Како ради микрофон, врсте микрофона

За претварање звучних вибрација у електричну струју користе се специјални електро-акустични уређаји који се називају микрофони. Назив овог уређаја повезан је са комбинацијом две грчке речи, које се преводе као "мали" и "глас".

Микрофон је претварач акустичних вибрација у ваздуху у електричне вибрације.

Принцип рада микрофона је да звучне вибрације (заправо флуктуације ваздушног притиска) утичу на осетљиву мембрану уређаја, а већ вибрације мембране изазивају генерисање електричних вибрација, пошто је мембрана та која је повезана са делом. уређаја који генерише електричну струју, чији уређај зависи од врсте конкретног микрофона.

На овај или онај начин, данас се микрофони широко користе у различитим областима науке, технологије, уметности итд. Користе се у аудио опреми, у мобилним уређајима, користе се у гласовној комуникацији, снимању гласа, у медицинској дијагностици и у ултразвучним истраживањима.они служе као сензори, а у многим, многим другим областима људске активности, једноставно не може без микрофона у овом или оном облику.

Микрофони имају различите дизајне, јер су код различитих типова микрофона различите физичке појаве одговорне за генерисање електричних осцилација, а главне су: електрична отпорност, електромагнетна индукција, промена капацитета и пиезоелектрични ефекат... Данас се по принципу уређаја могу разликовати три главна типа микрофона: динамички, кондензаторски и пиезоелектрични. Међутим, до сада су на неким местима доступни и карбонски микрофони и са њима ћемо започети наш преглед.

Угљени микрофон

1856. француски научник Ду Монсел објавио је своје истраживање, које је показало да се чак и уз малу промену површине контакта графитних електрода, њихов отпор протоку електричне струје прилично мења.

Двадесет година касније, амерички проналазач Емил Берлинер створио први карбонски микрофон на свету заснован на овом ефекту. То се догодило 4. марта 1877. године.

Рад Берлинер микрофона био је управо заснован на својству контакта са угљеничним шипкама да мењају отпор кола услед промене проводне контактне површине.

Већ у мају 1878. дат је развој проналаска Давид Хугхес, који је уградио графитну шипку са шиљастим крајевима и мембраном причвршћеном за њу између пар карбонских чаша.

Када мембрана вибрира од дејства звука на њу, површина контакта штапа са чашама се такође мења, а такође и отпор електричног кола на које је штап повезан. Као резултат тога, струја у колу се променила након вибрација звука.

Томас Алва Едисон отишао још даље — заменио је штап угљеном прашином. Аутор најпознатијег дизајна карбонског микрофона је Антхони Вхите (1890). Управо ови микрофони се још увек могу наћи у слушалицама старих аналогних телефона.

Угљенични микрофон је дизајниран и ради на следећи начин. Угљенични прах (грануле) затворен у запечаћеној капсули налази се између две металне плоче. Једна од плоча на једној страни капсуле је повезана са мембраном.

Када звук делује на мембрану, она вибрира, преносећи вибрације на угљеничну прашину. Честице прашине вибрирају, с времена на време мењају површину међусобног контакта. Дакле, електрични отпор микрофона такође флуктуира, мењајући струју у колу у које је прикључен.

Први микрофони су повезани у серију са галванском батеријом као извор напона.

Када је такав микрофон повезан са примарним намотајем трансформатора, могуће је елиминисати звук који флуктуира у времену са звуком који делује на мембрану из његовог секундарног намотаја. Волтажа… Угљенични микрофон има високу осетљивост, што у неким случајевима омогућава да се користи чак и без појачала. Иако угљенични микрофон има значајан недостатак — присуство значајних нелинеарних изобличења и шума.

Кондензаторски микрофон

Кондензаторски микрофон (који се заснива на принципу промене електричног капацитета под утицајем звука) изумео је амерички инжењер Едвард Венте 1916. годинеСпособност кондензатора да мења капацитет у зависности од промене растојања између његових плоча већ је тада била добро позната и проучавана.

Дакле, једна од плоча кондензатора овде делује као танка покретна мембрана осетљива на звук. Мембрана се испоставља да је лагана и осетљива због своје танкости, јер се за њену производњу традиционално користи танка пластика са најтањим слојем злата или никла. Сходно томе, друга плоча кондензатора мора бити непокретна.

Када наизменични звучни притисак делује на танку плочу, то узрокује да она вибрира - или да се помери према другој плочи кондензатора, а затим даље од ње. У овом случају, електрични капацитет таквог типа променљивог кондензатора варира и мења се. Као резултат тога, у електричном колу у којем је овај кондензатор укључен, електрична енергија осцилација која понавља облик звучног таласа који пада на мембрану.

Радно електрично поље између плоча ствара се или помоћу спољашњег извора напона (нпр. батерија) или иницијално наношењем поларизованог материјала као премаза за једну од плоча (електретни микрофон је врста кондензаторског микрофона).

Овде се мора користити претпојачало, пошто је сигнал веома слаб, пошто се промена капацитивности из звука испостави да је изузетно мала, мембрана вибрира једва приметно. Када коло претпојачала повећа амплитуду аудио сигнала, већ појачани сигнал се затим усмерава на појачало… Отуда прва предност кондензаторских микрофона — они су супер осетљиви чак и на веома високим фреквенцијама.

Динамички микрофон

Рођење динамичког микрофона је заслуга немачких научника Гервин Ерлацх и Валтер Сцхоттки… 1924. године представили су нови тип микрофона, динамички микрофон, који је далеко надмашио свог карбонског претходника у погледу линеарности и фреквенцијског одзива, и надмашио кондензаторски пар у својим оригиналним електричним параметрима. Поставили су валовиту траку од веома танке (дебљине око 2 микрона) алуминијумске фолије у магнетно поље.

Године 1931. модел су побољшали амерички проналазачи. Тøрес и Венте… Понудили су динамички микрофон са индуктором… Ово решење се и даље сматра најбољим за студије за снимање.

Динамички микрофон се заснива на феномен електромагнетне индукције… Мембрана је причвршћена на танку бакарну жицу омотану око лагане пластичне цеви у сталном магнетном пољу.

Звучне вибрације делују на мембрану, мембрана вибрира, понављајући облик звучног таласа, док преноси своје кретање на жицу, жица се креће у магнетном пољу и (у складу са законом електромагнетне индукције) индукује се електрична струја. у жици, понављајући облик звука, падајући на мембрану.

Пошто је жица са пластичним носачем прилично лагана конструкција, испоставља се да је веома покретна и веома осетљива, а наизменични напон изазван електромагнетном индукцијом је значајан.

Електродинамички микрофони се деле на микрофоне са завојницама (опремљени дијафрагмом у прстенастом зазору магнета), тракасте микрофоне (у којима као материјал завојнице служи валовита алуминијумска фолија), изодинамичке итд.

Класични динамички микрофон је поуздан, има широк опсег амплитудске осетљивости у опсегу аудио фреквенција и јефтин је за производњу. Међутим, није довољно осетљив на високе фреквенције и слабо реагује на нагле промене звучног притиска — то су два његова главна недостатка.

Динамички тракасти микрофон се разликује по томе што магнетно поље ствара трајни магнет са половима, између којих се налази танка алуминијумска трака, која је замена за бакарну жицу.

Трака има високу електричну проводљивост, али је индуковани напон мали, па се мора додати у коло појачани трансформатор… Користан звучни сигнал се уклања у таквом колу секундарним намотајем трансформатора.

Тракасти динамички микрофон показује веома уједначен фреквентни опсег за разлику од конвенционалног динамичког микрофона.

Као материјал трајног магнета, микрофони користе чврсте магнетне легуре са високом заосталом индукцијом (нпр. НдФеБ). Тело и прстен су направљени од меких магнетних легура (нпр. електрични челик или пермалоид).

Пиезоелектрични микрофон

Нову реч у аудио технологији изговорили су руски научници Ржевкин и Јаковљев 1925. Они су предложили фундаментално нови приступ претварању звука у струјне осцилације — пиезоелектрични микрофон. Деловању звучног притиска је изложено пиезоелектрични кристал.

Звук делује на мембрану повезану са шипком, која је заузврат причвршћена за пиезоелектрик. Пиезо кристал се деформише под дејством вибрација штапа, а на његовим прикључцима се појављује напон који понавља облик упадног звука. Овај напон се користи као користан сигнал.