A mikrofon működése, a mikrofonok típusai
A hangrezgések elektromos árammá alakítására speciális elektroakusztikus eszközöket, úgynevezett mikrofonokat használnak. Ennek az eszköznek a neve két görög szó kombinációjához kapcsolódik, amelyek fordítása "kicsi" és "hang".
A mikrofon a levegőben lévő akusztikus rezgéseket elektromos rezgéssé alakítja.
A mikrofon működési elve az, hogy a hangrezgések (valójában a légnyomás ingadozása) hatással vannak a készülék érzékeny membránjára, és már a membrán rezgései okozzák az elektromos rezgések keletkezését, hiszen az alkatrészhez a membrán kapcsolódik. az elektromos áramot előállító eszközé, amelynek eszköze az adott mikrofon típusától függ.
Így vagy úgy, ma a mikrofonokat széles körben használják a tudomány, a technológia, a művészet stb. különböző területein. Használják audio berendezésekben, mobil eszközökben, hangkommunikációban, hangrögzítésben, orvosi diagnosztikában és ultrahangkutatásban.érzékelőként szolgálnak, és az emberi tevékenység sok-sok más területén egyszerűen nem nélkülözheti az ember ilyen vagy olyan formában mikrofont.
A mikrofonok különböző kialakításúak, mivel a különböző típusú mikrofonokban különböző fizikai jelenségek felelősek az elektromos rezgések létrehozásáért, amelyek közül a legfontosabbak: elektromos ellenállás, elektromágneses indukció, kapacitás változása és piezoelektromos hatás... Ma a készülék elve szerint három fő mikrofontípus különböztethető meg: dinamikus, kondenzátoros és piezoelektromos. Egyes helyeken azonban egyelőre karbonmikrofonok is kaphatók, ezekkel kezdjük áttekintésünket.
Karbon mikrofon
1856-ban francia tudós Du Monsel publikálta kutatását, amely kimutatta, hogy a grafitelektródák érintkezési területének kismértékű változásával is jelentősen megváltozik az elektromos árammal szembeni ellenállásuk.
Húsz évvel később egy amerikai feltaláló Berliner Emil erre az effektusra alapozva megalkotta a világ első szénmikrofonját. Ez 1877. március 4-én történt.
A Berliner mikrofon működése pontosan azon a tulajdonságon alapult, hogy a szénrudak érintkező tulajdonságai megváltoztatják az áramkör ellenállását a vezető érintkezési felület változása miatt.
Már 1878 májusában megadták a találmány fejlesztését David Hughes, aki egy hegyes végű grafitrudat és a hozzá rögzített membránt egy pár szénpohár közé szerelte.
Amikor a membrán rezeg a rajta lévő hanghatástól, megváltozik a rúd érintkezési felülete a csészékkel, és megváltozik annak az elektromos áramkörnek az ellenállása is, amelyhez a rúd kapcsolódik. Ennek eredményeként az áramkörben az áramerősség megváltozott a hang rezgései után.
Thomas Alva Edison még tovább ment – szénporral cserélte ki a rudat. A szénmikrofon leghíresebb dizájnjának szerzője az Anthony White (1890). Ezek a mikrofonok még mindig megtalálhatók a régi analóg telefonok fejhallgatóiban.
A szénmikrofon az alábbiak szerint készült és működik. A zárt kapszulába zárt szénpor (granulátum) a két fémlemez között helyezkedik el. A kapszula egyik oldalán lévő lemezek egyike a membránhoz csatlakozik.
Amikor a hang hat a membránra, az rezeg, átadva a rezgéseket a szénpornak. A porrészecskék vibrálnak, és időről időre megváltoztatják az érintkezési területet. Így a mikrofon elektromos ellenállása is ingadozik, megváltoztatva az áramkört, amelybe csatlakoztatva van.
Az első mikrofonokat sorba kötötték galvanikus akkumulátorral feszültségforrásként.
Ha egy ilyen mikrofont csatlakoztatunk a transzformátor primer tekercséhez, akkor a membránra ható hanggal időben ingadozó hang kiküszöbölhető a szekunder tekercséből. feszültség… A szénmikrofon nagy érzékenységgel rendelkezik, így bizonyos esetekben akár erősítő nélkül is használható. Bár a szénmikrofonnak van egy jelentős hátránya - jelentős nemlineáris torzítások és zaj jelenléte.
Kondenzátor mikrofon
A kondenzátor mikrofont (amely az elektromos kapacitás hang hatására történő megváltoztatásának elvén alapul) egy amerikai mérnök találta fel. Edward Wente 1916-banA kondenzátor azon képessége, hogy a lemezei közötti távolság változásától függően képes kapacitást változtatni, már akkoriban jól ismert és tanulmányozott volt.
Tehát az egyik kondenzátorlap itt vékony, hangérzékeny, mozgatható membránként működik. A membrán vékonysága miatt könnyűnek és érzékenynek bizonyul, mivel gyártásához hagyományosan vékony műanyagot használnak a legvékonyabb arany- vagy nikkelréteggel. Ennek megfelelően a második kondenzátorlemezt fixen kell rögzíteni.
Amikor a váltakozó hangnyomás egy vékony lemezre hat, az rezgést okoz – vagy a második kondenzátorlap felé mozdul el, majd távolodik tőle. Ebben az esetben az ilyen típusú változó kondenzátorok elektromos kapacitása változik és változik. Ennek eredményeként az elektromos áramkörben, amelyben ez a kondenzátor szerepel, elektromosság a membránra eső hanghullám alakját megismétlő oszcilláció.
A lemezek közötti üzemi elektromos teret vagy külső feszültségforrás (pl. akkumulátor) hozza létre, vagy kezdetben polarizált anyagot alkalmazunk bevonatként az egyik lemezre (az elektret mikrofon a kondenzátormikrofon egy fajtája).
Itt előerősítőt kell használni, mivel a jel nagyon gyenge, mivel a hang kapacitásváltozása rendkívül kicsinek bizonyul, a membrán alig észrevehetően rezeg. Amikor az előerősítő áramkör növeli az audiojel amplitúdóját, a már felerősített jelet továbbítja az erősítőhöz… innen ered a kondenzátor mikrofonok első előnye – nagyon érzékenyek még nagyon magas frekvenciákon is.
Dinamikus mikrofon
A dinamikus mikrofon megszületése a német tudósok érdeme Gervin Erlach és Walter Schottky… 1924-ben bevezettek egy új típusú mikrofont, a dinamikus mikrofont, amely linearitásban és frekvenciaátvitelben messze felülmúlta karbon elődjét, és eredeti elektromos paramétereiben is felülmúlta kondenzátorát. Nagyon vékony (kb. 2 mikron vastag) alumíniumfóliából készült hullámos szalagot helyeztek mágneses térbe.
1931-ben a modellt amerikai feltalálók továbbfejlesztették. Tøres és Vente… Dinamikus mikrofont kínáltak induktorral… Ez a megoldás továbbra is a legjobb hangstúdiók számára.
A dinamikus mikrofon alapja elektromágneses indukció jelensége… A membrán egy vékony rézhuzalhoz van rögzítve, amelyet egy könnyű műanyag cső köré tekert állandó mágneses térben.
Hangrezgések hatnak a membránra, a membrán rezeg, megismételve a hanghullám alakját, miközben mozgását átadja a vezetéknek, a vezeték mágneses térben mozog és (az elektromágneses indukció törvényének megfelelően) elektromos áram indukálódik. a vezetékben, a hang alakját megismételve, a membránra esve.
Mivel a műanyag támasztékú vezeték meglehetősen könnyű szerkezet, nagyon mozgékony és nagyon érzékeny, és az elektromágneses indukció által indukált váltakozó feszültség jelentős.
Az elektrodinamikus mikrofonok fel vannak osztva tekercsmikrofonokra (membránnal a mágnes gyűrűs résében), szalagmikrofonokra (amelyekben hullámos alumíniumfólia szolgál tekercsanyagként), izodinamikai stb.
A klasszikus dinamikus mikrofon megbízható, széles amplitúdó érzékenységgel rendelkezik a hangfrekvencia tartományban, és olcsó a gyártása. Magas frekvenciákon azonban nem elég érzékeny, és rosszul reagál a hangnyomás hirtelen változásaira – ez a két fő hátránya.
A dinamikus szalagmikrofon abban különbözik, hogy a mágneses teret egy pólusdarabokkal ellátott permanens mágnes hozza létre, amelyek között egy vékony alumínium szalag található, amely a rézhuzalt helyettesíti.
A szalag elektromos vezetőképessége nagy, de az indukált feszültség kicsi, ezért hozzá kell adni az áramkörhöz fokozó transzformátor… Egy ilyen áramkörben a transzformátor szekunder tekercse egy hasznos hangjelzést távolít el.
A szalagos dinamikus mikrofon a hagyományos dinamikus mikrofonoktól eltérően nagyon egyenletes frekvenciatartományt mutat.
Állandó mágnesként a mikrofonok kemény mágneses ötvözeteket használnak nagy maradék indukcióval (pl. NdFeB). A test és a gyűrű lágy mágneses ötvözetekből (például elektromos acélból vagy permaloidból) készül.
Piezoelektromos mikrofon
Rzsevkin és Jakovlev orosz tudósok 1925-ben egy új szót mondtak az audiotechnológiában. Egy alapvetően új megközelítést javasoltak a hang áramingadozásokká való átalakítására – egy piezoelektromos mikrofont. A hangnyomás hatása ki van téve piezoelektromos kristály.
A hang egy rúdhoz kapcsolódó membránra hat, amely viszont egy piezoelektromoshoz van rögzítve. A piezokristály a rúd rezgésének hatására deformálódik, és kivezetésein feszültség jelenik meg, megismételve a beeső hang alakját. Ezt a feszültséget hasznos jelként használják.