Cum funcționează un microfon, tipuri de microfoane

Dispozitive electro-acustice speciale numite microfoane sunt folosite pentru a transforma vibrațiile sonore în curent electric. Numele acestui dispozitiv este legat de o combinație de două cuvinte grecești, care sunt traduse ca „mic” și „voce”.

Un microfon este un convertor al vibrațiilor acustice din aer în vibrații electrice.

Principiul de funcționare al microfonului este că vibrațiile sonore (de fapt, fluctuațiile presiunii aerului) afectează membrana sensibilă a dispozitivului și deja vibrațiile membranei provoacă generarea de vibrații electrice, deoarece membrana este conectată la piesă. a dispozitivului care generează curent electric, al cărui dispozitiv depinde de tipul de microfon specific.

Într-un fel sau altul, astăzi microfoanele sunt utilizate pe scară largă în diverse domenii ale științei, tehnologiei, artei etc. Sunt folosite în echipamente audio, în gadget-uri mobile, utilizate în comunicarea vocală, înregistrarea vocii, în diagnosticul medical și în cercetarea cu ultrasunete.ele servesc ca senzori și, în multe, multe alte domenii ale activității umane, pur și simplu nu se poate face fără un microfon într-o formă sau alta.

Microfoanele au design diferite, deoarece în diferite tipuri de microfoane diferite fenomene fizice sunt responsabile de generarea oscilațiilor electrice, principalele fiind: rezistență electrică, inductie electromagnetica, modificarea capacității și efect piezoelectric... Astăzi, conform principiului dispozitivului, se pot distinge trei tipuri principale de microfoane: dinamice, cu condensator și piezoelectrice. Cu toate acestea, microfoanele cu carbon sunt disponibile și în unele locuri până acum și vom începe recenzia noastră cu ele.

Microfon carbon

În 1856, un om de știință francez Du Monsel și-a publicat cercetarea, care a demonstrat că, chiar și cu o mică modificare a zonei de contact a electrozilor de grafit, rezistența acestora la fluxul de curent electric se modifică destul de semnificativ.

Douăzeci de ani mai târziu, un inventator american Emil Berliner a creat primul microfon de carbon din lume pe baza acestui efect. Acest lucru s-a întâmplat pe 4 martie 1877.

Funcționarea microfonului Berliner s-a bazat tocmai pe proprietatea de a contacta tijele de carbon de a modifica rezistența circuitului din cauza unei modificări a zonei de contact conducătoare.

Deja în mai 1878, s-a dat dezvoltarea invenției David Hughes, care a instalat o tijă de grafit cu capete ascuțite și o membrană fixată de aceasta între o pereche de cupe de carbon.

Când membrana vibrează din cauza acțiunii sunetului asupra acesteia, se modifică și zona de contact a tijei cu cupele, la fel și rezistența circuitului electric la care este conectată tija. Ca urmare, curentul din circuit s-a schimbat după vibrațiile sunetului.

Thomas Alva Edison a mers și mai departe — a înlocuit tija cu praf de cărbune. Autorul celui mai faimos design al microfonului din carbon este Anthony White (1890). Aceste microfoane mai pot fi găsite în căștile telefoanelor vechi analogice.

Microfonul din carbon este proiectat și funcționează după cum urmează. Pulberea de carbon (granule) închisă într-o capsulă etanșă este situată între cele două plăci metalice. Una dintre plăcile de pe o parte a capsulei este conectată la membrană.

Când sunetul acționează asupra membranei, acesta vibrează, transmitând vibrațiile prafului de carbon. Particulele de praf vibrează, schimbând zona de contact unele cu altele din când în când. Astfel, și rezistența electrică a microfonului fluctuează, modificând curentul din circuitul în care este conectat.

Primele microfoane au fost conectate în serie cu o baterie galvanică ca sursă de tensiune.

Când un astfel de microfon este conectat la înfășurarea primară a transformatorului, este posibil să se elimine sunetul care fluctuează în timp cu sunetul care acționează asupra membranei din înfășurarea sa secundară. Voltaj… Microfonul din carbon are o sensibilitate ridicată, ceea ce face posibilă în unele cazuri utilizarea acestuia chiar și fără amplificator. Deși microfonul din carbon are un dezavantaj semnificativ - prezența unor distorsiuni neliniare semnificative și a zgomotului.

Microfon cu condensator

Microfonul cu condensator (care se bazează pe principiul modificării capacității electrice sub influența sunetului) a fost inventat de un inginer american Edward Wente în 1916Capacitatea condensatorului de a schimba capacitatea în funcție de modificarea distanței dintre plăcile sale era deja bine cunoscută și studiată la acel moment.

Deci, una dintre plăcile condensatorului acționează aici ca o membrană mobilă subțire, sensibilă la sunet. Membrana se dovedește a fi ușoară și sensibilă datorită subțirii sale, deoarece plasticul subțire cu cel mai subțire strat de aur sau nichel este utilizat în mod tradițional pentru producerea sa. În consecință, a doua placă a condensatorului trebuie să fie fixată staționar.

Atunci când presiunea sonoră alternativă acționează asupra unei plăci subțiri, aceasta o face să vibreze sau să se miște spre, apoi departe de cea de-a doua placă a condensatorului. În acest caz, capacitatea electrică a unui astfel de tip de condensator variabil variază și se modifică. Ca urmare, în circuitul electric în care este inclus acest condensator, electricitate oscilatie care repeta forma undei sonore care cad pe membrana.

Câmpul electric de funcționare dintre plăci este creat fie de o sursă externă de tensiune (de exemplu, o baterie), fie prin aplicarea inițială a unui material polarizat ca acoperire pentru una dintre plăci (un microfon electret este un tip de microfon cu condensator).

Aici trebuie folosit un preamplificator, deoarece semnalul este foarte slab, deoarece modificarea capacității de la sunet se dovedește a fi extrem de mică, membrana vibrează abia perceptibil. Când circuitul preamplificatorului crește amplitudinea semnalului audio, semnalul deja amplificat este apoi direcționat la amplificator… De aici și primul avantaj al microfoanelor cu condensator — sunt super sensibili chiar si la frecvente foarte inalte.

Microfon dinamic

Nașterea unui microfon dinamic este meritul oamenilor de știință germani Gervin Erlach și Walter Schottky… În 1924 au introdus un nou tip de microfon, microfonul dinamic, care a depășit cu mult predecesorul său de carbon în ceea ce privește liniaritatea și răspunsul în frecvență și a depășit omologul său condensator în parametrii electrici inițiali. Au plasat o panglică ondulată din folie de aluminiu foarte subțire (aproximativ 2 microni grosime) într-un câmp magnetic.

În 1931, modelul a fost îmbunătățit de inventatorii americani. Tøres și Vente… Au oferit un microfon dinamic cu un inductor… Această soluție este încă considerată cea mai bună pentru studiourile de înregistrare.

Microfonul dinamic se bazează pe fenomen de inducție electromagnetică… Membrana este atașată de un fir subțire de cupru înfășurat în jurul unui tub ușor de plastic într-un câmp magnetic permanent.

Vibrațiile sonore acționează asupra membranei, membrana vibrează, repetând forma undei sonore, în timp ce transmite mișcările acesteia către fir, firul se mișcă într-un câmp magnetic și (conform legii inducției electromagnetice) este indus un curent electric. în fir, repetând forma sunetului, căzând pe membrană.

Deoarece un fir cu suport din plastic este o construcție destul de ușoară, se dovedește a fi foarte mobil și foarte sensibil, iar tensiunea alternativă indusă de inducția electromagnetică este semnificativă.

Microfoanele electrodinamice sunt împărțite în microfoane cu bobină (echipate cu o diafragmă în golul inelar al magnetului), microfoane cu bandă (în care folia ondulată de aluminiu servește ca material bobină), izodinamică etc.

Microfonul dinamic clasic este fiabil, are o gamă largă de sensibilitate la amplitudine în domeniul frecvenței audio și este ieftin de fabricat. Cu toate acestea, nu este suficient de sensibil la frecvențe înalte și reacționează slab la schimbările bruște ale presiunii sonore - acestea sunt două dintre principalele sale dezavantaje.

Un microfon cu bandă dinamică diferă prin faptul că câmpul magnetic este creat de un magnet permanent cu piese polare, între care există o bandă subțire de aluminiu, care înlocuiește firul de cupru.

Banda are o conductivitate electrică ridicată, dar tensiunea indusă este mică, așa că trebuie adăugată la circuit intensificați transformatorul… Un semnal sonor util este eliminat într-un astfel de circuit de înfășurarea secundară a transformatorului.

Un microfon dinamic cu bandă prezintă o gamă de frecvență foarte uniformă, spre deosebire de un microfon dinamic convențional.

Ca material cu magnet permanent, microfoanele folosesc aliaje magnetice dure cu inducție reziduală mare (de exemplu, NdFeB). Corpul și inelul sunt fabricate din aliaje magnetice moi (de exemplu, oțel electric sau permaloid).

Microfon piezoelectric

Un nou cuvânt în tehnologia audio a fost rostit de oamenii de știință ruși Rzhevkin și Yakovlev în 1925. Ei au propus o abordare fundamental nouă pentru a converti sunetul în oscilații curente - un microfon piezoelectric. La acţiunea presiunii sonore este expusă cristal piezoelectric.

Sunetul acționează asupra unei membrane conectate la o tijă, care la rândul ei este atașată de un piezoelectric. Piezocristalul este deformat sub acțiunea vibrațiilor tijei, iar la bornele sale apare o tensiune, repetând forma sunetului incident. Această tensiune este folosită ca semnal util.