Cara mikrofon berfungsi, jenis mikrofon

Peranti elektro-akustik khas yang dipanggil mikrofon digunakan untuk menukar getaran bunyi kepada arus elektrik. Nama peranti ini berkaitan dengan gabungan dua perkataan Yunani, yang diterjemahkan sebagai "kecil" dan "suara".

Mikrofon ialah penukar getaran akustik di udara kepada getaran elektrik.

Prinsip operasi mikrofon ialah getaran bunyi (sebenarnya turun naik tekanan udara) mempengaruhi membran sensitif peranti, dan sudahpun getaran membran menyebabkan penjanaan getaran elektrik, kerana ia adalah membran yang disambungkan ke bahagian tersebut. daripada peranti yang menjana arus elektrik, peranti yang bergantung pada jenis mikrofon tertentu.

Dalam satu cara atau yang lain, hari ini mikrofon digunakan secara meluas dalam pelbagai bidang sains, teknologi, seni, dll. Ia digunakan dalam peralatan audio, dalam alat mudah alih, digunakan dalam komunikasi suara, rakaman suara, dalam diagnosis perubatan dan dalam penyelidikan ultrasound.ia berfungsi sebagai penderia, dan dalam banyak lagi bidang aktiviti manusia, seseorang tidak boleh melakukannya tanpa mikrofon dalam satu bentuk atau yang lain.

Mikrofon mempunyai reka bentuk yang berbeza, kerana dalam pelbagai jenis mikrofon, fenomena fizikal yang berbeza bertanggungjawab untuk menghasilkan ayunan elektrik, yang utama ialah: rintangan elektrik, aruhan elektromagnet, perubahan kapasiti dan kesan piezoelektrik... Hari ini, mengikut prinsip peranti, tiga jenis mikrofon utama boleh dibezakan: dinamik, pemeluwap dan piezoelektrik. Walau bagaimanapun, mikrofon karbon juga tersedia di beberapa tempat setakat ini, dan kami akan memulakan semakan kami dengan mereka.

Mikrofon karbon

Pada tahun 1856, seorang saintis Perancis Du Monsel menerbitkan penyelidikannya, yang menunjukkan bahawa walaupun dengan perubahan kecil dalam kawasan sentuhan elektrod grafit, rintangan mereka terhadap aliran arus elektrik berubah dengan ketara.

Dua puluh tahun kemudian, seorang pencipta Amerika Emil Berliner mencipta mikrofon karbon pertama di dunia berdasarkan kesan ini. Ini berlaku pada 4 Mac 1877.

Pengendalian mikrofon Berliner adalah tepat berdasarkan sifat menghubungi rod karbon untuk menukar rintangan litar akibat perubahan dalam kawasan sentuhan konduktif.

Sudah pada Mei 1878, pembangunan ciptaan telah diberikan David Hughes, yang memasang batang grafit dengan hujung runcing dan membran yang dipasang padanya di antara sepasang cawan karbon.

Apabila membran bergetar daripada tindakan bunyi di atasnya, kawasan sentuhan rod dengan cawan juga berubah, dan begitu juga rintangan litar elektrik yang disambungkan dengan rod. Akibatnya, arus dalam litar berubah selepas getaran bunyi.

Thomas Alva Edison pergi lebih jauh lagi—dia menggantikan rod dengan habuk arang batu. Pengarang reka bentuk mikrofon karbon yang paling terkenal ialah Anthony White (1890). Mikrofon inilah yang masih boleh ditemui dalam set kepala telefon analog lama.

Mikrofon karbon direka bentuk dan berfungsi seperti berikut. Serbuk karbon (butiran) yang disertakan dalam kapsul tertutup terletak di antara dua plat logam. Salah satu plat pada satu sisi kapsul disambungkan ke membran.

Apabila bunyi bertindak pada membran, ia bergetar, menghantar getaran ke habuk karbon. Zarah-zarah habuk bergetar, menukar kawasan hubungan antara satu sama lain dari semasa ke semasa. Oleh itu, rintangan elektrik mikrofon juga berubah-ubah, mengubah arus dalam litar di mana ia disambungkan.

Mikrofon pertama disambungkan secara bersiri dengan bateri galvanik sebagai sumber voltan.

Apabila mikrofon sedemikian disambungkan ke belitan utama pengubah, adalah mungkin untuk menghapuskan bunyi yang turun naik mengikut masa dengan bunyi yang bertindak pada membran daripada belitan sekundernya. voltan… Mikrofon karbon mempunyai kepekaan yang tinggi, yang membolehkan dalam sesetengah kes untuk menggunakannya walaupun tanpa penguat. Walaupun mikrofon karbon mempunyai kelemahan yang ketara — kehadiran herotan dan bunyi bukan linear yang ketara.

Mikrofon kondenser

Mikrofon kondenser (yang berdasarkan prinsip menukar kapasiti elektrik di bawah pengaruh bunyi) telah dicipta oleh seorang jurutera Amerika. Edward Wente pada tahun 1916Keupayaan kapasitor untuk menukar kapasitansi bergantung kepada perubahan jarak antara platnya telah diketahui dan dikaji pada masa itu.

Jadi, salah satu plat pemeluwap bertindak di sini sebagai membran mudah alih nipis yang sensitif kepada bunyi. Membran itu ternyata ringan dan sensitif kerana kenipisannya, kerana plastik nipis dengan lapisan emas atau nikel yang paling nipis digunakan secara tradisional untuk pengeluarannya. Sehubungan itu, plat kapasitor kedua mestilah tetap pegun.

Apabila tekanan bunyi berselang-seli bertindak pada plat nipis, ia menyebabkannya bergetar—atau bergerak ke arah, kemudian menjauhi, plat kapasitor kedua. Dalam kes ini, kapasiti elektrik bagi jenis kapasitor boleh ubah tersebut berbeza-beza dan berubah. Akibatnya, dalam litar elektrik di mana kapasitor ini dimasukkan, elektrik ayunan mengulangi bentuk gelombang bunyi yang jatuh pada membran.

Medan elektrik yang beroperasi di antara plat dicipta sama ada oleh sumber voltan luaran (cth bateri) atau dengan mulanya menggunakan bahan terkutub sebagai salutan untuk salah satu plat (mikrofon electret ialah sejenis mikrofon pemeluwap).

Prapenguat mesti digunakan di sini, kerana isyaratnya sangat lemah, kerana perubahan dalam kapasiti daripada bunyi ternyata sangat kecil, membran hampir tidak dapat dilihat. Apabila litar prapenguat meningkatkan amplitud isyarat audio, isyarat yang telah dikuatkan kemudiannya disalurkan kepada penguat… Oleh itu kelebihan pertama mikrofon pemeluwap — mereka sangat sensitif walaupun pada frekuensi yang sangat tinggi.

Mikrofon dinamik

Kelahiran mikrofon dinamik adalah kredit saintis Jerman Gervin Erlach dan Walter Schottky… Pada tahun 1924 mereka memperkenalkan jenis mikrofon baharu, mikrofon dinamik, yang jauh mengatasi prestasi pendahulu karbonnya dari segi kelinearan dan tindak balas frekuensi, dan mengatasi rakan pemeluwapnya dalam parameter elektrik asalnya. Mereka meletakkan reben beralun daripada kerajang aluminium yang sangat nipis (kira-kira 2 mikron tebal) dalam medan magnet.

Pada tahun 1931, model itu telah diperbaiki oleh pencipta Amerika. Tøres dan Vente… Mereka menawarkan mikrofon dinamik dengan induktor… Penyelesaian ini masih dianggap terbaik untuk studio rakaman.

Mikrofon dinamik adalah berdasarkan fenomena aruhan elektromagnet… Membran itu dilekatkan pada dawai kuprum nipis yang dililit pada tiub plastik ringan dalam medan magnet kekal.

Getaran bunyi bertindak pada membran, membran bergetar, mengulangi bentuk gelombang bunyi, semasa menghantar pergerakannya ke wayar, wayar bergerak dalam medan magnet dan (mengikut undang-undang aruhan elektromagnet) arus elektrik teraruh. dalam wayar, mengulangi bentuk bunyi, jatuh pada membran.

Oleh kerana wayar dengan sokongan plastik adalah pembinaan yang agak ringan, ia ternyata sangat mudah alih dan sangat sensitif, dan voltan berselang-seli yang disebabkan oleh aruhan elektromagnet adalah penting.

Mikrofon elektrodinamik dibahagikan kepada mikrofon gegelung (dilengkapi dengan diafragma dalam celah anulus magnet), mikrofon reben (di mana kerajang aluminium beralun berfungsi sebagai bahan gegelung), isodinamik, dsb.

Mikrofon dinamik klasik boleh dipercayai, mempunyai pelbagai sensitiviti amplitud dalam julat frekuensi audio, dan murah untuk dihasilkan. Walau bagaimanapun, ia tidak cukup sensitif pada frekuensi tinggi dan bertindak balas dengan buruk kepada perubahan mendadak dalam tekanan bunyi — ini adalah dua kelemahan utamanya.

Mikrofon reben dinamik berbeza kerana medan magnet dicipta oleh magnet kekal dengan kepingan tiang, di antaranya terdapat jalur aluminium nipis, yang merupakan pengganti wayar kuprum.

Pita mempunyai kekonduksian elektrik yang tinggi, tetapi voltan teraruh adalah kecil, jadi ia mesti ditambah pada litar langkah naik transformer… Isyarat boleh didengar yang berguna dikeluarkan dalam litar sedemikian oleh penggulungan sekunder pengubah.

Mikrofon dinamik reben mempamerkan julat frekuensi yang sangat seragam tidak seperti mikrofon dinamik konvensional.

Sebagai bahan magnet kekal, mikrofon menggunakan aloi magnet keras dengan aruhan sisa yang tinggi (cth NdFeB). Badan dan cincin diperbuat daripada aloi magnet lembut (cth. keluli elektrik atau permaloid).

Mikrofon piezoelektrik

Satu perkataan baru dalam teknologi audio telah dituturkan oleh saintis Rusia Rzhevkin dan Yakovlev pada tahun 1925. Mereka mencadangkan pendekatan asas baru untuk menukar bunyi kepada ayunan semasa - mikrofon piezoelektrik. Tindakan tekanan bunyi terdedah kepada kristal piezoelektrik.

Bunyi bertindak pada membran yang disambungkan kepada rod, yang seterusnya dilekatkan pada piezoelektrik. Kristal piezo berubah bentuk di bawah tindakan getaran rod, dan voltan muncul pada terminalnya, mengulangi bentuk bunyi kejadian. Voltan ini digunakan sebagai isyarat berguna.