Сделать направленный микрофон. Направленный микрофон схема

В обзоре супер популярное звукоусилительное устройство под названием Арбитр. Это микрофон для направленной прослушки, который улавливает и усиливает слабые звуки на расстоянии до 100 метров. При помощи этого устройства можно слушать и записывать различные звуки, например, пение птиц. Конечно, можно услышать и чужие разговоры, что автор этого видеообора настоятельно не рекомендует, потому что делать это нехорошо.

Куплено в этом китайском магазине . Давайте распакуем и соберем гаджет. Первое, что находится в коробочке – параболический улавливатель в виде пистолета. Он оборудован монокуляром с 8 кратным увеличением с зуммером, чтобы следить за объектом. Кнопка включения, регулятор громкости, запись, подключение наушников. В комплекте имеются наушники.

Сборка и отладка микрофона для прослушки

Приступим к сборке и наладке Арбитра для работы на расстоянии. Питается от одной батарейки Крона, но это не очень хорошо, так как они имеют небольшую емкость. Лучше купить другую батарейку. Устанавливаем батарейку. Теперь крепим параболический звуковой отражатель.

Как работает улавливатель звука на расстоянии?

Акустические колебания от микрофона передаются на усилительное устройство, которое усиленный звук передает на наушники. Подключаем их. Усилитель звука готов к работе.

Давайте проверим его в работе. Одеваем наушники, включаем кнопку, направляем на источник. Слышно пение птиц вдалеке, звук реально усиливается в 15-20 раз, отчётливо слышно. Он настолько громкий, что при пении птицы, находящейся рядом, приходится сбавить мощность.

Прекрасный гаджет для различения и прослушивания на расстоянии. Если использовать более мощные наушники, это микрофон для прослушки действует лучше. Нужны наушники закрытого типа, сразу возрастает чувствительность и качество звука.

) о самоделках для съемки видео с помощью цифровой фотокамеры я уделил немного внимания записи звука, упомянув о возможности использования подключаемого петличного микрофона Sanyo HM-250 и синхронной записи на аудиорекордер (Alesis PalmTrack).

Внешний рекордер (слева) на камере для синхронной записи звука и самодельное крепление петличного микрофона (справа) для записи звука фотокамерой. Минусы первой конструкции - жесткое крепление, передающее в рекордер звуки от фотокамеры (работа механизмов и касаний рук). Минусы второй - длинный кабель петличного микрофона «ловит» электромагнитные помехи.

В этой статье тема самоделок для записи звука будет продолжена. Но прежде о том, зачем что-то делать самому. Первый и главный ответ - потому что интересно. Второй - потому что «барыги достали». Недавно в «живом магазине» (вернее, в торговом комплексе, где, как правило, ценников не ставят) мне предлагали посредственный микрофон Audio-Technica ATR-6550 по примерно тройной цене от той, что просят в российских интернет-магазинах (разумной, но, естественно, чуть более высокой, чем в странах «развитого капитализма»). К счастью, есть интернет для справки по ценам и еще есть YouTube, который позволяет оценить качество звука, не покупая микрофон.

Так вот, если набрать в поиске по YouTube название микрофона с приемлемой ценой (я ее оцениваю в Небольшое дополнение о той простой самоделке (петличный микрофон в «противоветровом» держателе), которая была описана в прошлой статье. Я писал, что микрофон Sanyo HM-250 имеет более-менее равномерную направленность (что проверялось по индикаторам уровня записи камеры/рекордера при вращении микрофона вокруг своей оси). И еще о том, что он хуже, чем встроенный микрофон камеры, слышит высокие частоты. Однако (при более внимательном и методичном анализе с помощью генератора белого шума и программы ) оказалось, что у этого микрофона заметно падает чувствительность к высоким частотам при боковой направленности сигнала. Поэтому микрофон был извлечен из петлички кроватки-держателя (см. иллюстрации к прошлой статье) и помещен в ветрозащитный держатель вперед головкой (а не боком, как это возможно при использовании кроватки-держателя). Звук, записываемый такой конструкцией, стал лучше. Но длинные провода петличного микрофона нередко ловят наводки, и тогда неприятные гулы с биениями слышны в записи. Выход - резать (укорачивать) провода и/или менять их на экранированные. Так как портить петличный микрофон не хотелось, я решил сделать микрофон из имеющихся в продаже микрофонных капсюлей. Хотя ассортимент подобных устройств в электронных магазинах, как правило, широк, в наличии оказывается не всё и не самое лучшее. Мне удалось приобрести электретные микрофоны HMO 0603B с напряжением питания 3 В, сравнительно широким диапазоном записываемых частот, хорошей чувствительностью и отсутствием выраженной направленности.

Самоделка удачная

Так как было очевидно, что заведомо хороший капсюль (или капсюли - для стереомикрофона) сразу не найти, решено было делать конструкцию микрофона разборной и модульной. Таким образом несколько ухудшается надежность, которая очень важна для конечного решения, но это вполне приемлемо для экспериментальной самоделки. Далее будет описан нормальный работоспособный вариант, а также возможные неприятности при выборе других вариантов.

Заготовки для изготовления микрофона - микрофонные капсюли и разъем RCA

Модуль микрофона в сборе. Защитным элементом служит отрезок корпуса разъема. Для стабилизации положения капсюля внутри корпуса-трубки свободное пространство можно заполнить пористой бумагой или свернутой в трубочку гофрированной бумагой.

Для модульного подключения микрофона используется разъем RCA. Капсюль микрофона монтируется на контакты «штыря» RCA. На проводе, ведущем к камере, разумно использовать ответный (то есть тот, что для подключения микрофона) разъем RCA типа «гнездо», что позволяет избежать (с большей вероятностью) случайных коротких замыканий цепи камеры.

В качестве корпуса для микрофона можно использовать оболочки от недорогого динамического микрофона. Из такой оболочки нужно извлечь капсюль, выключатель, провода и балластный груз.

Кабель подключения микрофона к камере (стерео, распаян на два моновхода) и уплотнители (поролон) для монтажа его в корпус микрофона

Кабель в сборе, готовый к установке в микрофонный корпус

Микрофон в сборе

В качестве крепления на камеру используется конструкция, описанная в прошлой статье . Между корпусом микрофона и трубкой держателя накручивается слой поролона, который изолирует микрофон от механических шумов, идущих от камеры. Для балансировки корпуса микрофона в тыльную его часть следует вклеить грузики-утяжелители.

Слабое место цифровых фотокамер при использовании их как видеокамер - тракт записи звука. По крайней мере, используемая мною Canon EOS 600D в записи звука заметно проигрывает 100-долларовому рекордеру Alesis PalmTrack. Даже при установке более-менее хорошего микрофона качество записи может быть невысоким из-за встроенного в камеру посредственного усилителя и рекордера. Снизить влияние собственных шумов встроенного усилителя камеры можно, просто отключив усиление звука (для некоторых камер это можно сделать с помощью Magic Lantern) или уменьшив его до минимума, одновременно усилив собственно сигнал от микрофона. Для усиления сигнала я собрал самоделку « » и испытал ее с камерой. Оказалось, что такой усилитель, действительно, помогает снизить шумы, но сам хорошо ловит внешние наводки. Установить его на камеру и нормально работать с ним мне не удалось - иногда он гудит, шумит и т. п. Пока не решена задача экранирования этого усилителя, я попытался найти ему замену. Требованиям компактности и невысокой стоимости удовлетворяет усилитель для наушников серии Fiio, к примеру Fiio E5 . Я нашел его на том же YouTube именно как вариант для усиления сигнала микрофона при записи видео.

Усилитель Fiio E5. На корпусе есть кнопки включения, управления громкостью и переключатель усиления басов

Заряжается усилитель от USB

Усилитель Fiio E5 не рассчитан на работу с микрофоном и камерой (предполагается, что нагрузка усилителя низкоомная; при 16 Ом выходная мощность составит 150 мВт, при 300 Ом - 16 мВт; а входное сопротивление камеры, судя по данным сайта Magic Lantern, - 2 кОм), и на его входе нет фантомного питания для встроенных в электретные микрофоны-капсюли усилителей. По этой причине необходимо обеспечить дополнительное питание для микрофона.

Стандартная схема подключения электретного микрофона с двумя выводами. Номиналы сопротивления нагрузки и питания соответствуют используемому в моей конструкции капсюлю HMO 0603B

Доработанная конструкция шнура с питанием. В цепь каждого канала включена 3-вольтовая батарейка CR2032 и резистор 2 кОм. При извлечении батареек кабель работает как обычный шнур «без питания»

При использовании микрофонов с более высоким напряжением питания и при необходимости сохранения компактности конструкции можно использовать альтернативную схему питания, в которой оба микрофона питаются от одной пары батарей (6 В).

Для уменьшения взаимного влияния каналов (а они при таком подключении оказываются связанными через цепь питания) в цепь нагрузки установлены сопротивления в 10 кОм. Чтобы обеспечить сбалансированность сигналов в левом и правом каналах, оба сопротивления должны быть одной величины с достаточной степенью точности.

Микрофон с усилителем в сборе

Как показала практика, при используемом микрофоне HMO 0603B и приведенной выше схеме подключения и питания усилитель добавляет немного уровню сигнала (на усилителе камеры можно выставлять, к примеру, усиление не 50%, а 40% - для получения уровня −12 дБ, что принципиально не сказывается на шуме). Тем не менее, эффект есть, и возможно, он будет лучше при использовании других микрофонов (если доверять ребятам, опубликовавшим свои видеоотчеты на YouTube).

Неудачные варианты

Описанные выше конструкции были не первыми собранными мной микрофонами. Так как накамерный микрофон сравнительно мал, приходится использовать маленькие компоненты, в том числе соединительные. Поэтому для первых конструкций я выбрал разъем TRS 3,5 мм (миниджек). Он компактен, имеет три контакта (в «стерео»-варианте) и универсален (выпускается множество переходников и разъемов). Стереовариант разъема позволяет монтировать на него и двух-, и трехконтактные микрофонные капсюли и разделять цепи сигнала и питания.

Конструкция для испытания микрофонов. Микрофоны вмонтированы в TRS-разъемы, «масса» подключена к S (гильза), «плюс-сигнал» - к R (кольцо) и T (кончик). Стереодвойник переделан в раздвоитель каналов

Сначала для проверки микрофонов (припаянных к TRS-разъему) был модифицирован стереодвойник. Если его вскрыть и изолировать с помощью кембрика соответствующие контакты, то получится раздвоитель «стерео на 2 моно». Удачные опыты с такой испытательной конструкцией дали повод надеяться, что если к ней добавить провода и источник питания, то микрофон для работы тоже получится.

Внутренности микрофона: шнур с распайкой на два канала и вмонтированными в него сопротивлениями нагрузки (я использовал 10 кОм), источник питания (6 В) в корпусе фонарика-брелка, микрофоны на TRS-штекерах и шуруп «безопасности»

Нередкая беда с TRS-разъемом - обламывается контакт «T». Извлечь обломок поможет шуруп - его нужно аккуратно ввинтить в дырочку обломка контакта «T» для удаления этой детали из внутренностей гнезда.

Почему от конструкций с TRS-разъемом пришлось отказаться, ясно из фотографии. У меня обломался кончик TRS от микрофона и кончик соединительного шнура TRS. Оба раза это случалось не в камере (то есть мне очень повезло), и я решил больше не рисковать с использованием такого типа разъемов. Справедливости ради отмечу, что причина не в самом TRS-разъеме, а в качестве компонентов, которые выпускаются и продаются. Мне пришлось столкнуться не только с обламыванием контактов, но и с внутренними замыканиями в разъемах. Есть у TRS и еще одна неприятная особенность: при соединении разъемов контакты скользят друг по другу и могут замыкать цепь совсем не так, как запланировано. Поэтому монтировать все соединения нужно (рекомендуется) до включения питания оборудования. Собранные цепи микрофонов с TRS-разъемами если и будут работать, то с большой вероятностью они будут генерировать шум и треск из-за плохих контактов. В общем, чтобы не мучиться с отбором TRS-разъемов, я в конце концов выбрал более громоздкие и простые RCA («профессиональные микрофоны», как правило, подключаются с помощью XLR-разъемов - еще более громоздких и менее универсальных). Преимущества RCA: более простой монтаж из-за их больших размеров и хорошее разделение контактов, исключающее некорректное подключение в момент соединения.

Не буду утверждать, что самодельный микрофон заметно улучшил качество записываемого звука. Но субъективно звук пары микрофонов воспринимается как более полный, если сравнить его со звуком, записанным встроенным в камеру микрофоном. Еще важнее то, что внешний микрофон более-менее хорошо изолирован от камеры, и можно не бояться использовать механически шумный стабилизатор оптики и привод фокусировки камеры, а также не переживать по поводу возможности записать звуки управления камерой и изменения хвата рук. Используемые в самоделке капсюли-микрофоны сравнимы по чувствительности с установленными в камере, лучше слышат средние и высокие частоты, но, возможно, по этой же причине заметно сильнее шумят. Все это можно определить и на слух. «Объективной» же оценке качества микрофона я планирую посвятить продолжение статьи.

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.

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).

Когда-то давно я сделал остронаправленный высокочувствительный микрофон и выложил результаты его испытаний в интернете. С тех пор прошло уже много лет, но мне по-прежнему приходят запросы на приобретение этого изделия. В абсолютном большинстве случаев желающие приобрести имеют представление об этом изделии из художественных кинофильмов, обычно детективных. Поэтому, как только я высылал им фото, их интерес к нему пропадал. Для тех, кому действительно интересно такое устройство я решил написать эту статью, в которой кратко рассказать о том, как сделать его своими руками.

Структурно изделие состоит из параболического отражателя, приемного устройства, расположенного в его фокусе, НЧ усилителя, наушников и автономного блока питания. Все устройство закреплено на подвеске, позволяющей плавно поворачивать его в горизонтальной и вертикальной плоскости.
Чтобы представлять назначение каждого блока устройства напомню немного теории.

Пусть на параболический отражатель падает поток звуковых волн. Если источник звука достаточно далек, то звуковой поток можно представить в виде потока параллельных векторов. Падая на поверхность вектора отражаются в область фокуса (см. рис.2). Согласно волновой теории диаметр этой зоны d не может быть меньше длины волны падающего на отражатель звука. То есть, d ≥ λ, где λ = c/f. Здесь c – скорость звука, f – его частота. Будем считать, что форма параболического отражателя идеальна, а потому d = λ. Отсюда следует первая важнейшая характеристика устройства, его коэффициент усиления параболического отражателя: Kp = (D/d)2

Смысл данного соотношения очень прост. Звуковой поток падает на поверхность параболоида S = πD2/4. Параболоид концентрирует энергию потока в фокусе на поверхность приемного устройства площадью s = πd2/4. В результате на этой поверхности плотность энергии звукового потока возрастает в Kp = S/s = (D/d)2 раз. На фото диаметр параболического отражателя D = 90 см. Для волны λ = 15 см (f = 2000 гц.) получим Kp = (90/15)2 = 36.

Рис. 2

Второй важнейшей характеристикой устройства является его острота направленности. Этот параметр важен потому, что необходимо не просто усилить звуковой сигнал, а усилить полезный сигнал. Для этого необходимо с помощью диаграммы направленности «вырезать» его из общего звукового потока. Величину диаграммы направленности параболического отражателя можно вычислить так. Поворачивая параболоид (см. рис. 3) можно повернуть его на такой угол α, что область концентрации звукового потока выйдет за пределы приемного устройства. Поскольку размеры приемного устройства ограничены длиной волны принимаемого звука λ, то угол диаграммы направленности в первом приближении можно выразить так:
α = arctg(λ/F).

В устройстве, показанном на фото, параболический отражатель имеет фокусное расстояние F = 36 см. Отсюда, для λ = 15 см острота направленности устройства будет равна 22 градуса. Это достаточно малый угол. По этой причине параболический отражатель с приемным устройством установлены на подвеске (см.фото рис.1) которая позволяет плавно его поворачивать. Без этой подвески работать с устройством крайне затруднительно. К этому следует добавить, что в соотношения как коэффициента усиления (1), так и остроты направленности (2) входит длина волны λ. По мере ее уменьшения растут как коэффициент усиления, так и острота направленности. Это хорошо заметно при прослушивании акустического горизонта. Лучше всего слышны звуки высокой частоты: на природе крики птиц, в жилом районе звон посуды из открытых окон и форточек.

Рис. 3

Что касается приемного устройства, которое находится в фокусе параболоида (см. рис. 4). Основной частью устройства является кронштейн. В его центральной части есть отверстие. С одной стороны в нем закреплен конденсаторный микрофон, а с другой в него входит с небольшим зазором поршень из пенопласта, который приклеен к мембране. Сама мембрана вклеена в кронштейн. Кронштейн имеет окна, которые соединяют объем, ограниченный мембраной с объемом корпуса. Для увеличения акустического объема корпуса он заполнен синтепоном или иным волокнистым материалом.

Устройство помещено в фокусе параболического отражателя и работает следующим образом. Поток звуковых волн, отраженный параболическим отражателем падает на мембрану и заставляет ее колебаться. Из теории мембран следует, что под действием давления (звуковой волны) мембрана изгибается по форме параболоида четвертой степени. То есть под действием звуковых волн перемещается преимущественно центральная область мембраны. А это значит, что мембрана концентрирует энергию падающей звуковой волны в колебания своей центральной зоны. В результате поршень, который вклеен в центральную часть мембраны, будет возбуждать в объеме между ним и микрофоном колебания с амплитудой существенно превышающей амплитуду падающей на мембрану звуковой волны. Коэффициент усиления мембраны можно оценить так:
Km = (Dm/dk)2

Величину dk, т.е. размер зоны концентрации деформаций мембраны в первом приближении ее можно принять равной dk ≈ 0,2 Dm. Отсюда коэффициент усиления мембраны (для Dm = 15 см) будет равен: Km ≈ 25. Тогда общий акустический коэффициент усиления устройства будет равен: K = Kp Km = 36 x 25 = 900.

Некоторые практические советы по изготовлению остронаправленного высокочувствительного микрофона.

Рис. 4

1. Параболический отражатель

В своем устройстве в качестве отражателя я использовал прямофокусный отражатель спутниковой антенны с параметрами: D = 900 мм, F = 360 мм, F/D = 0.4. Материал отражателя – алюминиевый лист толщиной 1 мм. Подвеска (устройство поворота отражателя в двух плоскостях) стандартная от спутниковой антенны. Стойка с треногой самодельная.
Сейчас прямофокусных спутниковых «тарелок», тем более алюминиевых нет. Их вытеснили стальные офсетные. В принципе это не столь существенно. Неудобство состоит лишь в том, что стальная тарелка существенно тяжелее алюминиевой, а из-за офсетной формы, вектор ее диаграммы направленности не столь наглядный как у прямофокусной. Спутниковую тарелку можно купить как в специализированных фирмах, так и на радиорынке. Весте с «тарелкой» следует купить и ее подвеску, включая подвеску конвертора. То есть следует купить спутниковую антенну, но без электроники (конвертора и тюнера). Использовать для изготовления микрофона «тарелку» диаметром менее 900 мм нет смысла.

2. Приемное устройство

В качестве корпуса приемного устройства можно использовать любой цилиндрический контейнер подходящего (D ≈ 150 мм) размера. Например, можно использовать кружку из нержавеющей стали. Сейчас таких продают много.
Внутри корпуса размещается микрофонный НЧ усилитель. Я не электронщик, а потому использовал готовую схему усилителя и набор деталей КИТ ее реализующий. В качестве микрофона использовал конденсаторный микрофон диаметром около 1 см. Вопросы согласования характеристик микрофона и НЧ усилителя выяснял у продавцов наборов КИТ.
Выход усилителя и подвод к нему питания выведены на пятипиновый разъем, врезанный в корпус приемного устройства (см. фото).

Кронштейн (см. рис.3) выточен из пластика (я вытачивал из текстолита). Я не привожу его конкретные размеры. Достаточно задаться его внешним диаметром (у меня 150 мм) и диаметром микрофона (около 10 мм). Остальные размеры достаточно произвольные. Их соотношение можно взять, например, из приведенного рисунка 4.

Окна кронштейна (3 секторных окна) я высверлил, края обработал напильником. Затем подобрал тонкостенную металлическую трубку длиной миллиметров 50…100, с наружным диаметром, равным диаметру микрофона. После просверлил в кронштейне отверстие диаметров, равным наружному диаметру этой трубки. Край трубки заточил так, что получил из нее высечку. За тем подготовил пластину из пенопласта толщиной 5…7 мм. Вращая высечку, вырезал с ее помощью из пенопластовой пластины поршень. Поршень оставил в трубке.

После этих подготовительных работ можно вклеивать мембрану. Из папиросной либо иной тонкой бумаги вырезаем круг, равный диаметру кронштейна. Вклеиваем его в кронштейн с помощью водостойкого клея (резиновый клей, клей 88, «Момент» (каучуковый) и др.) После того как клей высох смачиваем (например ватным тампоном) вклеенную мембрану водой и даем ей высохнуть. После высыхания мембрана туго натянется. После этого в мембрану можно вклеить пенопластовый поршень, который находится в металлической трубке. Для этого выступающий из трубки торец поршня смазываем водостойким клеем. Но не «Моментом», он интенсивно растворяет пенопласт. Резиновый или 88 – ой. Кладем кронштейн на плоскую поверхность мембраной вниз и в центральное отверстие вводим трубку с поршнем. Не вынимая трубки, выталкиваем из нее поршень до соприкосновения с мембраной. За тем, прижимая поршень к мембране, осторожно вынимаем трубку из отверстия кронштейна. Все поршень вклеен. Спрашивается, зачем все эти сложности. За тем, чтобы поршень был установлен в отверстии кронштейна с минимальным зазором и строго коаксиально.

После вклейки поршня с другой стороны отверстия закрепляем микрофон. Например, подматываем на его боковую поверхность бумагу и плотно вставляем микрофон в отверстие. Соединение микрофона с платой НЧ усилителя желательно сделать разъемным. При проверке и настройке НЧ усилителя микрофон придется многократно отключать и подключать к плате усилителя. Кронштейн с вклеенной мембраной и микрофоном закрепляется в корпусе приемного устройства с помощью боковых винтов (саморезов). После того как НЧ усилитель настроен его плата закрепляется в корпусе приемного устройства, например с помощью термоклея. После этого корпус приемного устройства заполняется волокнистым материалом (синтепон, хлопковая вата и т.п. волокнистым материалом) и закрывается собранным кронштейном. Чтобы защитить бумажную мембрану от повреждения ее следует закрыть не очень толстой (8…10 мм) пластиной поролона (пенополиуритана). Поролон закрыть тонкой полиэтиленовой пленкой. Такая защита сколько ни будь существенно качество приема не снижает, но защищает мембрану от дождя и шума ветра.

3. Блок питания

Сейчас полно недорогих малогабаритных аккумуляторных батарей на основе которых можно сделать блок питания устройства. Кроме своего прямого назначения он используется также для коммутации. То есть аккумуляторная батарея размещается в корпусе, который используется для закрепления в нем следующий элементов. Выключатель питания, резистор управления уровнем сигнала с НЧ усилителя, пятипиновый разъем для подключения приемного устройства (на фото виден кабель, соединяющий разъем приемного устройства и блока питания). Кроме этого разъем для подключения наушников, и, при необходимости, записывающего устройства, которое содержит аналоговый вход.

После того как все блоки готовы устройство собирается в целом. Приемное устройство закрепляется вместо конвертора в фокусе спутниковой тарелки. С помощью штатной подвески тарелка устанавливается в подходящей треноге. Кабелем соединяем блок питания и приемное устройство. Подсоединяем наушники. Все, высокочувствительный остронаправленный микрофон готов к работе. Осталось только включить питание и начать прослушивать акустический горизонт.