его коэффициент усиления схемы по напряжению можно менять в пределах 50…64 дБ.
К выходу усилителя (вывод 9 микросхемы DA1) могут быть подключены наушники сопротивлением по постоянному току 16… 100 Ом. При напряжении питания 6…9 В усилитель работает устойчиво и мощности, выделяющейся в нагрузке, вполне достаточно для прослушивания. Если будет применен ОУ другого типа, между его выходом и точкой соединения элементов R5, С4, выводы 3 и 5 разъема Х2 может потребоваться токоо-граничивающий резистор сопротивлением 33…47 Ом.
Печатная плата и размещение элементов на ней приведены на рис. 4.9. Конденсаторы С1-С4 могут быть типов К10-17, К10-47, К73-5, К73-9, К73-17, С5, С6 - КТ1, КД. В качестве ОУ DA1 можно использовать КР1434УД1, являющийся аналогом К157УД2, а также К140УД20. В последнем случае рису
Рис. 4.9. Печатная плата и размещение элементов узкополосного микрофонного усилителя
нок печатной платы придется подкорректировать, не забыв о токоограничивающем резисторе на выходе второго ОУ (вывод 10 микросхемы К140УД20). Резистор R2 типа СП4-1. Типы остальных элементов такие же, как в предыдущей схеме.
Данная схема также практически не требует налаживания, следует лишь убедиться в наличии нулевого напряжения на выходе схемы (между выводами 2 и 3, 5 разъема XI).
Микрофоны направленного действия состоят из диффузора, а также усилителя. Многие модификации используются спецслужбами. Современные устройства производятся с фильтрами и без них. Многие модификации способны похвастаться высокой чувствительностью. Если верить специалистам, то модель целесообразнее приобретать с двумя
Минимальная пороговая частота в среднем составляет 300 МГц. Чувствительность на импедансе не превышает 3 мВ. У многих моделей применяется два усилителя. Проводимость звукового сигнала в таком случае возрастает довольно сильно. На рынке микрофон направленного действия для профессионалов стоит примерно 12 тыс. руб.
Как сделать своими руками?
Чтобы сделать направленный микрофон своими руками, нужно в первую очередь заняться установкой диффузора. Многие эксперты в данной ситуации рекомендуют применять диодные устройства. Показатель минимальной чувствительности у них в среднем составляет 4 мВ. Также стоит отметить, что для микрофона потребуется небольшой фильтр, который будет справляться с импульсными помехами. Усилители целесообразнее подбирать низкочастотного типа.
Расход энергии у них не слишком высокий. Также стоит отметить, что они являются компактными и не займут много места в корпусе устройства. Непосредственно батарея устанавливается за диффузором. Для увеличения проводимости сигнала рекомендуется применять константный переходник.
Параметры устройств King EH031
Данные микрофоны направленного действия отзывы в основном получают положительного характера. Если верить экспертам, то проводимость сигнала в устройстве довольно высокая. Отдельного внимания заслуживает качественный усилитель. У данного микрофона он применяется линейного типа. Система защиты используется класса РР40.
Рабочая влажность микрофона данной серии находится на уровне 40 %. Если верить экспертам, то диффузором воспринимаются без проблем. Посторонние предметы значительно снижают качество слышимости. Этот направленный микрофон на расстоянии до 130 метров работает замечательно. Линейный аудиовыход в данном случае имеется. Стоит модификация в районе 8800 руб.
Микрофоны серии King EH035
Этот направленный микрофон для прослушки производится с двумя дипольными триодами. Усилитель стандартно используется низкочастотного типа. Показатель чувствительности на импедансе равняется 3.3 мВ. Если верить экспертам, то проводимость сигнала при низких частотах довольно высокая.
Проводник у модификации находится в задней части устройства. Также стоит отметить, что модель оснащена отличной системой защиты класса РР42. Все это говорит о том, что модификация способна работать на расстоянии свыше 130 метров. Слышимость голоса при высоких частотах довольно высокая. Отдельного внимания заслуживают компактные размеры микрофона. Цена на данный товар стартует от 13 тыс. руб.
Особенности модификаций King EH040
Микрофон (направленный) представленной серии отличается высоким качеством слышимости при низких частотах. Фильтр у модификации используется с диодным переходником. Если верить экспертам, то диффузор обладает малой проводимостью сигнала. Также стоит отметить, что у модели есть проблемы с быстрой разрядкой. Аккумулятор в устройстве применяется литиевого типа, и рассчитан он на пять часов работы. Запас энергии у него крайне малый. Усилитель в модели применяется низкого качества. Стоит устройство в магазинах примерно 12 300 руб.
Параметры устройств Shure SV200
Этот микрофон (направленный) замечательно подходит для прослушки на расстоянии свыше 100 метров. Если верить экспертам, то низкие частоты слышатся замечательно. Переходник под микрофон подобран довольно качественный. Также стоит отметить, что диффузор способен работать при повышенной влажности. Отдельного внимания заслуживает небольшой фильтр, который отсеивает лишние звуки.
Помехи посторонних колебаний он фильтрует довольно качественно. Однако недостатки в устройстве все-таки есть. С высокими частотами на большом расстоянии модель справляется плохо. Линейный аудиовыход в данном случае отсутствует. Также стоит отметить, что модель быстро разряжается. При этом индикатор батареи иногда перегорает. Стоит модификация в наше время примерно 14 300 руб.
Микрофоны серии Shure SV300
Данный микрофон (направленный) больше всего подходит для работы на расстоянии не более 140 метров. Проводимость сигнала при низких частотах у него довольно высокая. При расстоянии до 80 метров слышимость голоса очень хорошая. Переходник под батарею в данном случае подобран дипольного типа. Диффузор у этого микрофона применяется только один. Для подключения наушников применяется линейный коаксиальный выход. Также у модификации есть разъем на 3.5 мм. Чувствительность высоких частот в данном случае составляет 3.3 мВ.
Если верить экспертам, то для профессионалов устройство подходит не лучшим образом. Индикатор включения у модели отсутствует. Также стоит отметить, что диффузор плохо справляется с повышенными частотами. Переходник под линейный видеовыход в устройстве отсутствует. Индикатор заряда батареи производителем не предусмотрен. Стоит этот направленный микрофон для прослушки на расстоянии в пределах 10-11 тыс. руб.
Особенности модификаций Rode NTG-2
Этот микрофон (направленный) производится с двумя диффузорами. Если верить экспертам, то проводимость сигнала при низких частотах довольно высокая. На расстоянии до 100 метров слышимость голоса хорошая. Фильтр для импульсных помех в данном случае отсутствует. Также стоит отметить, что усилитель для микрофона подобран без переходника.
Если говорить про подключение, то важно упомянуть о наличии коаксиального разъема. Линейный аудиовыход у модификации также имеется. Слышимость высоких частот на большом расстоянии не сильно хорошая. При этом чувствительность усилителя находится на уровне 2.2 мВ. Если верить экспертам, то для профессионального применения микрофон не особо хороший. Также надо отметить, что в его наборе не предусмотрен чехол. Стоит направленный микрофон для прослушки на расстоянии примерно 14 тыс. руб.
Параметры устройств Samson R23S
Это компактный и качественный микрофон. Если верить экспертам, то модель довольно часто применяется спецслужбами. Рабочая влажность устройства составляет 44 %. При температуре свыше 45 градусов его использовать запрещается. Диффузор у модификации применяется диодного типа, а переходники под него подобраны с двумя контакторами. Фильтр у модели стандартно установлен низкочастотного типа. Непосредственно усилитель применяется с низкоомными переходником.
Параметр пороговой чувствительности максимум достигает 4.3 мВ. Если верить доводам экспертов, то модель замечательно справляется с прослушкой на расстоянии свыше 150 метров. Сбои в работе усилителя наблюдаются довольно редко. Система защиты у микрофона применяется класса РР40. Цена на эту модель стартует от 10 тыс. руб.
Микрофоны серии Samson R25S
Это профессиональный и качественный микрофон. Если верить экспертам, то проводимость сигнала при низких частотах у него приемлемая. Также стоит отметить, что устройство разрешается применять в сырую погоду. Линейный выход КЕ в данном случае используется.
Еще в устройстве имеется разъем на 3.5 мм. Батарея у микрофона применяется литиевого типа на 2 А. Если верить доводам экспертов, то с высокими частотами модель справляется не лучшим образом. Фильтры у модификации применяются с медными изоляторами. По габаритам микрофон является компактным. Цена на него стартует от 9300 руб.
Особенности модели Sennheiser XSW 12
Этот микрофон не подходит для прослушки на небольшом расстоянии. Фильтр импульсных помех применяется низкого качества. Однако стоит отметить компактность модификации. Переходник к микрофону крепится очень надежно. Показатель чувствительности составляет не более 3.2 мВ.
Также стоит отметить, что у модели редко ломается диффузор. Батарея применяется только на 3 А. Система защиты применяется класса РК40. Рабочая влажность данного микрофона находится на уровне 34 %. Приобрести товар пользователь может за 8300 руб.
Обычные микрофоны способны регистрировать человеческую речь на расстоянии, не превышающем нескольких десятков метров. Для увеличения дистанции, на которой можно производить прослушивание, практикуют применение направленного микрофона. Другими словами, это устройство собирает звуки только с одного направления, т.е. обладает узкой диаграммой направленности. Такие устройства широко применяются не только в разведке, но и журналистами, охотниками, спасателями и т.д.
В простейших из них узкая диаграмма направленности формируется за счет использования длинной трубки и микрофона, установленного в ней. Трубка маскируется под трость или зонт. В более сложных конструкциях могут использоваться несколько трубок различной длины - это так называемый микрофон органного типа. Такой микрофон способен улавливать звуки голоса на расстоянии до 1000 метров. Высокую направленность имеют также микрофоны, в которых диаграмма направленности формируется параболическим концетратором звука.
Можно выделить два основных типа направленных микрофонов:
- с параболическим отражателем;
- резонансный микрофон.
Микрофон с параболическим отражателем.
В микрофоне с параболическим отражателем собственно микрофон расположен в фокусе параболического отражателя звука. Направленный параболический микрофон с усилителем АD-9 концентрирует идущие звуки и усиливает их. Прост в обращении и настройке. В комплект входит микрофон, усилитель, кабель и головные телефоны. Электропитание - от батареи 9 В. Выпускаются несколькй моделей. Общим в конструкции всех этих микрофонов является наличие рукоятки пистолетного типа, параболического отражателя диаметром около 40 см и усилителя. Диапазон воспринимаемых частот составляет от 100-250 Гц до 15-18 кГц. Все микрофоны имеют автономное питание и имеют разъемы для подключения к магнитофону. Острая "игольчатая" диаграмма направленности позволяет при отсутствии помех контролировать человеческую речь на расстоянии до 1200 м. В реальных условиях (в условиях города) можно рассчитывать на дальность до 100 м.
Ниже представлен рисунок направленного микрофона с параболическим отражателем. (рис.1)
Резонансный микрофон.
Резонансный микрофон основан на использовании явления резонанса в металлических трубках разной длины. Например, в одной из модификаций такого микрофона используется набор из 37 трубок длиной от 1 до 92 см. Звуковые волны, приходящие к приемнику по осевому направлению, приходят к микрофону в одинаковой фазе, а с боковых направлений (по причине отличной скорости распространения звуковых волн в металле, а также разной длины трубок) - оказываются сдвинутыми по фазе. Так как подобные устройства на рынке практически не представлены, у авторов нет данных о преимуществах резонансных микрофонов.
С точки зрения скрытого контроля звука применение направленных микрофонов затруднено из-за зачастую неприемлемых их габаритов и источников акустических помех. Кроме того, для того, чтобы не быть прослушанным в автомобиле, достаточно просто поднять стекло. Ниже представлен рисунок направленного микрофона органного типа. (рис.2)
Схемы усилителей низкой частоты, которые можно использовать в микрофонах органного типа приведены на рис.3-4.
Конструирование чувствительных усилителей для прослушивания речи имеет свои особенности. Одна из практических схем микрофонного усилителя приведена на рис. 3.
Это устройство содержит двухкаскадный усилитель низкой частоты на малошумящих транзисторах VT 1 и VT 2 , корректирующий фильтр на транзисторе VT 3 и оконечный усилитель, собранный по двухтактной бестрансформаторной схеме, на транзисторах VT 4 -VT 6 . Акустическое усиление сигнала звуковой частоты, приведенным устройством составляет 85 дБ, начальный ток потребления - 1,8 мА, полоса усиливаемых частот - от 0,3 до 3 кГц, максимальный выходной уровень сигнала - 124 дБ.
Сигнал с микрофона М1 типа "Сосна" через конденсатор С 1 поступает на базу транзистора VT 1 . Поскольку чувствительность усилителя звуковой частоты ограничена внутренними шумами транзисторов, то для уменьшения шумов в первых каскадах усилителя использованы малошумящие транзисторы типа КТ3102. Усилительные каскады на транзисторах VT 1 и VT 2 охвачены глубокой отрицательной обратной связью, которая позволяет обеспечить устойчивую работу каскадов и более линейную АЧХ. Нагрузкой второго каскада усилителя является перемеяный резистор R 3 , он же является и регулятором громкости. Сложный RС-фильтр, состоящий из элементов R 3 , С 5 , R 6 , С 6 , R 7 , С 7 отсекает "шумовые" ВЧ составляющие, принимаемые микрофоном, и оставляет только сигналы в полосе частот до 4 кГц. Этот диапазон обеспечивает наибольшую разборчивость речевой информации. С выхода фильтра сигнал поступает на оконечный усилитель звуковой частоты, выполненный на транзисторах VT 4 , VT 5 типа КТ315 и транзисторе VT 6 типа КТЗ61. Нагрузкой усилителя служит головной телефон типа ТМ-2А или ТЭМ. Резисторы в схеме используются типа МЛТ-0,125. Резистор R 3 - СПЗ-41 или другой небольших габаритов. Настройка устройства сводится к подбору сопротивлений резисторов R 1 и R 16 для установки напряжения в точках А и В равным половине напряжения питания.
В отличие от предыдущего устройства, собранного на дискретных элементах, предлагаемое устройство собрано на широко распространенной микросхеме типа К237УН1 и предназначено для обнаружения слабых акустических сигналов. Принципиальная схема устройства приведена на рис. 4.
В схеме использован электретный микрофон типа МКЭ-333. Сигнал с микрофона М1 поступает на вход микросхемы DA1 типа К237УН1, которая представляет собой усилитель низкой частоты. Усилитель включен по типовой схеме. Транзисторы VT 1 типа КТ315 и VT 2 типа КТ361 выполняют роль эмиттерных повторителей и служат для усиления сигнала по току. В качестве нагрузки используется телефон типа ТМ-2А.
Настройка усилителя звуковой частоты заключается в получений максимальной мощности сигнала на выходе микросхемы DA1 путем измене ния сопротивления резистора R 3 . Сопротивление резистора R 3 подбирают таким, чтобы при номинальном напряжении питания 9 В и отсутствии сигнала звуковой частоты на входе микросхемы DA1 потенциал на выводе 1 микросхемы DA1 находился в пределах 3,75-3,85 В. В случае неустойчивой работы усилителя, его самовозбуждения, необходимо между выходом микрофона М1 и конденсатором С 2 включить резистор сопротивлением 2-68 кOм. Устройство работоспособно в диапазоне питающих напряжений 3-9 В, потребляемый при этом ток составляет 2-6 мА. Вместо микрофона возможно подключение многовитковой катушки индуктивности. Она подключается между точками А и В схемы. Микрофон М1 и резисторы при этом отключаются. В последнем случае возможна регистрация переменных магнитных полей.
Простой направленный микрофон представляет собой набор из семи алюминиевых трубок диаметром 10 мм. Длина трубки определяет резонансную частоту звукового сигнала. Формула для расчета длины трубок имеет следующий вид:
L = 330/2F ,
где L - длина трубки в метрах; F - резонансная частота в герцах. Исходя из вышеприведенной формулы, можно построить табл. 1 для микрофона из семи трубок, где N - номер трубки.
Таблица 1. Характеристики трубок направленного микрофона
| N | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| L,мм | 550 | 400 | 300 | 200 | 150 | 100 | 50 |
| F,Гц | 300 | 412 | 550 | 825 | 1100 | 1650 | 3300 |
Вариант размещения избирательной системы, составленной из направленных трубок, приведен на рис. 5.
Микрофон располагается в параболическом улавливателе, фокусом которого является направляющая система (рис. 6).
Дальнейшее усиление сигнала происходит за счет использования высокочувствительного микрофонного усилителя МУ. Этот направленный микрофон перекрывает диапазон частот от 300 Гц до 3300 Гц, т. е. основной информационный диапазон речевого сигнала.
Если необходимо получить более качественное восприятие речи, то необходимо расширить диапазон принимаемых частот. Это можно сделать путем увеличения количества резонансных трубок, например, до 37 штук. В табл. 2 приведены расчетные данные для использования в избирательной системе от 1 до 37 трубок. Приведенная в табл. 2 резонансная система перекрывает диапазон частот от 180 Гц до 8200 Гц. Вариант размещения резонансных трубок приведен на рис. 7, где трубки располагаются "улиткой".
