Необходимо помнить, что микрофонный усилитель усиливает звуки, приходящие со всех сторон, и, если соотношение сигнал/шум будет недостаточным, нужно применять пространственные направляющие системы (направленные микрофоны). В этом случае дистанционное звуковое прослушивание ведется с помощью дистанционно направленных микрофонов, имеющих очень узкую диаграмму направленности. С помощью такого микрофона можно прослушать разговор на расстоянии до 1 км в пределах прямой видимости и имеет место принцип: "поблизости никого нет, но тем не менее вас хорошо прослушивают". Использование явления резонанса звуковых волн в направленных системах приводит к увеличению уровня сигнала звуковой энергии, который поступает в микрофон.
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. 2.1 где N — номер трубки.
Таблица 2.1. Характеристики трубок направленного микрофона
Вариант размещения избирательной системы, составленной из направленных трубок, приведен на рис. 2.36
Рис. 2.36. Избирательная система из направленных трубок
Микрофон располагается в параболическом улавливателе, фокусом которого является направляющая система (рис 2.37).
Рис. 2.37. Микрофон в параболическом улавливателе
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. 2.2 приведены расчетные данные для использования а избирательной системе от 1 до 37 трубок.
Таблица 2.2. Расчетные данные для использования в избирательной системе от 1 до 37 трубок
Приведенная в табл 2.2 резонансная система перекрывает диапазон частот от 180 Гц до 8200 Гц. Вариант размещения резонансных трубок приведен на рис. 2.38, где трубки располагаются "улиткой".
Рис. 2.38. Избирательная резонансная система
Вместо резонансной системы можно использовать параболический рефлектор диаметром от 30 до 80 см.
Выносной микрофон с питанием от линии связи
Дистанционная передача информации возможна при использовании проводных линий связи, которые соединяют выносной чувствительный микрофон и оконечный усилитель. Поскольку выходной сигнал, снимаемый непосредственно с микрофона, имеет небольшую амплитуду, то передавать его по линии связи просто нецелесообразно.
Это связано с тем, что на длинных соединительных проводах наводятся разного рода помехи, имеющие значительную амплитуду. Чтобы передавать сигнал по этим проводам, его необходимо усилить до некоторой величины. Для усиления сигнала используется чувствительный микрофонный усилитель, расположенный в непосредственной близости с микрофоном. Питание такого усилителя осуществляется по проводам линии связи.
Ниже приведена схема выносного микрофона с питанием от линии связи. В устройстве используется динамический или электромагнитный микрофон. Коэффициент усиления по напряжению усилителя, собранного по схеме рис. 2.39, составляет около 3500. Передача сигнала может осуществляться на десятки и сотни метров.
Рис. 2.39. Выносной микрофон с питанием от линии связи
Сигнал с микрофона М1 поступает на усилитель, собранный на транзисторах VT1, VT2 и VT3. Между выходом и входом усилителя введена отрицательная обратная связь по напряжению, образованная резисторами R1, R2. R3 и конденсатором С1. При этом начальный ток, протекающий через усилитель по цепи плюс источника питания, резистор R7, постоянен и зависит от напряжения источника питания и сопротивления нагрузочного резистора R7. Сигнал, усиленный усилителем, вызывает изменение выходного тока усилителя, что приводит к изменению напряжения на нагрузке. Это напряжение поступает на усилитель звуковой частоты через конденсатор С2. Усилитель звуковой частоты может быть использован любой. Резистор R6 нужен для согласования внутреннего сопротивления микрофонного усилителя с сопротивлением линии связи. Выпрямительный мост VD1 типа КЦ407 необходим для предотвращения выхода устройства из строя вследствие ошибочного подключения источника питания. Транзистор VT4, включенный по схеме "аналога" стабилитрона, предотвращает скачки напряжения на усилителе в момент подключения питания. Кроме того, он позволяет получить симметричное ограничение выходного сигнала при перегрузках усилителя, что исключает появление четных гармоник, особенно неприятных для слухового восприятия.
В устройстве используются резисторы типа МЛТ-0,125 (кроме R6 и R7). Транзисторы VT1, VT4 могут быть типа КТ315, КТ312, КТ201, КТ342, КТ3102. Транзистор VT2 — КТ361, КТ345, КТЗ107. Транзистор VT3 КТ608, КТ603, КТ630, КТ626, КТ940. Диодный мост VD1 можно заменить четырьмя диодами типа КД102, КД103.
Настройка сводится к установке необходимого коэффициента усиления путем подбора сопротивления резистора R3. При изменении сопротивления резистора R3 от 0 до 20 кОм можно получить коэффициент усиления от 3500 до 10.
Питание усилителя осуществляется от источника постоянного тока напряжением от 12 до 60 В. Ток, протекающий через устройство, не должен выходить за пределы 0,5-60 мА. Его значение устанавливается подбором сопротивления R7.
Если сопротивление обмотки электромагнитного или динамического микрофона M1 по постоянному току менее 600 Ом, то его желательно включить в цепь эмиттера транзистора VT1. В качестве линии связи используется экранированный или обычный провод. В последнем случае провода желательно свить между собой.
Малогабаритный выносной микрофон с низким питающим напряжением
Схема, приведенная на рис. 2.40, в отличие от описанной выше, работает при более низком питающем напряжении. Выносная часть устройства имеет малые размеры. Длина соединительного кабеля составляет 15–30 м.
Рис. 2.40. Малогабаритный выносной микрофон
Устройство разделено на две части. Одна из них собрана на транзисторе VT1 типа КТ315 по схеме с общим коллектором, а вторая — на транзисторе VT2 по схеме с общим эмиттером. Сигнал, снимаемый с электретного микрофона с усилителем типа МКЭ-3, поступает на базу транзистора VT1. Нагрузкой этого каскада служит резистор R3, расположенный во второй части устройства. Это сопротивление необходимо для обеспечения питания входного каскада на транзисторе VT1 при минимальном количестве соединительных проводов. Сигнал, снимаемый с резистора R3, через конденсатор СЗ, поступает на усилитель звуковой частоты, собранный на транзисторе VT2 типа КТ315.