Κατασκευή

Από τις πρώτες σκέψεις για τον σχεδιασμό & την κατασκευή ενός τετράεδρου μικροφώνου ήταν η επιλογή της μικροφωνικής κάψας και η ύπαρξη μιας προενισχυτικής μονάδας για την ενίσχυση της στάθμης του σήματος από την κάψα & για την αποκοπή πιθανών παρασιτικών θορύβων. Σχετικά με την επιλογή της κάψας έγινε με βάση τα θεωρητικά βασικά χαρακτηριστικά που χρειαζόμαστε για την κατασκευή ενός μικροφώνου ηχητικού πεδίου(soundfield) , δηλαδή  το πολικό διάγραμμα (καρδιοειδές) και η ευαισθησία για την «γενική» χρήση που επιδιώκεται στη μέτρηση ακουστικών σημάτων σε χώρο. Στη συνέχεια παρουσιάζεται ο σχεδιασμός και η κατασκευή του προενισχυτή  με αναφορές στη θεωρία που βασίστηκε και η τοποθέτηση των μικροφώνων (4κάψες) σε τετράεδρο σχηματισμό.

Εικόνα : Μπλοκ διάγραμμα της συνδεσμολογίας του κυκλώματος

Προενισχυτής

                   Εικόνα: Ο προενισχυτής αποτελείται από ένα Τ.Ε (τελετικό ενισχυτή) 4 εισόδων-εξόδων το Ι.C TLO74.Είναι κατάλληλος για δυναμικά και electret μικρόφωνα . Βασιζόμενο στη σχεδίαση ενός μη αναστρέφων ενισχυτή όπου Vo=(R2/R1)+1 .

Το παραπάνω κύκλωμα είναι η σχεδίαση ενός καναλιού από τα τέσσερα κανάλια του μικροφωνικού προενισχυτή  σε σύνδεση με το μικρόφωνο. Λόγω του χαρακτηριστικού (RL=680Ω) του μικροφώνου  έχει προστεθεί μια R(αντίσταση)680Ω αντίστοιχα σε κάθε είσοδο του προενισχυτή για την συνολική προσαρμογή του κυκλώματος. Στη συνέχεια δίνονται εικόνες από την προσομοίωση του κυκλώματος που έγιναν με την βοήθεια του προγράμματος multisim ,αρχικά η σχεδίαση και η προσομοίωση ενός καναλιού και η σχεδίαση των συνολικά τεσσάρων καναλιών.

Eικόνα:Σχεδίαση του ενός καναλιού του προενισχυτή. Στο παράθυρο απεικονίζονται τα σήματα εισόδου(κόκκινο) και εξόδου(μπλέ).

Εικόνα:Σχεδίαση του 4κάναλου προενισχυτή στο multishim.

Εικόνα:Προσομοίωση των 4 διαφορετικών σημάτων στις εξόδους του προενισχυτή.

Μετά από την ηλεκτρονική σχεδίαση του συνολικού κυκλώματος του προενισχυτή και του θεωρητικού ελέγχου λειτουργίας μέσω της προσομοίωσης ακολουθεί η «μεταφορά» του κυκλώματος στον σχεδιασμό του PCB(Printed circuit Board). Ο σχεδιασμός του κυκλώματος σε πλακέτα απαιτεί την σωστή μελέτη της τοποθέτησης των ηλεκτρονικών στοιχείων πάνω σε αυτή για το σχετικά μικρό μέγεθος που απαιτείται για την εφαρμογή μας.

Εικόνα:Σχεδιασμός του PCB στο multishim.

Παρακάτω η λίστα των ηλεκτρονικών στοιχείων:

I.C  TL074

R  47K (X2 ανά κανάλι,Χ4 στα 4 συνολικά κανάλια)

R  22K (X4)

R  1K  (X4)

R  680Ω(Χ4)

C  10μF (X3 ανά κανάλι,Χ4 στα συνολικά κανάλια)

C  100μF

Εικόνα : Το σχέδιο του κυκλώματος μετά την σχεδίαση του PCB που θα αποτυπωθεί στο υλικό της πλακέτας

Αφού έχει εκτυπωθεί το σχέδιο του κυκλώματος του 4κάναλου προενισχυτή προσαρμόζεται πάνω στην πλακέτα ώστε, το υπόλοιπο κομμάτι της να αποχαλκωθεί με την μέθοδο των χημικών υγρών (υδροχλωρικό οξύ).Τέλος σαν αποτέλεσμα θα έχουμε το «ίχνος»(πίστα του κυκλώματος) στη πλακέτα όπου σε συγκεκριμένα  σημεία πρέπει να τρυπηθεί  για την τοποθέτηση και την κόλληση των ηλεκτρονικών στοιχείων. Ο χρόνος «έκθεσης» της πλακέτας στο χημικό υγρό παίζει σημαντικό ρόλο για το σωστό μέγεθος της αποτύπωσης του κυκλώματος.

Εικόνα :  Εκτύπωση του σχεδίου του κυκλώματος.

       

Εικόνα: Η Πλακέτα του προενισχυτή,  Τα λευκά pins , η είσοδος & η έξοδος του κάθε καναλιού , Ι.C TL074

Εικόνα: Oι κολλήσεις των ηλεκτρονικών υλικών ,παρατηρείται το σημείο τροφοδοσίας του κυκλώματος (9v-dc)

Μικρόφωνο ηχητικού πεδίου σε τετράεδρο σχηματισμό

Το μικρόφωνο αποτελείται από 4  μικροφωνικές κάψες όπου είναι τοποθετημένες σε τετράεδρο σχηματισμό σε κοντινή απόσταση μεταξύ τους. Η κάψα που χρησιμοποιείται είναι electret unidirectional(cardioid) για γενική χρήση  της panasonic όπου Vs=1.5V, RL=680Ω .

       

Εικόνα: Panasonic series: WM:55A103, κοινός πόλος της εξόδου και της πόλωσης της κάψας, max operation voltage10V.Δεξιά, το επεξηγηματικό σχέδιο της συνολικής λειτουργίας των μικροφωνικών καψών σε σχέση με την κατευθυντικότητα τους στο ΧΥ επίπεδο.

       

Εικόνες: Αρχική τοποθέτηση σε τετράεδρο σχηματισμό.

Η αρχική τοποθέτηση σε τετράεδρο σχηματισμό δεν ικανοποίησε κυρίως γιατί δεν ήταν δυνατή η ακριβής τοποθέτηση των καψών στο κέντρο το κάθε τριγώνου. Ο σχηματισμός υλοποιήθηκε τελικά με ξύλινο υλικό που είναι κατάλληλο για μοντελισμό(balca).

          

Εικόνα :Αριστερά,το σχέδιο της κάθε πλευράς του τετράεδρου με τις διαστάσεις τους (ισόπλευρα τρίγωνα),δεξιά, η τοποθέτηση σε τετράεδρο σχηματισμό.

Εικόνα: Έλεγχος λειτουργίας του συστήματος(περιγραφή στις μετρήσεις).