ЭЛЕКТРОННОЕ УХО

Регистрация слабослышимых акустических сигналов имеет большое практическое значение. Это: диагностика неисправностей двигателей внутреннего сгорания; поиск мест утечек газа из поврежденных газопроводных сетей; раннее выявление патологии внутренних органов; организация акустической связи и охранной сигнализации; улавливание сейсмоколебаний, шумов различного происхождения, в том числе звуков живой природы (пение птиц, например) и многое другое.

Высокочувствительное устройство для регистрации слабых акустических сигналов (электронное ухо) приведено на рисунке. В устройстве использован миниатюрный электретный микрофон типа МКЭ-333. Корпус микрофона соединен с общим проводом. Усилитель низкой частоты выполнен на микросхеме К237УН1, включенной по схеме, близкой к типовой. Устройство работает от батареи напряжением 6 В. При питании прибора от выпрямителя необходимо предусмотреть минимальное проникновение сигнала сетевой частоты по цепям питания увеличением емкостей С1, С2.

Резистор R4 устанавливают в соответствии с рекомендованным для конкретного экземпляра микросхемы значением (величина сопротивления в килоомах и номер «ножки» микросхемы, между которой и общим проводом должно быть присоединено сопротивление, указывается обычно на корпусе микросхемы). Если значение R4 не указано, его величину подбирают экспериментально (десятки кОм). Устройство работоспособно в диапазоне питающих напряжений 3—9,8 В, потребляемый при этом ток составляет 2—6 мА.

На рис.2 приведен вид печатной платы. Чувствительность устройства такова, что даже без дополнительного звукособирающего рупора это электронное ухо уверенно регистрирует шепот с расстояния до 5 м, уличные шумы — свыше 100 м. Эффективность работы устройства может быть существенно повышена при использовании акустических отражателей и линз. В качестве концентратора акустических излучений могут быть использованы автомобильные и другие фары (без стекол); прожекторные рупорные и уголковые отражатели; рефлекторы; параболические антенны; природные и искусственные резонаторы; полости и сферы, в фокусе которых должен быть расположен микрофон. Поскольку микрофон МКЭ-333 не является направленным, желательно предусмотреть его акустическую экранировку с использование ем звукопоглощающих материалов (например, поролона). Работоспособность устройства повышается пропорционально отношению площадей, участвующих в преобразовании акустической энергии (исходная площадь близка к 1 см2). Устройство может быть использовано для предупреждения обвалов в шахтах: по мере проседания пластов заметно усиливается потрескивание разрушаемых пород, и резкое возрастание интенсивности акустических сигналов свидетельствует о приближении обрушения пластов. В медицинской диагностике устройство может быть использовано для регистрации естественных источников биологических шумов: стуков сердца, хрипов в легких, тонов Короткова и т.д. Особенно перспективно использование двухканального (стереофонического) варианта устройства, позволяющего создавать объемное представление о процессах, происходящих в организме человека. Для большей объективности регистрируемых акустических параметров сигнал с микрофонных датчиков может вводиться в ЭВМ, где программной обработкой создается динамическая объемная картина процессов, протекающих в организме (акустическая томография). Устройство можно также использовать для диагностики технических устройств (шумов в двигателях, коробках передач и т.п.); желательно предусмотреть осуществление плавного изменения коэффициента усиления.

Принципиальная электрическая схема и топология печатной платы самодельного устройства (электронного уха) для экспресс-анализа состояния техники и других объектов, включая медико-биологические

Электронное ухо можно использовать для лиц с ослабленным слухом или зрением. В последнем случае последовательно с телефонным капсюлем включают второй, вспомогательный капсюль, который совместно с микрофоном располагают в трости, коробочке или другом приспособлении. Как микрофон, так и капсюль должны иметь остронаправленную диаграмму приема (излучения) за счет введения звукоизолирующих прокладок и кожухов. При приближении к препятствию в устройстве возникает акустическая положительная обратная связь, генерируется звуковой сигнал, высота которого определяется расстоянием от прибора до препятствия. При определенном навыке работы с подобной электронной тростью можно уверенно определять расстояние до препятствия, его примерные размеры и даже материал.

«Электронное ухо» можно использовать в качестве индикатора роения пчел; для организации охраны различных объектов — как по регистрации акустических сигналов, издаваемых объектом-нарушителем, так и по прерыванию (ослаблению) акустического сигнала от излучателя звука, установленного на удалении от приемника звука. На основе приведенного устройства может быть организована акустическая связь между абонентами (при использовании акустических рефлекторов работающих как на прием, так и на передачу в фокусе рефлекторов должны быть расположены микрофон и звукоизлучающая головка). Для того чтобы не создавать акустических помех окружающим, спектр звукового сигнала желательно перенести на 10—20 кГц (однополосная или частотная модуляция).

Устройство может быть использовано и не по прямому назначению. При подключении вместо электретного микрофона электромагнитного капсюля или многовитковой катушки индуктивности возможна регистрация переменных магнитных полей, магнитных шумов, организация индуктивной связи, реализация систем дистанционного управления и т.д.

М. ШУСТОВ, г. Томск