Огляд акустичної апаратури (Оптичний мікрофон)

Огляд наданий Васютинським Ярославом ДГ-42

Оптический микрофон

Все классические микрофоны работают согласно одному и тому же принципу: звуковые волны воздействуют на мембрану некоторого вида, заставляя ее вибрировать согласно форме акустической волны. Вибрация мембраны преобразуется в электрический сигнал, форма которого повторяет колебания мембраны, и , следовательно, акустической волны посредством электромагнитной индукции.

Но есть один существенный недостаток: все мембраны обладают конечной массой, которая препятствует мгновенной реакции мембраны на воздействие акустической волны. В конечном итоге вся система обладает довольно значительной инертностью, что обуславливает существенные искажения формы электрического сигнала.

Калифорнийским изобретателем Дэвидом Шварцем было предложено весьма интересное решение этой проблемы. Звуковые волны также одинаково воздействуют на мельчайшие частицы, распределенные в среде, например на водный пар, распыленный в потоке воздуха. Колебания, которые проявляются как изменения в плотности частиц, также как и мембрана повторяют форму акустической волны. Но в отличие от традиционных твердотельных поверхностей, частицы в воздушном потоке имеют гораздо меньшую массу и потому реакция на изменения звуковой волны не характеризуется какой-либо существенной задержкой или искажениями.

Чтобы преобразовать колебания элементарных частиц в электрический сигнал применяется лазерный луч, который попадает сквозь заполненный частицами объем на фотодатчик, находящийся на противоположной стороне. Изменения плотности частиц пропорциональны изменениям в прозрачности потока, который таким образом модулирует интенсивность лазерного света, попадающего на датчик, являющийся преобразователем модулированного оптического сигнала в электрический сигнал, в точности повторяющий исходную звуковую волну.

В заявлении на патент Шварц описывает одну из возможных реализаций проекта, которая была названа “микрофоном обнаружения потока макрочастицы.” Как иллюстрировано на рис. 1, поток инжектируется в микрофон у основания (airstream entrance), поступая через трубку в измерительный объем (sensing chamber) у вершины. Звуковые волны попадают в объем с одной стороны (sound port), в то время как лазер (laser) и фотодатчик (photosensor) размещены на перпендикуляре к потоку частиц и к направлению падения звуковых волн. Объем постоянно обновляется невозмущенными частицами,.

Последнее условие  является очень важным для данного типа микрофона, - воздушный поток должен быть в постоянном движении так, чтобы звуковые волны могли воздействовать на "новые" частицы, которые еще не были задействованы. В некотором смысле, воздушный поток напоминает рулон фортепьяно, представляя звуковую волну в "непрерывном" виде..

Шварц экспериментировал с нетурбулентным течением (технически названный пластинчатый поток), так же как с турбулентным течением, и было выяснено, что оба приводят к интересным результатам. В частности турбулентное течение могло использоваться, чтобы произвести "более белый", более случайный шумовой порог, в этом случае шум сосредоточен главным образом в высоких частотах, где это имеет менее заметный эффект на качестве аудиозаписи.

Оригинальность идеи состоит в том, что она устраняет все нелинейности в преобразовании акустической энергии в электрическую. В результате  этого искажения ничтожны, и результирующий электрический сигнал намного более точно отражает реальную звуковую волну, чем в случае применения любого типа классических микрофонов. Потенциал этого изобретения очень велик, и есть все основания полагать, что очень скоро эта идея будет воплощена в доступном и востребованном коммерческом продукте.