Hvordan en mikrofon fungerer, typer mikrofoner

Spesielle elektroakustiske enheter kalt mikrofoner brukes til å konvertere lydvibrasjoner til elektrisk strøm. Navnet på denne enheten er relatert til en kombinasjon av to greske ord, som er oversatt som "liten" og "stemme".

En mikrofon er en omformer av akustiske vibrasjoner i luften til elektriske vibrasjoner.

Prinsippet for drift av mikrofonen er at lydvibrasjoner (faktisk lufttrykksvingninger) påvirker den følsomme membranen til enheten, og allerede vibrasjonene til membranen forårsaker generering av elektriske vibrasjoner, siden det er membranen som er koblet til delen av enheten som genererer elektrisk strøm, hvis enhet avhenger av typen spesifikk mikrofon.

På en eller annen måte er mikrofoner i dag mye brukt innen ulike felt innen vitenskap, teknologi, kunst osv. De brukes i lydutstyr, i mobile dingser, brukes i stemmekommunikasjon, stemmeopptak, i medisinsk diagnose og i ultralydforskning.de fungerer som sensorer, og på mange, mange andre områder av menneskelig aktivitet kan man rett og slett ikke klare seg uten en mikrofon i en eller annen form.

Mikrofoner har forskjellig design, fordi i forskjellige typer mikrofoner er forskjellige fysiske fenomener ansvarlige for å generere elektriske oscillasjoner, de viktigste er: elektrisk motstand, elektromagnetisk induksjon, endring i kapasitet og piezoelektrisk effekt... I dag, i henhold til enhetens prinsipp, kan tre hovedtyper av mikrofoner skilles: dynamisk, kondensator og piezoelektrisk. Imidlertid er karbonmikrofoner også tilgjengelig noen steder så langt, og vi starter vår anmeldelse med dem.

Karbonmikrofon

I 1856, en fransk vitenskapsmann Du Monsel publiserte sin forskning, som viste at selv med en liten endring i kontaktområdet til grafittelektroder, endres motstanden deres mot strømmen av elektrisk strøm ganske betydelig.

Tjue år senere, en amerikansk oppfinner Emil Berliner laget verdens første karbonmikrofon basert på denne effekten. Dette skjedde 4. mars 1877.

Operasjonen til Berliner-mikrofonen var nettopp basert på egenskapen til å kontakte karbonstenger for å endre motstanden til kretsen på grunn av en endring i det ledende kontaktområdet.

Allerede i mai 1878 ble utviklingen av oppfinnelsen gitt David Hughes, som installerte en grafittstav med spisse ender og en membran festet til den mellom et par karbonkopper.

Når membranen vibrerer fra virkningen av lyd på den, endres også kontaktområdet til stangen med koppene, og det samme gjør motstanden til den elektriske kretsen som stangen er koblet til. Som et resultat endret strømmen i kretsen seg etter lydens vibrasjoner.

Thomas Alva Edison gikk enda lenger - han erstattet stangen med kullstøv. Forfatteren av den mest kjente utformingen av karbonmikrofonen er Anthony White (1890). Det er disse mikrofonene som fortsatt kan finnes i hodesettene til gamle analoge telefoner.

Karbonmikrofonen er designet og fungerer som følger. Karbonpulveret (granulene) innelukket i en forseglet kapsel er plassert mellom de to metallplatene. En av platene på den ene siden av kapselen er koblet til membranen.

Når lyd virker på membranen, vibrerer den, og overfører vibrasjonene til karbonstøvet. Støvpartiklene vibrerer, og endrer kontaktområdet med hverandre fra tid til annen. Dermed svinger også den elektriske motstanden til mikrofonen, og endrer strømmen i kretsen den er koblet til.

De første mikrofonene ble koblet i serie med galvanisk batteri som en spenningskilde.

Når en slik mikrofon er koblet til transformatorens primærvikling, er det mulig å eliminere lyden som svinger i tid med lyden som virker på membranen fra sekundærviklingen. Spenning… Karbonmikrofonen har høy følsomhet, noe som gjør det mulig i noen tilfeller å bruke den selv uten forsterker. Selv om karbonmikrofonen har en betydelig ulempe — tilstedeværelse av betydelige ikke-lineære forvrengninger og støy.

Kondensatormikrofon

Kondensatormikrofonen (som er basert på prinsippet om å endre elektrisk kapasitet under påvirkning av lyd) ble oppfunnet av en amerikansk ingeniør Edward Wente i 1916Kondensatorens evne til å endre kapasitans avhengig av endringen i avstanden mellom platene var allerede velkjent og studert på den tiden.

Så en av kondensatorplatene fungerer her som en tynn bevegelig membran som er følsom for lyd. Membranen viser seg å være lett og følsom på grunn av sin tynnhet, siden tynn plast med det tynneste laget av gull eller nikkel tradisjonelt brukes til produksjonen. Følgelig må den andre kondensatorplaten festes stasjonært.

Når det vekslende lydtrykket virker på en tynn plate, får den den til å vibrere – eller bevege seg mot, og deretter bort fra, den andre kondensatorplaten. I dette tilfellet varierer og endres den elektriske kapasiteten til en slik type variabel kondensator. Som et resultat, i den elektriske kretsen som denne kondensatoren er inkludert i, elektrisitet oscillasjon som gjentar formen til lydbølgen som faller på membranen.

Det elektriske feltet mellom platene skapes enten av en ekstern spenningskilde (f.eks. et batteri) eller ved først å påføre et polarisert materiale som belegg for en av platene (en elektretmikrofon er en type kondensatormikrofon).

Her må det brukes en forforsterker, siden signalet er veldig svakt, siden endringen i kapasitans fra lyden viser seg å være ekstremt liten, vibrerer membranen knapt merkbart. Når forforsterkerkretsen øker amplituden til lydsignalet, blir det allerede forsterkede signalet rutet til forsterkeren… Derav den første fordelen med kondensatormikrofoner — de er superfølsomme selv ved veldig høye frekvenser.

Dynamisk mikrofon

Fødselen av en dynamisk mikrofon er æren av tyske forskere Gervin Erlach og Walter Schottky… I 1924 introduserte de en ny type mikrofon, den dynamiske mikrofonen, som klarte seg langt bedre enn sin karbonforgjenger når det gjelder linearitet og frekvensrespons, og overgikk kondensatormotstykket i sine originale elektriske parametere. De plasserte et korrugert bånd av veldig tynn (omtrent 2 mikron tykk) aluminiumsfolie i et magnetfelt.

I 1931 ble modellen forbedret av amerikanske oppfinnere. Tøres og Vente… De tilbød en dynamisk mikrofon med en induktor… Denne løsningen anses fortsatt som den beste for innspillingsstudioer.

Den dynamiske mikrofonen er basert på fenomenet elektromagnetisk induksjon… Membranen er festet til en tynn kobbertråd viklet rundt et lett plastrør i et permanent magnetfelt.

Lydvibrasjoner virker på membranen, membranen vibrerer, gjentar formen til lydbølgen, mens den overfører bevegelsene til ledningen, ledningen beveger seg i et magnetfelt og (i samsvar med loven om elektromagnetisk induksjon) induseres en elektrisk strøm i ledningen, gjenta formen på lyden, falle på membranen.

Siden en ledning med plaststøtte er en ganske lett konstruksjon, viser den seg å være veldig mobil og veldig følsom, og vekselspenningen indusert av elektromagnetisk induksjon er betydelig.

Elektrodynamiske mikrofoner er delt inn i spolemikrofoner (utstyrt med en membran i magnetens ringformede gap), båndmikrofoner (der korrugert aluminiumsfolie fungerer som spolematerialet), isodynamiske, etc.

Den klassiske dynamiske mikrofonen er pålitelig, har et bredt spekter av amplitudefølsomhet i lydfrekvensområdet, og er billig å produsere. Imidlertid er den ikke følsom nok ved høye frekvenser og reagerer dårlig på plutselige endringer i lydtrykk - dette er to av dens største ulemper.

En dynamisk båndmikrofon skiller seg ut ved at magnetfeltet skapes av en permanent magnet med polstykker, mellom hvilke det er en tynn aluminiumslist, som er en erstatning for kobbertråd.

Båndet har høy elektrisk ledningsevne, men den induserte spenningen er liten, så den må legges til kretsen trappe opp transformator… Et nyttig lydsignal fjernes i en slik krets av transformatorens sekundærvikling.

En dynamisk båndmikrofon viser et veldig jevnt frekvensområde i motsetning til en konvensjonell dynamisk mikrofon.

Som permanentmagnetmateriale bruker mikrofoner harde magnetiske legeringer med høy restinduksjon (f.eks. NdFeB). Kroppen og ringen er laget av myke magnetiske legeringer (f.eks. elektrisk stål eller permaloid).

Piezoelektrisk mikrofon

Et nytt ord innen lydteknologi ble talt av de russiske forskerne Rzhevkin og Yakovlev i 1925. De foreslo en fundamentalt ny tilnærming til å konvertere lyd til aktuelle svingninger - en piezoelektrisk mikrofon. Virkningen av lydtrykk utsettes for piezoelektrisk krystall.

Lyden virker på en membran koblet til en stang, som igjen er festet til et piezoelektrisk. Piezokrystallen deformeres under påvirkning av vibrasjoner fra stangen, og en spenning vises ved terminalene, som gjentar formen til den innfallende lyden. Denne spenningen brukes som et nyttig signal.