Электронные стетоскопы, схемы и конструкции чувствительных микрофонов

Хорошо известен простой и распространенный медицинский прибор, традиционно и привычно висящий на шее практически каждого врача-терапевта - это стетофонендоскоп, называемый чаще просто как фонендоскоп или стетоскоп. Им можно прослушать сердце и легкие, а можно, при необходимости, и какое-либо механическое устройство в процессе его работы, например, механический станок, двигатель и т.д. Полезный прибор.

Но... Кроме медиков и механиков, к сожалению, этим же замечательным акустическим прибором успешно пользуются и те, кто прослушивают стенки, полы и потолки в офисах, частных домах и квартирах. Однако интересуют их совсем НЕ стенки, а то, что ЗА стенкой.

И делают это они не только из желания узнать подробности очередного семейного скандала у соседей...

Особенно просто подобное любопытство удовлетворяется в случае стен, а также полов, потолков и т.д. изготовленных из железобетонных панелей. Хотя, надо отметить, и кирпичные стенки не всегда являются надежным препятствием для подобного, акустического и безэлектронного способа получения информации.

Кстати, нет друзей среди медиков - сгодится такой простой и известный прибор как ... стеклянный стакан. Тонкий стакан - неплохой акустический резонатор. Пользоваться им - и лучше, и комфортнее, и удобнее, чем неподвижно сидеть у стенки, просто прижав к ней любопытное ухо. Конечно, со стаканом - приятнее: все-таки технический прибор, хотя и без уже привычной электроники.

Однако следует отметить, что лучше чай в стакане, а не ухо.

Упомянутые выше акустические приборы - фонендоскоп и стакан-резонатор дают хорошие эффекты, но, конечно, фонендоскоп лучше. Но подобные приборы требуют постоянного присутствия "пользователя”. Это создает некоторые трудности и вносит определенные ограничения в такой способ получения информации.

К большому сожалению, для обладателей ценной информации у данной проблемы есть достаточно простое и сравнительно дешевое решение.

Речь идет о применении в качестве микрофонов чувствительных к вибрациям элементов - пьезокристаллов. Это могут быть пьезоэлементы, например, из обычных звукоснимателей для проигрывателей уже устаревших, виниловых пластинок - ГЗП-308 и др. Это могут быть пьезоизлучатели, например, от электронных часов, игрушек и т.д. - ЗП-1, ЗП-22 и др.

Используя подобные элементы и чувствительные, малошумящие усилители (УНЧ) с соответствующим входным сопротивлением (рис. 1 - 3) можно обойтись и без прикладывания уха к стене - непосредственно, через стакан или пользуясь фонендоскопом. Для реализации возможностей указанных элементов необходимо приклеить такой кристалл к стене эпоксидным клеем и подключить данный кристалл к усилителю короткими проводами. Получается прибор с неплохими качественными характеристиками - микрофон-стетоскоп. Оказывается железобетонные стены в панельном доме, а также тонкие кирпичные, очень хорошо передают звуки из соседних комнат и не препятствуют такому способу получения звуковой информации.

В составе микрофонов-стетоскопов лучше использовать большие и плоские пьезокристаллы.

Схемы простых стетоскопов на ОУ

На рисунке 1 представлена схема простого УНЧ с высоким входным сопротивлением и двойным источником питания. Источником сигнала служит пьезоэлемент или пьезоизлучатель. Микрофон-стетоскоп.

R4С4, С2, С3 обеспечивают устойчивость УНЧ (на ВЧ). Конденсаторы С2, СЗ размещают максимально близко к ОУ.

Рис.1. Схема простого УНЧ с высоким входным сопротивлением и двухполярным источником питания. (Микрофон-стетоскоп).

Элементы для схемы на рисунке 1 :

• R1=100к-1м (регулировка громкости),
• R2=10к-20к (регулировка чувствительности),
• R3=1м-2м, R4=10;
• С1 =0.1 мкФ - 1.0мкФ, С2=0.1 мкФ - 0.ЗмкФ, С3=0.1 мкФ-0.ЗмкФ, С4=0.1 мкФ;
• А1 - ОУ - 140УД12, 140УД20, 140УД8 или любые другие ОУ с внутренней коррекцией;
• Т1, Т2 - КТ3102, КТ3107 или КТ315, КТ361, или аналогичные комплементарные (парные) транзисторы;
• В1 - пьезоэлемент ГЗП-308, ПЭ-1 или аналогичные;
• В2 - пьезоизлучатель ЗП-1, ЗП-22 или аналогичные.
• Т - ТМ-2А или аналогичные.

На рисунке 2 представлена схема простого УНЧ с высоким входным сопротивлением и одним источником питания. Источником сигнала служит пьезоэлемент или пьезоизлучатель. Микрофон-стетоскоп.

R4С4, С2 обеспечивают устойчивость УНЧ (на ВЧ). Конденсатор С2 размещают максимально близко к ОУ.

Рис. 2. Схема простого УНЧ с высоким входным сопротивлением и однополярным источником питания. (Микрофон-стетоскоп).

Элементы для схемы на рисунке 2 :

• R1=100к-1м (регулировка громкости),
• R2=10к-20к (регулировка чувствительности),
• R3=1 м-2м, R4=10, R5=136=1 м-2м;
• С1 =0.1 мкФ - 1.0мкФ, С2=0.1 мкФ - 0.ЗмкФ,
• С3 - отсутствует, С4=0.1мкФ, С5=0.1 мкФ-1 .ОмкФ;
• А1 - ОУ - 140УД8, 140УД12, 140УД20 или любые другие ОУ с внутренней коррекцией (желательно) и в типовом включении;
• Т1, Т2 - КТ3102, КТ3107 или КТ315, КТ361, или аналогичные комплементарные (парные) транзисторы;
• В1 - пьезоэлемент ГЗП-308, ПЭ-1 или аналогичные ;
• В2 - пьезоизлучатель ЗП-1, ЗП-22 или аналогичные ;
• Т - ТМ-2А или аналогичные.

На рисунке 3 представлена схема УНЧ с высоким входным сопротивлением, двойным источником питания и корректором АЧХ. Источником сигнала служит пьезоэлемент или пьезоизлучатель. Микрофон-стетоскоп с достаточно высокими параметрами!

Первый каскад УНЧ (ОУ А1) обеспечивает предварительное усиление сигнала и согласование с корректором АЧХ (темброблок или эквалайзер). После корректора и регулятора громкости сигнал подается на усилитель мощности на ОУ А2 и Т1 и Т2. На выходе - телефон или динамический громкоговоритель (Т1 и Т2 - КТ502 и КТ503).

R8С4, С5, С6, С7, С8 обеспечивают устойчивость УНЧ (на ВЧ). Конденсаторы С5, С6, С7, С8 размещают максимально близко к ОУ. С2, R5 обеспечивают гальваническую развязку между ОУ А2 и предыдущей схемой. Это минимизирует разбаланс нуля на выходе ОУ А2.

Подключение датчика к УНЧ осуществляется с помощью экранированного провода.

Рис. 3. Схема простого УНЧ с высоким входным сопротивлением, двухполярным источником питания и корректором АЧХ. (Микрофон-стетоскоп).

Элементы для схемы на рисунке 3 :

• R1=100к-1м, R2=10к-20к (регулировка чувствительности),
• R3=100к-200к,
• R4=5к-100к (регулировка громкости),
• R5=100к-1 м (R5>>R4),
• R6=10к-20к (регулировка чувствительности),
• R7=100к-200к, R8=10;
• С1 =0.1 мкФ-1.0мкФ, С2=0.1 мкФ-1.0мкФ, С3=0.1 мкФ-1.0мкФ,
• С4=0.1 мкФ, С5=0.1мкФ-0.3мкФ, С6=0.1мкФ-0.3мкФ,
• С7=0.1 мкФ-0.ЗмкФ, С8=0.1мкФ-0.3мкФ;
• А1 - ОУ - 140УД8, 140УД12, 140УД20 или любые другие ОУ с внутренней коррекцией (желательно) и в типовом включении;
• Т1, Т2 - КТ3102, КТ3107 или КТ315, КТ361, или аналогичные комплементарные (парные) транзисторы;
• В1 - пьезоэлемент ГЗП-308, ПЭ-1 или аналогичные ;
• В2 - пьезоизлучатель ЗП-1, ЗП-22 или аналогичные ;
• Т - ТМ-2А или аналогичные.

Тот же эксперимент можно повторить, но уже с оконным стеклом. В данном случае пьезокристалл крепится к стеклу. При этом для обеспечения скрытности пьезокристалл крепится к стеклу близко у рамы! Прикрепить его к стеклу можно и со стороны улицы. При этом хорошо слышно все, что происходит в комнате.

Неплохо слышно даже если прикрепить кристалл к внешнему стеклу в случае двойной рамы. Даже двойная рама не защищает полностью! И можно поверить, что при использовании пьезокристалла относительно большой площади (1-2 кв. см), малошумящего и чувствительного усилителя звук будет достаточно громким и отчетливым.

Аналогичный опыт может быть проведен со столом. Оказывается, традиционная ДСП-плита стола с прикрепленным пьезокристаллом может быть прекрасным микрофоном, обеспечивающим хорошее качество звука. Больше площадь поверхности стола, обычно сделанного на основе ДСП-плиты, - выше качество звука.

Стетоскоп с дистанционным датчиком

Для данных опытов провод, соединяющий кристалл с усилителем, должен быть, конечно, экранированным. При его длине более 50 см лучше воспользоваться малошумящим усилителем с дифференциальным входом (рисунок 4).

На рисунке 4 (а) представлена схема УНЧ с дифференциальным входом, высоким входным сопротивлением, двойным источником питания и корректором АЧХ.

Источником сигнала служит пьезоэлемент или пьезоизлучатель. Микрофон-стетоскоп с достаточно высокими параметрами! Первый каскад УНЧ (ОУ А1) обеспечивает предварительное усиление сигнала при ослаблении синфазной составляющей помехи, а также согласование с корректором АЧХ (регуляторы тембра и эквалайзеры).

После корректора АХЧ и последующего регулятора громкости сигнал подается на усилитель мощности на ОУ А2 и Т1 и Т2. На выходе - телефон или динамический громкоговоритель (Т1 и Т2 - КТ502 и КТ503). R8С4, С5, С6, С7, С8 обеспечивают устойчивость УНЧ.

Конденсаторы С5, С6, С7, С8 размещают максимально близко к ОУ. С2, 135 обеспечивают гальваническую развязку между ОУ А2 и предыдущей схемой. Это минимизирует разбаланс нуля на выходе ОУ А2.

Для обеспечения корректной работы дифференциального усилителя необходимо выполнить условие R1=R2, R3=R4 (или точнее R3/R1=R4/ R2) с максимальной точностью (1%, 0.1% и т.д.): чем точнее, тем лучше.

Для обеспечения необходимого баланса рекомендуется один из резисторов выполнить переменным, в качестве такого переменного резистора целесообразно использовать высокоточный резистор-подстроечник с внутренним редуктором. Подключение датчика к УНЧ осуществляется с помощью витой пары в экране.

Рис.4. Схема простого УНЧ с высоким входным сопротивлением, дифференциальным входом, 2-полярным источником питания, корректором АЧХ (а) и подключением удаленного пьезодатчика (б). (Микрофон-стетоскоп).

Элементы для схемы на рисунка 4, а :

• R1 = R2=100к-500к, RЗ= R4=1м-5м,
• R0=5к-100к (регулировка громкости),
• R5=100к-1 м (R5<
• R6=10к-20к (регулировка чувствительности), R7=100к-200к, R8=10;
• С1- отсутствует, С2=0.1 мкФ - 1.0мкФ, С3=0.1 мкФ-1.0мкФ,
• С4=0.1мкФ, С5=0.1мкФ-0.3мкФ, С6=0.1мкФ-0.3мкФ,
• С7=0.1 мкФ-0.ЗмкФ, С8=0.1мкФ-0.3мкФ;
• А1 - ОУ - 140УД8, 140УД12, 140УД20 или любые другие ОУ с внутренней коррекцией (желательно) и в типовом включении;
• Т1, Т2 - КТ3102, КТ3107 или КТ315, КТ361, или аналогичные комплементарные (парные) транзисторы;
• В1 - пьезоэлемент ГЗП-308, ПЭ-1 или аналогичные ;
• В2 - пьезоизлучатель ЗП-1, ЗП-22 или аналогичные ;
• Т - ТМ-2А или аналогичные.

На рисунке 4 (6) - схема подключения удаленного пьезодатчика (пьезоэлемента или пьезоизлучателя) к усилителю с дифференциальным входом и высоким входным сопротивлением - УНЧ, схема которого представлена на рисунке 4 (а).

Заключение

Здесь используется техника, собираемая "на коленках’'. Просто и дешево! И часто очень эффективно!

И не требует высокой квалификации в области электроники!

Применение электронных средств вместо фонендоскопа или стакана-резонатора позволяет не только решить проблему присутствия, но и дает, например, возможность осуществлять регистрацию данных на магнитофон, выполнять дистанционный контроль и т.д.

ВНИМАНИЕ! Вся информация предоставлена в ознакомительных целях и для понимания какие есть возможности, а также для экспериментов и для принятия необходимых защитных мер.

Литература: Рудомедов Е.А., Рудометов В.Е - Электроника и шпионские страсти-3.