Як працює мікрофон?

Як працює мікрофон?

Мікрофон (від мікро-і phone звук) електроакустичний прилад, перетворюють звукові коливання в коливання електричного струму. Служить первинною ланкою в ланцюжку звукозаписувального тракту або звукопідсилення.

Будь мікрофон складається з двох систем: акустико-механічної та механоелектричного. Властивості акустико-механічної системи сильно залежать від того, чи впливає звуковий тиск на одну сторону діафрагми (мікрофон тиску) або на обидві сторони, а в другому випадку від того, чи симетрично це вплив (мікрофон градієнта тиску) або на одну із сторін діафрагми діють коливання, безпосередньо збуджуючі її, а на другому пройшли через якесь механічне або акустичний опір або систему затримки часу (асиметричний мікрофон градієнта тиску). Великий вплив на характеристики мікрофона надає його механоелектричного частину.

Спочатку найбільшого поширення набув вугільний мікрофон Едісона, про винахід якого також незалежно заявляли Махальський в 1878 і П. М. Голубицький в 1883. Вугільний мікрофон до цих пір використовується в апаратах аналогової телефонії. Дія його грунтується на зміні опору між зернами вугільного порошку при зміні тиску на їх сукупність. Конденсаторний мікрофон був винайдений американським вченим Е. Венте в 1917 році.

У ньому звук впливає на тонку металеву мембрану, змінюючи відстань між мембраною і металевим корпусом. Тим самим утворений мембраною і корпусом конденсатор змінює ємність.

Якщо підвести до пластин постійна напруга, зміна ємності викличе струм через конденсатор, тим самим утворюючи електричний сінгнал у зовнішній ланцюга. Більш масовими стали динамічні мікрофони, що відрізняються від вугільних набагато кращій лінійністю характеристик і хорошими частотними властивостями, а від конденсаторних більш прийнятними електричними властивостями. Першим динамічним мікрофоном став винайдений в 1924 році німецькими вченими Е. Герлахом і В. Шотткі електродинамічний мікрофон стрічкового типу.

Вони розташували в магнітному полі гофровану стрічку з дуже тонкої (бл. 2 мкм) алюмінієвої фольги. Такі мікрофони досі застосовуються в студійного запису завдяки надзвичайно високим частотним характеристикам, однак їх чутливість невелика, вихідний опір дуже мало (частки Ома), що значно ускладнювало проектування підсилювачів. Крім того, достатня чутливість досяжна тільки при значній площі стрічки (а значить, і розмірах магніту), в результаті такі мікрофони мають великі розміри і масу в порівнянні з усіма іншими типами. П’єзоелектричний мікрофон, сконструйований радянськими вченими С. Н. Ржевкіним і А. І. Яковлєвим в 1925 році, має в якості датчика звукового тиску пластинку з речовини, що володіє п’єзоелектричними властивостями.

Робота в якості датчика тиску дозволила створити перший гідрофони і записати наднизькочастотних звуки, характерні для морських мешканців. У 1931 році американські вчені Е. Венте і А. Терас винайшли динамічний мікрофон з котушкою, приклееной до тонкої мембрані з полістиролу або фольги. На відміну від стрічкового, він мав істотно більш високий вихідний опір (десятки ом і сотник килоом), міг бути виготовлений в менших розмірах і є оборотним.

Удосконалення характеристик саме цих мікрофонів, в поєднанні з удосконаленням звукопідсилювальної і звукозаписної апаратури, дозволило розвинутися індустрії звукозапису. Створення малих за розміром (навіть незважаючи на масу постійного магніту, необхідного для роботи мікрофону), а також надзвичайно чутливих і вузькоспрямованих динамічних мікрофонів в помітною мірою змінило уявлення про приватності і породило ряд змін в законодавстві (зокрема, про застосування підслуховуючих пристроїв).

Тоді ж розроблені електромагнітні мікрофони, на відміну від електродинамічних, мають закріплений на мембрані постійний магніт і нерухому котушку. Завдяки відсутності жорстких вимог до маси котушки (характерному для динамічних мікрофонів) такі мікрофони робилися високоомними, а також часом мали багатовідвідні котушки, що робило їх більш універсальними. Такі мікрофони, поряд з п’єзоелектричними, дозволили створити ефективні слухові апарати, а також ларингофони. Електретний мікрофон, винайдений японським ученим Егуті на початку 20-х рр.. XXPвека за принципом дії і конструкції близький до конденсаторного, проте в якості нерухомої обкладки конденсатора і джерела постійної напруги виступає пластина з Електрети.

Довгий час такі мікрофони були відносно дороги, а їх дуже високий вихідний опір (як і конденсаторних, одиниці Меган і вище) змушувало застосовувати виключно лампові схеми. Cоздание польових транзисторів призвело до появи надзвичайно ефективних, мініатюрних і легких електретних мікрофонів, суміщених із зібраним в тому ж корпусі передпідсилювачем на польовому транзисторі.

Як працює мікрофон?

Сподобалася стаття? Поділися нею з друзями!




Комментарии закрыты