Kā darbojas mikrofons, mikrofonu veidi

Lai skaņas vibrācijas pārvērstu elektriskā strāvā, tiek izmantotas īpašas elektroakustiskās ierīces, ko sauc par mikrofoniem. Šīs ierīces nosaukums ir saistīts ar divu grieķu vārdu savienojumu, kas tiek tulkoti kā "mazs" un "balss".

Mikrofons ir gaisa akustisko vibrāciju pārveidotājs elektriskās vibrācijās.

Mikrofona darbības princips ir tāds, ka skaņas vibrācijas (faktiski gaisa spiediena svārstības) ietekmē ierīces jutīgo membrānu, un jau membrānas vibrācijas izraisa elektrisko vibrāciju veidošanos, jo tieši membrāna ir savienota ar daļu. ierīces, kas ģenerē elektrisko strāvu, kuras ierīce ir atkarīga no konkrētā mikrofona veida.

Vienā vai otrā veidā mūsdienās mikrofoni tiek plaši izmantoti dažādās zinātnes, tehnikas, mākslas uc jomās. Tos izmanto audio iekārtās, mobilajos sīkrīkos, izmanto balss sakaros, balss ierakstīšanā, medicīniskajā diagnostikā un ultraskaņas pētījumos.tie kalpo kā sensori, un daudzās jo daudzās citās cilvēka darbības jomās vienkārši nevar iztikt bez mikrofona vienā vai otrā veidā.

Mikrofoniem ir dažāda konstrukcija, jo dažāda veida mikrofonos par elektrisko svārstību radīšanu ir atbildīgas dažādas fiziskas parādības, no kurām galvenās ir: elektriskā pretestība, elektromagnētiskā indukcija, jaudas izmaiņas un pjezoelektriskais efekts... Mūsdienās pēc ierīces principa var izšķirt trīs galvenos mikrofonu veidus: dinamisko, kondensatora un pjezoelektrisko. Tomēr dažviet līdz šim ir pieejami arī oglekļa mikrofoni, un ar tiem arī sāksim savu apskatu.

Oglekļa mikrofons

1856. gadā franču zinātnieks Du Monsels publicēja savu pētījumu, kas parādīja, ka pat ar nelielām izmaiņām grafīta elektrodu kontakta laukumā, to pretestība elektriskās strāvas plūsmai mainās diezgan būtiski.

Divdesmit gadus vēlāk amerikāņu izgudrotājs Emīls Berliners izveidoja pasaulē pirmo oglekļa mikrofonu, pamatojoties uz šo efektu. Tas notika 1877. gada 4. martā.

Berliner mikrofona darbība bija precīzi balstīta uz īpašību saskarties ar oglekļa stieņiem, lai mainītu ķēdes pretestību vadošā kontakta laukuma izmaiņu dēļ.

Jau 1878. gada maijā tika dota izgudrojuma izstrāde Deivids Hjūzs, kurš uzstādīja grafīta stieni ar smailiem galiem un tam piestiprinātu membrānu starp oglekļa kausu pāri.

Kad membrāna vibrē no skaņas iedarbības uz to, mainās arī stieņa saskares laukums ar kausiem, kā arī mainās elektriskās ķēdes pretestība, kurai stienis ir pievienots. Rezultātā strāva ķēdē mainījās pēc skaņas vibrācijām.

Tomass Alva Edisons gāja vēl tālāk — viņš nomainīja stieni ar ogļu putekļiem. Oglekļa mikrofona slavenākā dizaina autors ir Entonijs Vaits (1890). Tieši šie mikrofoni joprojām ir atrodami veco analogo tālruņu austiņās.

Oglekļa mikrofons ir izstrādāts un darbojas šādi. Oglekļa pulveris (granulas), kas ievietots noslēgtā kapsulā, atrodas starp abām metāla plāksnēm. Viena no plāksnēm kapsulas vienā pusē ir savienota ar membrānu.

Kad skaņa iedarbojas uz membrānu, tā vibrē, pārnesot vibrācijas uz oglekļa putekļiem. Putekļu daļiņas vibrē, ik pa laikam mainot saskares zonu savā starpā. Tādējādi svārstās arī mikrofona elektriskā pretestība, mainot strāvu ķēdē, kurā tas ir pievienots.

Pirmie mikrofoni tika savienoti virknē ar galvanisko akumulatoru kā sprieguma avotu.

Kad šāds mikrofons ir pievienots transformatora primārajam tinumam, no tā sekundārā tinuma ir iespējams novērst skaņu, kas svārstās laikā ar skaņu, kas iedarbojas uz membrānu. spriegums… Oglekļa mikrofonam ir augsta jutība, kas dažos gadījumos ļauj to izmantot pat bez pastiprinātāja. Lai gan oglekļa mikrofonam ir būtisks trūkums - būtisku nelineāru kropļojumu un trokšņu klātbūtne.

Kondensatora mikrofons

Kondensatora mikrofonu (kas balstās uz elektriskās jaudas maiņas principu skaņas ietekmē) izgudroja amerikāņu inženieris. Edvards Vente 1916. gadāKondensatora spēja mainīt kapacitāti atkarībā no attāluma starp tā plāksnēm izmaiņām jau tolaik bija labi zināma un pētīta.

Tātad viena no kondensatora plāksnēm šeit darbojas kā plāna kustīga membrāna, kas ir jutīga pret skaņu. Membrāna izrādās viegla un jutīga tās plānuma dēļ, jo tās ražošanai tradicionāli tiek izmantota plāna plastmasa ar plānāko zelta vai niķeļa slāni. Attiecīgi otrajai kondensatora plāksnei jābūt fiksētai nekustīgi.

Kad mainīgais skaņas spiediens iedarbojas uz plānu plāksni, tas liek tai vibrēt vai virzīties uz otru kondensatora plāksni un pēc tam prom no tās. Šajā gadījumā šāda veida mainīgā kondensatora elektriskā jauda mainās un mainās. Tā rezultātā elektriskajā ķēdē, kurā ir iekļauts šis kondensators, elektrība svārstības, kas atkārto uz membrānas krītošā skaņas viļņa formu.

Darbojošo elektrisko lauku starp plāksnēm rada vai nu ārējs sprieguma avots (piemēram, akumulators), vai arī sākotnēji uzklājot polarizētu materiālu kā pārklājumu vienai no plāksnēm (elektretmikrofons ir kondensatora mikrofona veids).

Šeit ir jāizmanto priekšpastiprinātājs, jo signāls ir ļoti vājš, jo kapacitātes izmaiņas no skaņas izrādās ļoti mazas, membrāna vibrē tikko manāmi. Kad priekšpastiprinātāja ķēde palielina audio signāla amplitūdu, jau pastiprinātais signāls tiek novirzīts uz pastiprinātāju… Tādējādi pirmā kondensatora mikrofonu priekšrocība — tie ir īpaši jutīgi pat ļoti augstās frekvencēs.

Dinamiskais mikrofons

Dinamiskā mikrofona dzimšana ir vācu zinātnieku nopelns Žervins Erlahs un Valters Šotkis… 1924. gadā viņi ieviesa jauna veida mikrofonu, dinamisko mikrofonu, kas linearitātes un frekvences reakcijas ziņā ievērojami pārspēja savu priekšteci no oglekļa, un pārspēja tā kondensatora ekvivalentu sākotnējos elektriskajos parametros. Viņi magnētiskajā laukā ievietoja ļoti plānas (apmēram 2 mikronus biezas) alumīnija folijas gofrētu lenti.

1931. gadā modeli uzlaboja amerikāņu izgudrotāji. Tøres un Vente… Viņi piedāvāja dinamisku mikrofonu ar induktors… Šis risinājums joprojām tiek uzskatīts par labāko ierakstu studijām.

Dinamiskais mikrofons ir balstīts uz elektromagnētiskās indukcijas parādība… Membrāna ir piestiprināta pie plānas vara stieples, kas aptīta ap vieglu plastmasas cauruli pastāvīgā magnētiskajā laukā.

Uz membrānu iedarbojas skaņas vibrācijas, membrāna vibrē, atkārtojot skaņas viļņa formu, vienlaikus nododot savas kustības uz vadu, vads pārvietojas magnētiskajā laukā un (saskaņā ar elektromagnētiskās indukcijas likumu) tiek inducēta elektriskā strāva. vadā, atkārtojot skaņas formu, krītot uz membrānas.

Tā kā vads ar plastmasas balstu ir diezgan viegla konstrukcija, tas izrādās ļoti mobils un ļoti jutīgs, un elektromagnētiskās indukcijas izraisītais maiņspriegums ir ievērojams.

Elektrodinamiskos mikrofonus iedala spoles mikrofonos (aprīkoti ar diafragmu magnēta gredzenveida spraugā), lentes mikrofonos (kuros kā spoles materiāls kalpo gofrētā alumīnija folija), izodinamiskajos utt.

Klasiskais dinamiskais mikrofons ir uzticams, tam ir plašs amplitūdas jutības diapazons audio frekvenču diapazonā, un tā ražošana ir lēta. Tomēr tas nav pietiekami jutīgs augstās frekvencēs un slikti reaģē uz pēkšņām skaņas spiediena izmaiņām — tie ir divi no galvenajiem trūkumiem.

Dinamiskais lentes mikrofons atšķiras ar to, ka magnētisko lauku rada pastāvīgais magnēts ar polu gabaliem, starp kuriem ir plāna alumīnija sloksne, kas aizstāj vara stiepli.

Lentai ir augsta elektrovadītspēja, bet inducētais spriegums ir mazs, tāpēc tas jāpievieno ķēdei pakāpju transformators… Noderīgu skaņas signālu šādā ķēdē noņem transformatora sekundārais tinums.

Lentes dinamiskajam mikrofonam atšķirībā no parastā dinamiskā mikrofona ir ļoti vienmērīgs frekvenču diapazons.

Kā pastāvīgā magnēta materiāls mikrofonos tiek izmantoti cietie magnētiskie sakausējumi ar augstu atlikušo indukciju (piemēram, NdFeB). Korpuss un gredzens ir izgatavoti no mīkstiem magnētiskiem sakausējumiem (piemēram, elektrotērauda vai permaloīda).

Pjezoelektriskais mikrofons

Krievu zinātnieki Rževkins un Jakovļevs 1925. gadā izteica jaunu vārdu audio tehnoloģijā. Viņi ierosināja pilnīgi jaunu pieeju skaņas pārvēršanai strāvas svārstībās — pjezoelektrisko mikrofonu. Skaņas spiediena darbība ir pakļauta pjezoelektriskais kristāls.

Skaņa iedarbojas uz membrānu, kas savienota ar stieni, kas savukārt ir pievienota pjezoelektriskam. Pjezo kristāls tiek deformēts stieņa vibrāciju ietekmē, un tā spailēs parādās spriegums, kas atkārto krītošās skaņas formu. Šis spriegums tiek izmantots kā noderīgs signāls.