Sådan fungerer en mikrofon, typer af mikrofoner

Specielle elektroakustiske enheder kaldet mikrofoner bruges til at konvertere lydvibrationer til elektrisk strøm. Navnet på denne enhed er relateret til en kombination af to græske ord, som er oversat til "lille" og "stemme".

En mikrofon er en konverter af akustiske vibrationer i luften til elektriske vibrationer.

Funktionsprincippet for mikrofonen er, at lydvibrationer (faktisk lufttrykssvingninger) påvirker enhedens følsomme membran, og allerede membranens vibrationer forårsager generering af elektriske vibrationer, da det er membranen, der er forbundet med delen af den enhed, der genererer elektrisk strøm, hvis enhed afhænger af typen af ​​specifik mikrofon.

På den ene eller anden måde er mikrofoner i dag meget brugt inden for forskellige områder inden for videnskab, teknologi, kunst osv. De bruges i lydudstyr, i mobile gadgets, bruges i stemmekommunikation, stemmeoptagelse, i medicinsk diagnostik og i ultralydsforskning.de fungerer som sensorer, og på mange, mange andre områder af menneskelig aktivitet kan man simpelthen ikke undvære en mikrofon i den ene eller anden form.

Mikrofoner har forskelligt design, fordi i forskellige typer mikrofoner er forskellige fysiske fænomener ansvarlige for at generere elektriske svingninger, de vigtigste er: elektrisk modstand, elektromagnetisk induktion, ændring i kapacitet og piezoelektrisk effekt... I dag kan der ifølge enhedens princip skelnes mellem tre hovedtyper af mikrofoner: dynamiske, kondensatorer og piezoelektriske. Kulmikrofoner er dog også tilgængelige nogle steder indtil videre, og dem starter vi vores anmeldelse med.

Kulstofmikrofon

I 1856, en fransk videnskabsmand Du Monsel offentliggjorde sin forskning, som viste, at selv med en lille ændring i kontaktområdet for grafitelektroder ændres deres modstand mod strømmen af ​​elektrisk strøm ganske betydeligt.

Tyve år senere, en amerikansk opfinder Emil Berliner skabte verdens første kulstofmikrofon baseret på denne effekt. Dette skete den 4. marts 1877.

Operationen af ​​Berliner-mikrofonen var netop baseret på egenskaben ved at kontakte kulstofstænger for at ændre kredsløbets modstand på grund af en ændring i det ledende kontaktområde.

Allerede i maj 1878 blev udviklingen af ​​opfindelsen givet David Hughes, som installerede en grafitstang med spidse ender og en membran fastgjort til den mellem et par carbonkopper.

Når membranen vibrerer fra lydens påvirkning, ændres stangens kontaktområde med kopperne også, og det samme gør modstanden i det elektriske kredsløb, som stangen er forbundet til. Som et resultat ændrede strømmen i kredsløbet sig efter lydens vibrationer.

Thomas Alva Edison gik endnu længere — han erstattede stangen med kulstøv. Forfatteren til det mest berømte design af kulstofmikrofonen er Anthony White (1890). Det er disse mikrofoner, der stadig kan findes i headset fra gamle analoge telefoner.

Kulmikrofonen er designet og fungerer som følger. Kulstofpulveret (granulat) indesluttet i en forseglet kapsel er placeret mellem de to metalplader. En af pladerne på den ene side af kapslen er forbundet med membranen.

Når lyd virker på membranen, vibrerer den og overfører vibrationerne til kulstofstøvet. Støvpartiklerne vibrerer og ændrer kontaktområdet med hinanden fra tid til anden. Således svinger mikrofonens elektriske modstand også, hvilket ændrer strømmen i det kredsløb, hvori den er tilsluttet.

De første mikrofoner blev forbundet i serie med et galvanisk batteri som spændingskilde.

Når en sådan mikrofon er forbundet til transformatorens primære vikling, er det muligt at eliminere lyden, der svinger i takt med lyden, der virker på membranen fra dens sekundære vikling spænding… Kulmikrofonen har en høj følsomhed, hvilket gør det muligt i nogle tilfælde at bruge den selv uden forstærker. Selvom kulmikrofonen har en betydelig ulempe - tilstedeværelse af betydelige ikke-lineære forvrængninger og støj.

Kondensator mikrofon

Kondensatormikrofonen (som er baseret på princippet om at ændre elektrisk kapacitet under påvirkning af lyd) blev opfundet af en amerikansk ingeniør Edward Wente i 1916Kondensatorens evne til at ændre kapacitans afhængig af ændringen i afstanden mellem dens plader var allerede velkendt og undersøgt på det tidspunkt.

Så en af ​​kondensatorpladerne fungerer her som en tynd bevægelig membran, der er følsom over for lyd. Membranen viser sig at være let og følsom på grund af sin tyndhed, da tynd plast med det tyndeste lag af guld eller nikkel traditionelt anvendes til fremstillingen. Følgelig skal den anden kondensatorplade fastgøres stationært.

Når det vekslende lydtryk virker på en tynd plade, får det den til at vibrere - eller bevæge sig hen imod og derefter væk fra den anden kondensatorplade. I dette tilfælde varierer og ændres den elektriske kapacitet af en sådan type variabel kondensator. Som et resultat, i det elektriske kredsløb, hvori denne kondensator er inkluderet, elektricitet oscillation, der gentager formen af ​​lydbølgen, der falder på membranen.

Det elektriske virkefelt mellem pladerne skabes enten af ​​en ekstern spændingskilde (f.eks. et batteri) eller ved i første omgang at påføre et polariseret materiale som belægning for en af ​​pladerne (en elektretmikrofon er en type kondensatormikrofon).

Her skal der bruges en forforstærker, da signalet er meget svagt, da ændringen i kapacitansen fra lyden viser sig at være ekstrem lille, vibrerer membranen næsten ikke mærkbart. Når forforstærkerkredsløbet øger amplituden af ​​lydsignalet, dirigeres det allerede forstærkede signal derefter til forstærkeren… Derfor den første fordel ved kondensatormikrofoner — de er super følsomme selv ved meget høje frekvenser.

Dynamisk mikrofon

Fødslen af ​​en dynamisk mikrofon er ære for tyske videnskabsmænd Gervin Erlach og Walter Schottky… I 1924 introducerede de en ny type mikrofon, den dynamiske mikrofon, som langt bedre end sin carbon-forgænger med hensyn til linearitet og frekvensrespons og overgik sin kondensator-modstykke i sine oprindelige elektriske parametre. De placerede et bølgebånd af meget tynd (ca. 2 mikron tyk) aluminiumsfolie i et magnetfelt.

I 1931 blev modellen forbedret af amerikanske opfindere. Tøres og Vente… De tilbød en dynamisk mikrofon med en induktor… Denne løsning anses stadig for at være den bedste til optagestudier.

Den dynamiske mikrofon er baseret på fænomenet elektromagnetisk induktion… Membranen er fastgjort til en tynd kobbertråd viklet rundt om et let plastikrør i et permanent magnetfelt.

Lydvibrationer virker på membranen, membranen vibrerer, gentager lydbølgens form, mens den transmitterer dens bevægelser til ledningen, ledningen bevæger sig i et magnetfelt og (i overensstemmelse med loven om elektromagnetisk induktion) induceres en elektrisk strøm i ledningen, gentager lydens form, falder på membranen.

Da en ledning med en plastikstøtte er en ret let konstruktion, viser den sig at være meget mobil og meget følsom, og vekselspændingen induceret af elektromagnetisk induktion er betydelig.

Elektrodynamiske mikrofoner er opdelt i spolemikrofoner (forsynet med en membran i magnetens ringformede mellemrum), båndmikrofoner (hvor korrugeret aluminiumsfolie fungerer som spolematerialet), isodynamiske osv.

Den klassiske dynamiske mikrofon er pålidelig, har en bred vifte af amplitudefølsomhed i lydfrekvensområdet og er billig at fremstille. Den er dog ikke følsom nok ved høje frekvenser og reagerer dårligt på pludselige ændringer i lydtryk - det er to af dens største ulemper.

En dynamisk båndmikrofon adskiller sig ved, at magnetfeltet skabes af en permanent magnet med polstykker, mellem hvilke der er en tynd aluminiumsstrimmel, som er en erstatning for kobbertråd.

Båndet har høj elektrisk ledningsevne, men den inducerede spænding er lille, så den skal tilføjes til kredsløbet step-up transformer… Et nyttigt lydsignal fjernes i et sådant kredsløb af transformatorens sekundære vikling.

En dynamisk båndmikrofon udviser et meget ensartet frekvensområde i modsætning til en konventionel dynamisk mikrofon.

Som et permanent magnetmateriale bruger mikrofoner hårde magnetiske legeringer med høj restinduktion (f.eks. NdFeB). Kroppen og ringen er lavet af bløde magnetiske legeringer (fx elektrisk stål eller permaloid).

Piezoelektrisk mikrofon

Et nyt ord inden for lydteknologi blev talt af de russiske videnskabsmænd Rzhevkin og Yakovlev i 1925. De foreslog en fundamentalt ny tilgang til at konvertere lyd til aktuelle svingninger - en piezoelektrisk mikrofon. Virkningen af ​​lydtryk udsættes for piezoelektrisk krystal.

Lyden virker på en membran forbundet med en stang, som igen er fastgjort til en piezoelektrik. Piezokrystallen deformeres under påvirkning af vibrationer fra stangen, og en spænding vises ved dens terminaler, der gentager formen af ​​den indfaldende lyd. Denne spænding bruges som et nyttigt signal.