Активные микрофоны для Систем Видеонаблюдения

Тестирование проведено и предоставлено компанией DSSL

Звуковая информация зачастую бывает необходима наряду с изображением от телекамер систем видеонаблюдения, так как она позволяет точнее восстановить последовательность событий, идентифицировать их участников, а также определить их намерения. Наличие звукового канала нередко позволяет получить информацию о событиях, не попавших в поле зрения камер.

Встроенными микрофонами снабжаются многие типовые телекамеры наблюдения, причем как бескорпусные модульные варианты, так и модели со встроенным или сменным объективом. Однако практически всегда эффективнее использовать микрофоны отдельно от камер. Это обусловлено тем, что оптимальные места установки камеры и микрофона принципиально различны. Камеры наблюдения (за редким исключением) располагаются на значительном расстоянии от объектов наблюдения. В помещениях они чаще всего размещаются в верхней части его объема или даже под потолком. Встроенный микрофон в таких случаях попадает в зону суммирования звуков от всех источников в помещении и их максимальной реверберации, что ведет к плохой разборчивости звуков и не позволяет без специальной и сложной обработки провести селекцию их источников. При этом весьма проблематично использовать направленные системы из-за их больших размеров и высокой стоимости. Типовые телекамеры наблюдения никогда не комплектуются подобными устройствами. Существенно улучшить разборчивость и селекцию звучащих объектов позволило бы применение стереофонического микрофона, но отсутствие готовых стереофонических аудиоканалов и двухканальных систем записи звука в видеорегистраторах делает этот метод малоприменимым.

Из вышесказанного следует, что удовлетворительное качество звукового сигнала проще получить, разместив микрофон на максимально близком расстоянии от места расположения объекта наблюдения. Это обусловило широкое распространение активных микрофонов, устанавливаемых отдельно от систем видеонаблюдения. Активный микрофон предполагает по меньшей мере наличие в нем предусилителя в случае длинной линии связи и для минимизации потерь, искажений и помех.

Чтобы выяснить, какими достоинствами и недостатками обладают такие микрофоны, предлагаемые сегодня на отечественном рынке, были проведены испытания. Для испытаний были выбраны несколько моделей активных микрофонов российских производителей, популярных на рынке безопасности. Задача этих испытаний — сравнить основные характеристики представленных изделий, чтобы выявить их плюсы и минусы и определить оптимальные сферы применения.

Для сравнения в качестве базовой модели был выбран активный аудиоканал широко распространенной бескорпусной модульной телекамеры SK-1 004A производства южнокорейской компании SUNKWANG (концерн HU-VIRON).

Определяемые характеристики

1. Полоса пропускания по уровню — 6 дБ.
2. Неравномерность АЧХ в рабочей полосе частот.
3. Относительная чувствительность (в сравнении с аудиоканалом SK-1004A).
4. Отношение сигнал/шум.
5. Диапазон регулировки усиления (при наличии).
6. Глубина АРУ (при наличии).
7. Максимальный неискаженный выходной сигнал на номинальную нагрузку.
8. Выходной импеданс (сопротивление).
9. Потребляемый ток при номинальном напряжении питания 1 2 В.

Используемое оборудование

1. Звуковой генератор Г3-36А.
2. Милливольтметр В3-38.
3. Милливольтметр среднеквадратичный В3-55 А.
4. Электронный осциллограф С1 -94.
5. Мультиметр MASTECH MY-60T.
6. Громкоговоритель KEF Q35. 7.Усилитель низкой частоты KENWOOD KA-7090.
8. Тюнер KENWOOD KT-2040.
9. Наушники Sennheiser HD-55.
10. Колонки активные Genius SP-P110.
11. Блок питания стабилизированный БП-1А.

Методика испытаний

Измерения проводились при стандартных лабораторных условиях, в помещении площадью 18 м2, предназначенном для прослушивания музыкальных записей. Помещение снабжено звукопоглощающими панелями, натяжным потолком и ковровым покрытием на полу.

1. Амплитудно-частотная характеристика определялась путем измерения выходного сигнала микрофона при изменении частоты звукового сигнала, излучаемого громкоговорителем, который располагался на одной оси с микрофоном — на расстоянии 1 м от него. Для воспроизведения звукового сигнала использован двухполосный громкоговоритель KEF (100 Вт, 91 дБ, 45-20 000 Гц) с коаксиальным расположением излучателей по технологии Uni-Q, подключенный к одному из каналов усилителя KENWOOD (130 Вт, 20-20 000 Гц ±1,0 дБ). Напряжение на громкоговорителе при перестройке частоты генератора Г3-36А контролировалось милливольтметром В3-38. Начальный выходной сигнал микрофона на частоте 1 кГц устанавливался на уровне -10 дБ относительно максимального уровня. Измерение выходного сигнала тестируемого микрофона производилось милливольтметром среднеквадратичных значений В3-55А. По результатам измерений оценивалась ширина и неравномерность АЧХ. Поскольку испытания проводились не в специальной измерительной заглушенной камере, то их результаты носят оценочный характер. Вместе с тем, для речевых микрофонов, главным критерием которых является разборчивость речи, эта методика, на наш взгляд, является допустимой.

2. Относительная чувствительность оценивалась как различие выходного сигнала микрофонов в сравнении с сигналом в 50 мВ на частоте 1 кГц аудио-канала SK-1004, эквивалентного громкости нормального разговора на расстоянии 2-3 м от микрофона.

3.Отношение сигнал/шум определялось для максимального неискаженного значения выходного сигнала и нормированного сигнала (см. п. 2). Среднеквадратичное напряжение шума определялось при размещении микрофонов в виброизолированный и звукозащитный бокс. Характер шума контролировался осциллографом С1 -94 и на слух (с помощью наушников HD-55, подключенных через усилители активных колонок SP-P110 в режиме "моно"). Для некоторых моделей потребовалась дополнительная экранировка микрофона, чтобы устранить помехи от промышленной сети.

4. Диапазон регулировки усиления определялся относительно максимального неискаженного значения выходного сигнала.

5. Глубина автоматической регулировки усиления (АРУ) определялась как диапазон изменения интенсивности звука на частоте 1 кГц при изменении выходного сигнала не более 6 дБ.

6. Максимальный выходной сигнал на номинальную нагрузку определялся путем увеличения интенсивности звука до возникновения ограничения выходного сигнала, отображаемого на экране осциллографа. Номинальная нагрузка была выбрана 47 кОм как типичное значение для звуковых входов аппаратуры видеосистем.

7. Выходной импеданс (сопротивление) определялся на частоте 1 кГц. В рабочем диапазоне частот микрофонов и применяемой в них схемотехники можно считать выходной импеданс активным сопротивлением без реактивной составляющей. Выходное сопротивление определялось по уменьшению выходного сигнала при снижении нагрузки до 1 кОм, а при недостаточном уменьшении — до 100 Ом.

8. Энергопотребление определялось измерением потребляемого тока мультиметром MY-60T. Работоспособность микрофонов не проверялась в диапазоне питающих напряжений, превышающих + 10%, ввиду незначительной важности этого параметра для систем видеонаблюдения с типовым питанием 1 2 В.

9. Разборчивость и общее качество звука оценивалось в ходе прослушивания дикторского текста из передач радио ФМ радиостанции "Маяк", "Радио России", "Культура"). Для контроля использовался испытательный комплект, упомянутый выше, с тюнером KT-2040.

Не проверялись ввиду неопределенности параметров такие характеристики, заявленные некоторыми производителями, как акустическая дальность и длина соединительной линии. Акустическая дальность, даже при заданном отношении сигнал/шум и акустической мощности (интенсивности) источника звука сильно зависит от расположения микрофона, окружающей акустической обстановки, наличия посторонних шумов и т.д. Например, в помещении со сложной архитектурой благодаря переотражению и сложению звуковых волн можно осуществить прослушивание на значительном расстоянии, но одновременно в таком помещении могут иметься мертвые зоны в непосредственной близости от источника звука. На открытом пространстве при спокойной атмосфере отчетливо прослушивается разговор с высоты 200 м и более, но на приземной трассе в результате поглощения ландшафтом звука сделать это иногда затруднительно даже в нескольких метрах от его источника.

Длина соединительной линии на всем ее протяжении не может быть гарантирована без определения типа этой линии, а также интенсивности и характера электромагнитных помех. Некоторую информацию о способности работы микрофона на длинной линии связи дает выходное сопротивление. Во всяком случае, при выходном сопротивлении 100 Ом и менее, а также в случае квазисогласованной нагрузке (низкоомный вход) можно надеяться на минимум помех и максимальную полосу частот при передаче. При особо сложной электромагнитной обстановке целесообразно переходить на симметричные методы передачи (типовое оборудование для передачи по "витой паре"). Для микрофонов серии "Шорох" производитель дает значения коэффициента нелинейных искажений в диапазоне 0,3-0,5%. По всей видимости, в этом случае приведены данные на усилительные тракты устройств. Микрофоны, как малосигнальные устройства, весьма редко нормируются по этому параметру. В особенности сомнительна целесообразность этого для речевых микрофонов. Названный параметр не проверялся, поскольку остальные звенья измерительного тракта, и особенно громкоговорители, имеют эти искажения как минимум одного порядка с упомянутыми выше. При измерениях в микрофонах с регулировками были установлены максимальные значения параметров (усиление и глубина АРУ).

Аудиоканал бескорпусной модульной телекамеры SK-1004A
SUNKWANG (концерн HUVIRON), Ю. Корея

К сожалению, производитель не нормирует практически ни одного параметра аудиоканала. По назначению изделия можно предположить, что для нормального согласования с монитором наблюдения выходной сигнал аудиоканала должен составлять 0,5-1. В на нагрузку 47-10 кОм. В качестве чувствительного элемента в устройстве использован электретный капсюль CZN-1 5E или его аналог. Микрофон обеспечивает для речи вполне хорошее качество звука. В сигнале практически нет наводки промышленной сети и синхросмеси от камеры. Достаточно хорошо прослушивается ровный белый шум аудиоканала. Благодаря очень низкому выходному сопротивлению микрофон хорошо работает на линии связи, включая неэкранированные телефонные провода, при дальности 10-20 м.

Активный микрофон "Шорох"-1
Компания "КОМКОМ", Россия

Микрофон обеспечивает хорошее качество передачи речи. В сигнале практически нет наводки промышленной сети. Металлический корпус хорошо экранирует микрофон и делает его нечувствительным к перемещению окружающих его проводящих предметов. Достаточно хорошо прослушивается белый шум аудиоканала. Благодаря низкому выходному сопротивлению микрофон должен хорошо работать на линии связи при небольшой дальности, включая неэкранированные телефонные провода. Микрофон не имеет регулировки усиления. В качестве чувствительного элемента в устройстве, по всей видимости, использован электретный капсюль CZN-1 5E или его аналог МКЭ-332.

Активный микрофон МКУ-2П
Компания "СЕБОКС", Россия

Микрофон обеспечивает удовлетворительное качество передачи речи. Благодаря спаду АЧХ в области нижних частот и сильному подъему верхних частот ( + 1 0 дБ/3-4 кГц, + 18/5-16 кГц) избыточно подчеркиваются шипящие звуки. В результате большого усиления и бескорпусной конструкции микрофон сильно подвержен влиянию электромагнитных полей широкого спектра. Очень хорошо прослушивается шипящий высокочастотный шум аудиоканала. Относительно высокое выходное сопротивление полностью исключает использование длинной линии связи и тем более неэкранированных телефонных проводов. Регулировка усиления с помощью бескорпусного переменного резистора для поверхностного монтажа очень нечеткая и приводит к спонтанным его изменениям, особенно вблизи крайних значений. Причем регулирование происходит только на части дуги поворота резистора. По данным производителя, в качестве чувствительного элемента в устройстве использован электретныи капсюль SSK.

Активный микрофон МКУ-Э
Компания "СЕБОКС", Россия

Микрофон обеспечивает хорошее качество передачи речи. Несмотря на большое усиление и бескорпусную конструкцию, микрофон не подвержен влиянию помех от промышленной сети. Отчетливо прослушивается белый шум аудиоканала. Относительно высокое выходное сопротивление ограничивает использование длинной линии связи, тем более из неэкранированных телефонных проводов. При этом вызывает недоумение заявленная длина линии в 1000 м, причем с указанием только сечения провода — 0,5 мм. Регулировка усиления, осуществляемая с помощью переменного резистора, расположенного на торце микрофона, достаточно плавная и четкая. По данным производителя, в качестве чувствительного элемента в устройстве использован электретный капсюль CZN-1 5E.

Активный микрофон МКУ
Производитель: "СЕБОКС", Россия

Микрофон обеспечивает нормальное качество передачи речи. В результате большого усиления и бескорпусной конструкции микрофон подвержен влиянию электромагнитного поля от промышленной сети. Отчетливо прослушивается белый шум аудиоканала. Относительно высокое выходное сопротивление ограничивает использование длинной линии связи, тем более из неэкранированных телефонных проводов. Регулировка усиления, осуществляемая с помощью бескорпусного переменного резистора, расположенного на торце микрофона, достаточно плавная.

В качестве чувствительного элемента в устройстве, по всей видимости, использован электретный капсюль SSK или его аналог. Микрофон имееттрубчатый зву-ковод, который заявлен как средство увеличения направленности. Показатель направленности микрофона на средних частотах незначительно отличается от значений этого параметра у остальных моделей, и направленность представляется практически круговой. Одиночный звуковод представляет собой настроенный резонатор и, кроме направленности в высокочастотной области, является причиной

дополнительной неравномерности АЧХ, имеющей колебательный характер с подъемами на частотах 3,5 кГц/+8дБи 14кГц/+5дБипроваломна 7кГц/-5дБ. В результате подобной неравномерности и связанного с ней фазового сдвига, а также большого усиления при прослушивании даже закрытых телефонов, расположенных в одном помещении с микрофоном, система становится неустойчивой и склонной к самовозбуждению. Подобная неравномерность также придает звуку звенящий оттенок с подчеркиванием шипящих.

Активный микрофон МКУ-р
Производитель: "СЕБОКС", Россия

Микрофон обеспечивает хорошее качество передачи речи. В результате большого усиления и бескорпусной конструкции микрофон подвержен влиянию электромагнитного поля от промышленной сети. Отчетливо прослушивается белый шум аудиоканала. Относительно высокое выходное сопротивление ограничивает использование длинной линии связи, тем более с неэкранированными телефонными проводами. Регулировка усиления, осуществляемая с помо щью бескорпусного переменного резистора, расположенного на торце микрофона, достаточно плавная. В качестве чувствительного элемента в устройстве, скорее всего, использован электретный капсюль SSK или его аналог.

Активный микрофон с АРУ МКУ-3П
Производитель: "СЕБОКС", Россия

Микрофон обеспечивает удовлетворительное качество передачи речи. Имеющий бескорпусную конструкцию, микрофон сильно подвержен влиянию электромагнитного поля составляющих промышленной частоты. Сетевая наводка хорошо прослушивается на фоне шума аудиоканала. Благодаря низкому выходному сопротивлению микрофон должен хорошо работать на линии связи, включая неэкранированные телефонные провода. Единая регулировка усиления и АРУ, на наш взгляд, является не совсем удачным техническим решением. Видимо, в этом причина большого несоответствия, заявленного и измеренного диапазона регулировки усиления. Работа системы АРУ заметна только при больших показателях интенсивности звука, существенно превышающих нормальный уровень, эквивалентный разговору на дальности до метра от микрофона. При малой интенсивности звука с удалением говорящего объекта от микрофона эта система АРУ не обеспечивает компенсации уменьшения уровня сигнала. По данным производителя, в качестве чувствительного элемента в устройстве использован элек-третный капсюль SSK.

Активные микрофоны с АРУ "Шорох" — 5, 7 и 8
Производитель: компания "КОМКОМ", Россия

Микрофон обеспечивает хорошее качество передачи речи. В сигнале практически нет наводки промышленной сети. Металлический корпус хорошо экранирует микрофон и делает его нечувствительным к электромагнитным полям промышленной частоты. Благодаря низкому выходному сопротивлению микрофон должен хорошо работать на линии связи, включая неэкранированные телефонные провода. Система АРУ микрофонов начинает работать лишь при достижении максимального выходного сигнала, что происходит только при интенсивности звука, превышающей на 1 5 дБ нормальный разговор, происходящий в 1-2 м от микрофона. В данном случае, как и в предыдущей модели, система АРУ скорее выполняет функции компрессора или неиска-жающего ограничителя максимального уровня. При удалении говорящего объекта система не в состоянии компенсировать снижение уровня сигнала. Микрофоны имеют очень низкое выходное (динамическое) сопротивление, то есть выходной сигнал практически не зависит от нагрузки в диапазоне до 100 Ом. По всей видимости, это свойство обусловлено работой АРУ по выходному сигналу. Несмотря на заявленную различную акустическую дальность (от 5,7 и 10 м для моделей 5,7 и 8 соответственно), все модели имеют практически идентичную чувствительность. Небольшие вариации относительной чувствительности (+/- 34 дБ), отношение сигнал/шум (+/- 3 дБ) и полосы частот могут быть вызваны различием характеристик экземпляров капсюлей. Микрофоны не имеют регулировки усиления. В качестве чувствительного элемента в устройстве, видимо, использован электретный капсюль CZN-15E или его отечественный аналог МКЭ-332. В таблице приведены усредненные результаты измерений всех трех моделей.

Заключение

• Все активные микрофоны, представленные для тестирования, показали свою работоспособность. Некоторое несоответствие заявленных характеристик не является принципиальным препятствием для их применения. Одной из причин этого несоответствия в части отношения сигнал/шум может быть разброс параметров микрофонных капсюлей, достигающий даже по паспортным данным 10-15 дБ.
• К данным о рабочей длине линии связи, заявленным производителем, надо относиться с осторожностью и в любом случае использовать модель с минимальным выходным импедансом.
• Не стоит обращать внимания и на обещания акустической дальности. Как правило, эффективность прослушивания определяется расположением микрофона, интенсивностью акустических шумов и гулкостью помещения, а не чувствительностью микрофона.
• При использовании более дешевых бескорпусных моделей необходимо быть готовым к возможной экранировке микрофона.
• С активными микрофонами с АРУ из группы тестирования не стоит рассчитывать на выравнивание громкости подвижного объекта даже в идеальных условиях (полное отсутствие посторонних источников звука). Для объектов с нормальной интенсивностью звука на расстоянии не ближе 0,5-1 м они практически представляют собой обычные активные микрофоны. Подобные системы АРУ в большей мере можно отнести к системам компрессирования (сужения динамического диапазона) или неискажающего ограничителя максимального уровня сигнала для устранения ограничения в последующем тракте.
• Несмотря на различия АЧХ, сравнительно невысокое соотношение сигнал/шум, а иногда и на наличие фона, все микрофоны показали удовлетворительную "разборчивость".

  Результаты испытаний позволяют сделать вполне объективные выводы. Модели, показавшие лучшие результаты, имеют:

  — ограничение полосы на частоте 5-7 кГц увеличивает отношение сигнал/шум, но в сравнении с полосой 3 кГц хорошо сохраняет индивидуальные особенности голоса;
  — минимальное выходное сопротивление, снижающее наводки и искажения при передаче сигнала;
  — максимальный неискаженный сигнал, также снижающий наводки и искажения при передаче и обеспечивающий максимальный динамический диапазон;
  — экранировку микрофона, которая является не лишним фактором. Про АРУ для этих микрофонов можно пока помечтать.

  Опубликовано: Журнал "Системы безопасности" #5, 2006

  Взято с http://os-info.ru/