Конденсаторные микрофоны имеют лучшие параметры по сравнению с другими типами микрофонов (широкий диапазон рабочих частот, равномерную частотную характеристику, высокую чувствительность).
Он представляет собой плоский конденсатор, у которого одна из обкладок (мембрана) подвижная. Под воздействием звуковых колебаний емкость конденсатора изменяется. Для того чтобы эти изменения превратить в переменный ток звуковой частоты, на обкладке конденсаторного микрофона надо подать постоянное напряжение или включить этот конденсатор в контур высокочастотного генератора. Таким образом, любой конденсаторный микрофон содержит два узла: конденсатор (звукоприемный капсюль) и устройство питания или преобразования с усилителем.
Звукоприемный капсюль конденсаторного микрофона имеет подвижную обкладку либо из металлической фольги толщиной 2 – 3 мкм (нержавеющая сталь, никель, титан) либо из тонкой (3 – 6 мкм) металлизированной полимерной пленки. Диаметр этой обкладки от 2 до 35 мм. Второй (неподвижной) обкладкой капсюля служит массивная металлическая пластина (база). Расстояние между обкладками составляет 20 – 40 мкм. Для улучшения температурной стабильности базу и остальные металлические детали капсюля иногда выполняют из того же материала, что и мембрану, а изолирующие элементы – из кварца. В последнее время базу стали делать из радиокерамики или стеклопластика. Ее поверхность, обращенную к мембране, металлизируют вжиганием золота или серебра. База имеет отверстия, расположенные равномерно под мембраной. Эти отверстия и шелковая ткань, закрывающая отверстия, определяет величину демпфирования мембраны, а следовательно, и частотную характеристику капсюля. Поверхность базы, обращенную к мембране, в некоторых моделях микрофонов покрывают слоем окиси кремния толщиной 3 мкм. Пробивное напряжение для того слоя – не менее 150 В. Он предохраняет капсюль от короткого замыкания.
Для преобразования изменений емкости конденсатора в колебания электрического напряжения или тока применяют либо низкочастотный, либо высокочастотный способ. Первый из них получил более широкое распространение из-за своей простоты. Капсюль конденсаторного микрофона включают последовательно с нагрузочным резистором и источником постоянного (поляризующего) напряжения. Поляризующее напряжение может достигать 60 – 70 В. При уменьшении емкости конденсатора капсюля под воздействием звуковой энергии заряд на его обкладках уменьшается, и наоборот, при увеличении емкости – заряд возрастает. Изменения заряда вызывают переменный ток в цепи, и на нагрузочном резисторе возникает переменное напряжение. Оно поступает на вход микрофонного усилителя.
При высокочастотном способе включения, конденсатор капсюля является элементом контура высокочастотного генератора. В этом случае изменения емкости капсюля приведут к частотной модуляции генератора. После детектирования выделяется низкочастотная составляющая, которую и подают на вход микрофонного усилителя.
Емкость капсюля лежит в пределах от единиц до десятков пикофарад.
Диапазон рабочих частот капсюля конденсаторного микрофона простирается от 20 – 50000 Гц.
Характеристика направленности конденсаторного микрофона определяется конструкцией капсюля. Если звуковая волна воздействует на мембрану только с одной стороны, микрофон почти не обладает направленностью. При мембране, открытой (через отверстия в базе) для звуковой волны с двух сторон, микрофон приобретает направленность. Запаздывание звуковой волны, воздействующей на заднюю сторону, определяется конфигурацией отверстий, а базе, пассивной диафрагмой или акустическим фильтром, выполненным из мелких металлических шариков, опрессованных в пластмассовой оправке.
Одна из разновидностей конденсаторных микрофонов — электретные микрофоны. Они отличаются только конструкцией капсюля. Электретный конденсаторный микрофон не требует для работы поляризующего напряжение на одну из обкладок наносится слой электрета с постоянным электрическим зарядом. Этот заряд обеспечивает поле, соответствующее поляризующему напряжению до 100 и более вольт. Он сохраняется примерно 30 лет.
Для предотвращения прилипания мембраны к базе под воздействием электростатических сил, на базе сделаны изолирующие выступы, равномерно распределенные по ее поверхности. Это позволило резко уменьшить чувствительность к вибрациям.
Основными параметрами конденсаторных микрофонов так же, как и электродинамических, являются: осевая чувствительность, номинальный диапазон частот, частотная характеристика чувствительности, характеристика направленности, уровень собственных шумов.
В связи с тем, что конденсаторные микрофоны имеют достаточную широкополосность и равномерную (плоскую) характеристику чувствительности, их используют для акустических измерений. Измерительный микрофон имеет обычно капсюль небольшого диаметра (2,5 – 3 мм) и круговую диаграмму направленности. Диапазон рабочих частот измерительных микрофонов по сравнению с обычными увеличен, и лежит в пределах от единиц Гц до сотен кГц.
