איך מיקרופון עובד, סוגי מיקרופונים

מכשירים אלקטרו-אקוסטיים מיוחדים הנקראים מיקרופונים משמשים להמרת רעידות קול לזרם חשמלי. שמו של מכשיר זה קשור לשילוב של שתי מילים יווניות, המתורגמות ל"קטן" ו"קול".

מיקרופון הוא ממיר של רעידות אקוסטיות באוויר לרעידות חשמליות.

עיקרון הפעולה של המיקרופון הוא שרעידות קול (למעשה תנודות לחץ אוויר) משפיעות על הממברנה הרגישה של המכשיר, וכבר הרעידות של הממברנה גורמות ליצירת רעידות חשמליות, שכן הממברנה היא המחוברת לחלק. של המכשיר שיוצר זרם חשמלי, שהמכשיר שלו תלוי בסוג המיקרופון הספציפי.

בדרך זו או אחרת, כיום מיקרופונים נמצאים בשימוש נרחב בתחומים שונים של מדע, טכנולוגיה, אומנות ועוד. הם משמשים בציוד שמע, בגאדג'טים ניידים, בשימוש בתקשורת קולית, בהקלטת קול, באבחון רפואי ובמחקר אולטרסאונד.הם משמשים כחיישנים, ובהרבה מאוד תחומים אחרים של פעילות אנושית, פשוט אי אפשר בלי מיקרופון בצורה כזו או אחרת.

למיקרופונים יש עיצובים שונים, מכיוון שבסוגים שונים של מיקרופונים אחראיות ליצירת תנודות חשמליות תופעות פיזיקליות שונות, והעיקריות שבהן: התנגדות חשמלית, השראות אלקטרומגנטית, שינוי ביכולת ו אפקט פיזואלקטרי... כיום, על פי עקרון המכשיר, ניתן להבחין בשלושה סוגים עיקריים של מיקרופונים: דינמי, מעבה ופיזואלקטרי. עם זאת, מיקרופונים מפחמן זמינים גם במקומות מסוימים עד כה, ונתחיל את הסקירה שלנו איתם.

מיקרופון פחמן

בשנת 1856, מדען צרפתי דו מונסל פרסם את המחקר שלו, שהוכיח כי אפילו עם שינוי קטן באזור המגע של אלקטרודות גרפיט, ההתנגדות שלהן לזרימת זרם חשמלי משתנה באופן משמעותי למדי.

עשרים שנה מאוחר יותר, ממציא אמריקאי אמיל ברלינר יצר את מיקרופון הפחמן הראשון בעולם המבוסס על אפקט זה. זה קרה ב-4 במרץ 1877.

פעולת המיקרופון של ברלינר התבססה בדיוק על התכונה של מגע עם מוטות פחמן כדי לשנות את ההתנגדות של המעגל עקב שינוי באזור המגע המוליך.

כבר במאי 1878 ניתן פיתוח ההמצאה דיוויד יוז, שהתקין מוט גרפיט עם קצוות מחודדים וקרום קבוע אליו בין זוג כוסות פחמן.

כאשר הממברנה רוטטת מפעולת הקול עליה, משתנה גם אזור המגע של המוט עם הכוסות וכך גם ההתנגדות של המעגל החשמלי אליו מחובר המוט. כתוצאה מכך, הזרם במעגל השתנה לאחר תנודות הצליל.

תומאס אלווה אדיסון הלך אפילו רחוק יותר - הוא החליף את המוט באבק פחם. המחבר של העיצוב המפורסם ביותר של מיקרופון הפחמן הוא אנתוני ווייט (1890). המיקרופונים האלה עדיין ניתן למצוא באוזניות של טלפונים אנלוגיים ישנים.

מיקרופון הפחמן מעוצב ופועל כדלקמן. אבקת הפחמן (גרגירים) הסגורה בקפסולה אטומה ממוקמת בין שתי לוחות המתכת. אחת הלוחות בצד אחד של הקפסולה מחוברת לממברנה.

כאשר צליל פועל על הממברנה, הוא רוטט ומעביר את התנודות לאבק הפחמן. חלקיקי האבק רוטטים, משנים את אזור המגע זה עם זה מעת לעת. כך, גם ההתנגדות החשמלית של המיקרופון משתנה, ומשנה את הזרם במעגל שבו הוא מחובר.

המיקרופונים הראשונים חוברו בסדרה עם סוללה גלוונית כמקור מתח.

כאשר מיקרופון כזה מחובר לליפוף הראשוני של השנאי, ניתן לבטל את הצליל המשתנה בזמן עם הצליל הפועל על הממברנה מהפיתול המשני שלו. מתח... למיקרופון הפחמן רגישות גבוהה, מה שמאפשר במקרים מסוימים להשתמש בו גם ללא מגבר. למרות שלמיקרופון הפחמן יש חסרון משמעותי - נוכחות של עיוותים ורעש לא ליניאריים משמעותיים.

מיקרופון מעבה

מיקרופון הקבל (המבוסס על העיקרון של שינוי קיבולת חשמלית בהשפעת הקול) הומצא על ידי מהנדס אמריקאי אדוארד וונטה בשנת 1916יכולתו של הקבל לשנות קיבול בהתאם לשינוי המרחק בין הלוחות שלו הייתה ידועה ונחקרה כבר באותה תקופה.

אז, אחת מלוחות המעבה פועלת כאן כממברנה דקיקה ורגישה לקול. הממברנה מתגלה כקלה ורגישה בשל דקיקותה, שכן פלסטיק דק בעל שכבת זהב או ניקל הדקה ביותר משמש באופן מסורתי לייצורו. בהתאם לכך, לוח הקבל השני חייב להיות קבוע נייח.

כאשר לחץ הקול המתחלף פועל על לוח דק, הוא גורם לה לרטוט - או לנוע לעבר לוחית הקבל השנייה, ואז להתרחק ממנה. במקרה זה, הקיבולת החשמלית של סוג כזה של קבלים משתנה משתנה ומשתנה. כתוצאה מכך, במעגל החשמלי שבו כלול קבל זה, חַשְׁמַל תנודה החוזרת על צורת גל הקול הנופל על הממברנה.

השדה החשמלי הפועל בין הלוחות נוצר או על ידי מקור מתח חיצוני (למשל סוללה) או על ידי יישום תחילה של חומר מקוטב כציפוי לאחת הלוחות (מיקרופון אלקטרט הוא סוג של מיקרופון מעבה).

יש להשתמש כאן בקדם מגבר, מכיוון שהאות חלש מאוד, מכיוון שהשינוי בקיבול מהצליל מתברר כקטן ביותר, הממברנה רוטטת בקושי מורגש. כאשר מעגל הקדם-מגבר מגדיל את משרעת אות השמע, האות שכבר מוגבר מנותב אז למגבר... מכאן היתרון הראשון של מיקרופונים מעבים - הם סופר רגישים אפילו בתדרים גבוהים מאוד.

מיקרופון דינמי

לידתו של מיקרופון דינמי היא לזכותם של מדענים גרמנים גרווין ארלך ו וולטר שוטקי... בשנת 1924 הם הציגו סוג חדש של מיקרופון, המיקרופון הדינמי, שהתעלה בהרבה על קודמו הפחמן מבחינת ליניאריות ותגובת תדר, והתעלה על מקבילו למעבה בפרמטרים החשמליים המקוריים שלו. הם הניחו סרט גלי של רדיד אלומיניום דק מאוד (עובי של כ-2 מיקרון) בשדה מגנטי.

בשנת 1931, הדגם שופר על ידי ממציאים אמריקאים. טורס ו ונטה... הם הציעו מיקרופון דינמי עם משרן... פתרון זה עדיין נחשב לטוב ביותר עבור אולפני הקלטות.

המיקרופון הדינמי מבוסס על תופעה של אינדוקציה אלקטרומגנטית... הממברנה מחוברת לחוט נחושת דק הכרוך סביב צינור פלסטיק קל בשדה מגנטי קבוע.

תנודות קול פועלות על הממברנה, הממברנה רוטטת, חוזרת על צורת גל הקול, תוך העברת תנועותיו אל החוט, התיל נע בשדה מגנטי ובהתאם לחוק האינדוקציה האלקטרומגנטית מושרה זרם חשמלי בחוט, חוזר על צורת הצליל, נופל על הממברנה.

מכיוון שחוט עם תומך פלסטי הוא מבנה קל למדי, מתברר שהוא מאוד נייד ורגיש מאוד, ומתח החילופין המושרה מהאינדוקציה האלקטרומגנטית הוא משמעותי.

מיקרופונים אלקטרודינמיים מחולקים למיקרופונים סליל (המצוידים בדאפרגמה במרווח הטבעתי של המגנט), מיקרופונים סרטים (שבהם משמש רדיד אלומיניום גלי כחומר הסליל), איזודינמי וכו'.

המיקרופון הדינמי הקלאסי אמין, בעל טווח רחב של רגישות משרעת בתחום תדרי השמע, וזול לייצור. עם זאת, הוא אינו רגיש מספיק בתדרים גבוהים ומגיב גרוע לשינויים פתאומיים בלחץ הקול - אלו שני החסרונות העיקריים שלו.

מיקרופון סרט דינמי נבדל בכך שהשדה המגנטי נוצר ממגנט קבוע עם חלקי קוטב, שביניהם יש פס אלומיניום דק, המהווה תחליף לחוטי נחושת.

לקלטת מוליכות חשמלית גבוהה, אך המתח המושרה קטן, ולכן יש להוסיף אותו למעגל להגביר שנאי... אות קולי שימושי מוסר במעגל כזה על ידי הפיתול המשני של השנאי.

מיקרופון דינמי של סרט מציג טווח תדרים אחיד מאוד בניגוד למיקרופון דינמי רגיל.

כחומר מגנט קבוע, מיקרופונים משתמשים בסגסוגות מגנטיות קשות עם אינדוקציה שיורית גבוהה (למשל NdFeB). הגוף והטבעת עשויים מסגסוגות מגנטיות רכות (למשל פלדה חשמלית או פרמלואיד).

מיקרופון פיזואלקטרי

מילה חדשה בטכנולוגיית שמע נאמרת על ידי המדענים הרוסים Rzhevkin ו-Yakovlev בשנת 1925. הם הציעו גישה חדשה ביסודה להמרת צליל לתנודות עכשוויות - מיקרופון פיזואלקטרי. פעולת לחץ הקול חשופה גביש פיזואלקטרי.

הצליל פועל על ממברנה המחוברת למוט, אשר בתורו מחובר לפיזואלקטרי. גביש הפייזו מעוות תחת פעולת תנודות המוט, ומתח מופיע בטרמינלים שלו, החוזר על צורת הצליל המתרחש. מתח זה משמש כאות שימושי.