Принцип работы микрофона

Направленность φ — Способность микрофонного устройства реагировать на звуки в зависимости от расположения в пространстве звукового источника и направление прихода волн определяется специальным параметром направленности. Она показывает изменения чувствительности при смене направлений, по которым звуковые волны идут к чувствительному элементу.

В водной части этой темы можно добавить то, что сегодня используется несколько типов микрофонов: конденсаторный, угольный, динамический, электретный, динамический с катушкой, пьезоэлектрический и их все возможные разновидности. Их внутреннее устройство и принцип работы мы изучим чуть позже, а сейчас остановимся на истории изобретения.

Еще в 1856 году ученый Дю Монсель в своих работах показал, что графитовые электроды даже при малом изменении площади соприкосновения проводников, существенно изменяют свое внутреннее электрическое сопротивление. Первый угольный микрофон придумал, чуть позже американец Эмиль Берлинер, представив свое изобретение в большой мир 4 марта 1877 года на основе угольных стержней.

Годом позже другой американец Дэвид Эдвард Хьюз при модернизации этой конструкции, прикрепил к одному заостренному угольному стержню мембрану.

Пару годков спустя известный экспериментатор Томас Эдисон усовершенствовал эту конструкцию, применив вместо угольных стержней порошок из этого же вещества. Кстати именно такой тип устройтва (с угольным порошком внутри) до сих пор применяется в аналоговых телефонах, которые еще можно увидеть в некоторых местах. Около четверти века инженеры постоянно совершенствовали его, не прибегая к изобретению кардинально отличающихся по принципу работы микрофонов.

Только в 1916 году инженер Эдуард Венте сделал конденсаторный микрофон. Принцип действия которого базируется на преобразование звука в электрический сигнал за счет изменения внутреннего сопротивления, а в результате изменения емкости. Чуть поже японей Ёгути изобрел разновидность этого типа – электретный микрофон.

В 1924 году немцы Вальтер Шоттки и Гервин Эрлах открывают новый тип — динамический микрофон. Он работал намного лучше угольного, а по электрическим свойствам оказался куда лучше конденсаторного устройства.

В 1925 году российские ученые Александр Иванович Яковлев и Сергей Николаевич Ржевкин предстовляют принципиально новый вид аудиотехники — пьезоэлектрический микрофон, в котором для преобразования давления воздуха в сигнал применялся пьезоэлектрик. На базе такого устройства позже был изобретен гидрофон – микрофон способный записывать звуки под водой.

И наконец, буквально вчера в 1931 году американы Эдуард Венте и Альберт Терес создают динамический микрофон с катушкой индуктивности. Именно он до сих пор применяется в звукозаписывающих фирмах, так как обладает лучшими частотными свойствами.

В соответствии с принципом действия микрофона их можно разделить на следующие типы:

В свою очередь динамические микрофоны можно классифицировать на виды: электромагнитный, ленточный и катушечный. Далее рассмотрим принцип и устройство каждого из типов более подробно.

Принцип работы его основан на физическом явление называемой в электротехнике индукцией.

Проводник, к которому прикреплена мембрана, находится в постоянном магнитном поле. Изменения давления воздуха вследствие воздействия звуковых колебаний, заставляют мембрану перемещаться в соответствии с фазой, амплитудой и частотой звуковой волны. Мембрана, передает это коллебательное движение проводнику, а уже перемещение проводника в постоянном магнитном поле генерирует слабый электрический сигнал, в точности повторяющий по своей форме звуковую волну

Для максимума подвижности, проводник делают из очень тонкой медной проволоки, которая плотно намотана вокруг пластикового пустотелого стержня. Это позволяет увеличить количество проводимого материала в магнитном поле, что, дает возможность, неплохо увеличивает индукцию, а значит и чувствительность динамического устройства.

Данное устройство по сравнению со своими коллегами имеет как свои плюсы, так и минусы. К первым можно отнести отличную надежность, способность работать с высокими звуковыми давлениями, простая конструкция и адекватный ценовой диапазон. Недостатки: низковатая чувствительность на высоких частотах (спад АЧХ), не достаточно быстрая реакция на резкие перепады звукового давления.

Устройство ленточного динамического микрофона несколько отличается от рассмотренной выше катушечной модификации. Здесь магнитная система представлена постоянным магнитом (1) и полюсными наконечниками (2), между ними натянута легкая, тонкая (порядка 2 мкм) алюминиевая, ленточка (3). При воздействии на обе ее стороны звуком появляется сила, под действием которой она начинает совершать колебательные движения, пересекая в этом процессе магнитные силовые линии, и благодаря этому на ее концах появляется напряжение.

Сопротивление ленты мало, поэтому для снижения уровня падения напряжения на соединительных проводниках, развиваемое напряжение на концах ленточки идет на первичную обмотку повышающего трансформатора, размещенного вблизи ленты. Напряжение на вторичной обмотке трансформатора и будет выходным напряжением. Частотный диапазон этой разновидности динамического микрофона совсем не плох, а неравномерность частотной характеристики мала.

Принцип работы этого типа основан на главном свойстве конденсатора изменять свою емкость в зависимости от расстояния между своими пластинами.

Преимущества таких микрофонов: они более чувствительны, особенно это хорошо чувствуется в области высоких частот, могут четко реагировать на резкие изменения. Минусы: Необходим источник питания.

При воздействии звука на диафрагму она начинает колебаться. В такт этому регулируется и сила сжатия зерен порошка, тем самым изменяя сопротивление между электродами, а при наличии постоянного напряжения изменяется и ток следующий через микрофон. Если, подключить устройство к первичной обмотке трансформатора, то на его вторичке возникнет переменное напряжение, форма которого повторит кривую звукового давления, воздействующего на диафрагму.

Основным преимуществом этого почти ушедшего в историю типа принято считать огромную чувствительность, позволяющую использовать его без дополнительных усилителей. Недостатки типовые — нестабильность и существенный шум, неравномерность частотной характеристики и сильные нелинейные искажения.

Их действие основано на том, что звук воздействует непосредственно или через диафрагму (1) и скрепленный с ней стержень (2) на пьезоэлектрический компонент (3). При деформации пьезоэлемента на его обкладках возникает напряжение, которое и является выходным сигналом.

Для обозначения на принципиальных схемах используют специальный символ, похожий на угольный микрофон. Линии выводов при этом направляют в одну или в разные стороны. Основой буквеный код (В). Добавочная буква (М) означает микрофон. Исключение только для приборов звуковой сигнализации. Принцип действия и другие особенности, указывают специальными значками, смотри рисунок ниже.

Представлена схема правильного самостоятельного изготовления шнура, который не внесет сильного вреда в качество получаемого сигнала, если он состоит из нормальных проводов. В роли экрана используется типовая медная оплетка. Сигнальные жилы внутри экрана это витая пара медных проводов.

Чувствительность Е — наверное главная микрофонная характеристика. Она определяется как ЭДС при работе микрофона без нагрузки или как напряжение, создаваемое на стандартном сопротивлении нагрузки при воздействии на чувствительный компонент, звукового давления в один Паскаль. За единицу чувствительности принято отношение одного милливольта к одному паскалю, т.е.

Чувствительность среднего микрофона в зависимости от типа может составлять от 1 — 2 мВ/Па у динамических устройств до 10-15 мВ/Па (конденсаторного типа).

Частота воспроизведения f_воспр. Уровень передачи любого микрофона в какой-то степени зависит от частоты звуковых колебаний. График этой зависимости и есть частотная характеристика.

Частота воспроизведения является типовой Амплитудно-Частотной-Характеристикой. Неравномерность АЧХ измеряют в децибелах как отношение чувствительности на определенной частоте к чувствительности на средней частоте, например 1 кГц.

Направленность φ — Способность микрофонного устройства реагировать на звуки в зависимости от расположения в пространстве звукового источника и направление прихода волн определяется специальным параметром направленности. Она показывает изменения чувствительности при смене направлений, по которым звуковые волны идут к чувствительному элементу.

где, М_α чувствительность звуковой волны под некоторым углом альфа
M₀ — осевая чувствительность

Диаграмму направлености графически можно представить в полярнойной системе координат. В качестве опорного направления (0 -180°) применяется микрофонная ось ( перпендикулярное или фронтальное к лицевой стороне направление). Боковые направления задаются углами прихода по отношению к осевой линии. На рисунке ниже показана идеальная диаграмма ненаправленного действия.

Вдоль линии, задающей конкретное направление, откладывают некоторый отрезок, пропорпиональный чувствительности в данном направлении. По диаграммам направленности эти аудио устройства можно условно разделить на три группы: ненаправленные, двусторонненаправленные и односторонненаправленные.

Уровень шумов N_ш — уровень собственных шумов микрофона это отношение эффективного напряжения на выходе при полном отсутствии звукового поля.

Напряжение шума — U_ш обусловлено в основном тепловыми шумами в элементах схемы.

Одной из популярных разновидностей микрофонов конденсаторного типа являются электретные устройства, которые широко используются в современных смартфонах, персональных компьютерах и беспроводных гарнитурах. Их выделяет простая конструкция, хорошее качество звука и дешевизна. В микрофонах такого типа не требуется дополнительный источник питания, поэтому они могут работать в любых условиях.

Конденсаторный микрофон

Существуют так же микрофоны конденсаторного типа, они менее распространены и применяются в основном в студийных условиях для качественной записи речи. В основе работы такого устройства лежит конденсатор, одна из пластин которого двигается как диафрагма. Благодаря такому принципу, вместе со звуковыми колебаниями меняется и емкость конденсатора. Для того чтобы вся система работала, необходимо применять дополнительно одну батарейку.

Одной из популярных разновидностей микрофонов конденсаторного типа являются электретные устройства, которые широко используются в современных смартфонах, персональных компьютерах и беспроводных гарнитурах. Их выделяет простая конструкция, хорошее качество звука и дешевизна. В микрофонах такого типа не требуется дополнительный источник питания, поэтому они могут работать в любых условиях.

Микрофон является нежным и хрупким устройством, стучать по которому или дуть в диафрагму категорически не рекомендуется. Так же не следует при работе перемещать штатив с микрофоном. Слишком частое присоединение контактных проводов, так же способно пагубно отразиться на работоспособности устройства, контакты попросту изнашиваются.

Первым получил распространение угольный микрофон, который и до сих пор используют в телефонии. Действие его основывается на изменении сопротивления между зернами угольного порошка при изменении давления на их совокупность.

Первым получил распространение угольный микрофон, который и до сих пор используют в телефонии. Действие его основывается на изменении сопротивления между зернами угольного порошка при изменении давления на их совокупность.

Электретные микрофоны, по существу, те же конденсаторные, но постоянное напряжение для них обеспечивается не обычным источником, а электрическим зарядом мембраны или неподвижного электрода, материалы которых отличаются тем, что способны сохранять этот заряд длительное время.

Некоторое распространение получили микрофоны пьезоэлектрические Их действие основано на том, что звуковое давление воздействует непосредственно или через диафрагму 1 и скрепленный с ней стержень 2 на пьезоэлектрический элемент 3. При деформации последнего на его обкладках вследствие пьезоэлектрического эффекта возникает напряжение, являющееся выходным сигналом микрофона.

Действие транзисторных микрофонов (весьма мало распространенных) основывается на том, что под действием звукового давления на диафрагму и скрепленное с ней острие, являющееся одновременно эмиттером полупроводникового триода, изменяется сопротивление эмиттерного перехода через него. Хотя транзисторные микрофоны с диафрагмой достаточно чувствительны, но они недостаточно стабильны и их частотные характеристики даже в сравнительно узком диапазоне частот неравномерны.

Поскольку электретные микрофоны обладают высоким выходным импедансом (имеющим емкостный характер, конденсатор ёмкостью порядка десятков пФ), то для его уменьшения, как правило, в корпус микрофона встраивают истоковый повторитель на полевом n-каналыюм транзисторе с р-n переходом. Это позволяет снизить выходное сопротивление и уменьшить потери сигнала при подключении к входу усилителя сигнала микрофона.

Микрофоны классифицируются по способу преобразования акустических колебаний в электрические, а также по функциональному назначению.

Схема, объясняющая конструктивное исполнение данного типа микрофонов изображена на рисунке 1.

Рис 1. Схема и принцип работы конденсаторного микрофона.

Выполненные из электропроводного материала мембрана и электрод разделены изолирующим кольцом и вместе представляют собой конденсатор. Жёстко натянутая мембрана под воздействием звукового давления совершает колебательные движения относительно неподвижного электрода.

При колебаниях мембраны ёмкость (а соответственно и заряд) конденсатора меняется с частотой воздействующего на мембрану звукового давления, в электрической цепи появляется переменный ток той же частоты и на нагрузочном сопротивлении возникает переменное напряжение, являющееся выходным сигналом микрофона.

Поскольку электретные микрофоны обладают высоким выходным импедансом (имеющим емкостный характер, конденсатор ёмкостью порядка десятков пФ), то для его уменьшения, как правило, в корпус микрофона встраивают истоковый повторитель на полевом n-каналыюм транзисторе с р-n переходом. Это позволяет снизить выходное сопротивление и уменьшить потери сигнала при подключении к входу усилителя сигнала микрофона.

Ввиду наличия встроенного транзистора, несмотря на отсутствие необходимости в поляризующем напряжении, такие микрофоны требуют внешний источник электропитания.

Типичная схема подключения электретного микрофона приведена на рисунке 2.

Рис 2. Типичная схема включения электретного микрофона.

Как правило, мембрана электретных микрофонов имеет большую толщину и меньшую площадь, из-за чего характеристики таких микрофонов зачастую уступают конденсаторным.

В отличие от конденсаторных, динамические микрофоны не требуют фантомного питания.

По конструктивному исполнению динамические микрофоны делятся на катушечные и ленточные.

В электродинамическом микрофоне катушечного типа мембрана механически жёстко соединена с катушкой, находящейся в кольцевом зазоре магнитной системы (аналогично динамикам). При колебаниях диафрагмы под действием звуковой волны витки катушки пересекают магнитные силовые линии, и в катушке наводится переменная ЭДС. На данный момент это один из наиболее распространнёных типов микрофонов, наряду с электретными. Конструкция микрофонов данного типа изображена на рисунке 3.

Рис 3. Конструкция динамического микрофона катушечного типа.

В электродинамическом микрофоне ленточного типа вместо катушки в магнитном поле располагается гофрированная ленточка из алюминиевой фольги. Считается, что подобная конструкция способствует более точной записи высокочастотного диапазона. Кроме того, данные микрофоны в основной своей массе имеют двусторонню диаграмму направленности (т.н. «восьмёрка»), подходящую для записи «стерео». Конструкция ленточного микрофона изображена на рисунке 4.

Рис 4. Конструкция микрофона ленточного типа.

Следует помнить, что в силу своей конструкции, ленточные микрофоны зачастую более требовательны к условиям хранения, а также могут иметь не высокий порог верхнего звукового давления. В некоторых случаях, например, банальное хранение на боку может привести к растяжению ленты и невозможности рабты микрофона.

Рис 5. Конструкция угольного микрофона.

Одна из возможных схем работы подобного микрофона приведена на рисунке 6.

Рис 6. Возможная схема работы оптоакустического микрофона.

По характеристикам пьезоэлектрические микрофоны уступают большинству конденсаторных и электродинамических микрофонов, однако в некоторых сферах подобные микрофоны всё же применяются, например в бюджетных или устаревших гитарных звукоснимателях.

Рис 7. Конструкция пьезоэлектрического микрофона.

Существуют и другие возможные способы регистрации звуковых колебаний, специфичные для своей среды применения, однако чаще всего они являются той или иной комбинацией конструкций, описанных выше. Примером специфичных микрофонов могут служить ларингофоны или гидрофоны.

1. Магнитов,
2. Катушек, намотанных на каркас,
3. Диффузоров.

Конструкция микрофона и динамика

Конструктивно динамики (динамические головки, громкоговорители) состоят из нескольких основных конструктивных элементов:

1. Магнитов,
2. Катушек, намотанных на каркас,
3. Диффузоров.

Внутри каркаса с катушкой располагается постоянный магнит-сердечник, с помощью которого при подаче сигнала на вход образуется магнитное поле. При этом катушка начинает своё движение, характер которого зависит от поданных сигналов и их амплитуды (с её снижением уменьшается и ход самой катушки). Одновременно с катушкой двигается и диффузор, присоединённый к катушке, создавая при этом в воздухе звуковые колебания.

Микрофон по своей конструкции фактически повторяет динамик: его диффузор принимает воздушные колебания, а катушка напрямую связана с ним и магнитом внутри. Основным отличием стало то, что катушка динамической головки имеет меньше витков в сравнении с катушкой, которая устанавливается в микрофоне.

Устройство и принцип действия микрофона

Принцип работы любого микрофона вне зависимости от особенностей его конструктивного исполнения заключается в воздействии на тонкую мембрану звуковых колебаний воздуха. В результате мембранные колебания становятся причиной возбуждения электрических колебаний. В зависимости от типа устройства могут быть использованы различные технологии и физические явления: микрофон может быть

Электродинамическим
Ленточным, когда материалом для катушки служит гофрированная алюминиевая фольга;



Катушечным, оснащённым диафрагмой в кольцевом зазоре магнита, при колебаниях которой под действием звуковых волн катушка пересекается силовыми линиями и в ней наводится ЭДС;

Пьезоэлектрическим, работа которого основана на использовании кристаллических пластинок;

Конденсаторным, оснащённым конденсатором, ёмкость которого изменяется во время звуковых колебаний при вибрации одной из обкладок (для этого она изготавливается из эластичного материала).

Основными техническими параметрами всех микрофонов является их

Устройство и принцип действия динамика

Работа любой динамической головки основана на использовании в составе конструкции кольцевого магнита с полюсами, которые размещены на его плоской стороне, и его поля. Замкнутое магнитное поле при этом формируется за счёт использования стальных листов с обеих сторон элемента. Полученная система играет роль магнитопровода и по своей форме и размеру полностью совпадает с параметрами магнита.

Равномерность распределения магнитных линий обеспечивается за счёт вставленного в центральное отверстие стального цилиндра. Разница в диаметрах цилиндра и отверстия в магните определяется конструкцией катушки. В полученном зазоре происходит концентрация магнитного поля.

Катушка индуктивности, размещённая в зазоре, всегда погружается внутрь зазора на половину высоты, что позволяет обеспечить её одинаковый ход во время работы динамика в обе стороны. Подключение к катушке к источнику питания в зависимости от совпадения полярности катушки и самого магнита (при одной её совпадении она выталкивается, при противоположных значениях – втягивается) фактически обеспечивает работу всего устройства.

Для того чтобы добиться механического движения воздуха катушка фиксируется на жёстком цилиндре с бумажным конусом. При перемещении катушки конус также будет двигаться и появится звук. Исключить любые искажения помогает фиксация полученной конструкции при помощи диффузородержателя и центрирующей шайбы.

Что такое компьютерный микрофон – знают все. Это чаще всего недорогое устройство, которое используется для связи через различные программы. Их характеристики не впечатляют, но пользователям многого и не нужно. Выполняются они в виде гарнитур. Часто встраиваются в веб-камеры для удобства видеосвязи.

В данной категории можно также выделить определенные типы: вокальные, речевые и инструментальные. Выглядеть они могут по-разному. Речевые и вокальные между собой обычно похожи. Их можно монтировать на стойки в специальные держатели. Инструментальный тип внешне походит и на сценические, и на студийные. Их особенность – способность воспринимать нюансы и детали звука и высокая сопротивляемость сильному звуковому давлению. Для этого в них встроен аттенюатор, снижающий риск перегрузки устройства.

Что такое компьютерный микрофон – знают все. Это чаще всего недорогое устройство, которое используется для связи через различные программы. Их характеристики не впечатляют, но пользователям многого и не нужно. Выполняются они в виде гарнитур. Часто встраиваются в веб-камеры для удобства видеосвязи.

Разделение по принципу действия подразумевает две разновидности устройств: конденсаторные и динамические. Каждый из них имеет свои преимущества и недостатки, а также сферы применения.

Для этого используются различные способы. Например, в конденсаторном микрофоне это конденсатор. Мембрана представляет собой одну пластину конденсатора, вторая — закреплена неподвижно. При колебаниях меняется расстояние между пластинами, а следовательно, емкость конденсатора. При этом ток, проходящий в цепи, связанной с конденсатором, приобретает форму звуковой волны:

Конденсаторные и динамические микрофоны

Термины «конденсаторный» и «динамический» применяются для обозначения двух основных типов высококачественных микрофонов, которые используются в настоящее время.

Отличия конденсаторных и динамических (катушечных) микрофонов:

Разновидностью конденсаторного микрофона является электретный микрофон, он значительно дешевле, менее требователен к условиям эксплуатации, но обладает более скромными характеристиками.

Разновидностью динамического микрофона является ленточный динамический микрофон. По своим характеристикам он ближе к конденсаторному и может использоваться только в студийных условиях.

Выбор правильного микрофона для записи — это искусство, познать которое можно только годами экспериментирования, изучения различных микрофонов и источников звука (инструментов, голосов и т. д.). И все равно, практически никто с полной уверенностью не может определить, какой микрофон следует использовать в каждом конкретном случае, не испробовав в начале несколько вариантов. Опыт и знания помогают лишь сузить число претендентов.

Любой микрофон — это преобразователь, трансформирующий одну форму энергии (акустический звук, то есть колебания воздуха) в другую (электрический сигнал). Есть три основных типа микрофонов — динамические, ленточные и конденсаторные.

Поскольку мембрану можно сделать очень тонкой, она может иметь меньшую массу, следовательно менее инертна, а следовательно обладает более быстрой реакцией и, таким образом, конденсаторные микрофоны могут воспринимать частоты в более широком диапазоне, по сравнению, например, с микрофонами динамическими.

Выбор правильного микрофона для записи — это искусство, познать которое можно только годами экспериментирования, изучения различных микрофонов и источников звука (инструментов, голосов и т. д.). И все равно, практически никто с полной уверенностью не может определить, какой микрофон следует использовать в каждом конкретном случае, не испробовав в начале несколько вариантов. Опыт и знания помогают лишь сузить число претендентов.

Направленность

Совсем не праздный, и часто возникающий в студиях вопрос при подходе исполнителя к микрофону — «куда в него петь?». Правильная сторона обозначается логотипом фирмы.

Частотный диапазон

Указан диапазон частот, которые микрофон может воспринимать на равном уровне. Лучше всего использовать микрофон с таким частотным диапазоном, чтобы спад низких частот начинался сразу после самой низкой основной частоты источника.

Чувствительность

Чувствительность указывает среднее напряжение, производимое микрофоном при звуковом давлении 1 Паскаль = 94 дБ. Значение относится к частоте 1 кГц и сопротивлению нагрузки 1 кОм. Более высокая чувствительность микрофона означает, что при одинаковой громкости звука он производит более сильный сигнал (выше напряжение), чем микрофон с более низкой чувствительностью. В результате лучше отношение сигнал/шум. Чувствительность указана в милливольтах на Паскаль.

Эквивалентный уровень шума

Микрофон всегда производит некоторый шум. Уровень этого шума измеряется в децибелах, эквивалентно звуковому давлению, необходимому для получения сигнала такого же уровня. Отношение сигнал/шум высчитывается как разница между уровнем звука 94 дБ и указанным в таблице уровнем шума.

Максимальный уровень звукового давления

Уровень максимального звукового давления указывает на способность микрофона выдерживать громкие звуки без искажений (до уровня искажений 0,5 %). Напомню, что 0 дБ — порог слышимости, 70 дБ — средняя речь, 130 дБ — болевой порог. Указан уровень с задействованным аттенюатором (максимальное значение), если он есть. Динамический диапазон, указываемый в характеристиках некоторых микрофонов, является разницей между максимальным уровнем звукового давления (без аттенюатора) и эквивалентным уровнем шума.

Аттенюатор

Аттенюатор ослабляет сигнал до предусилителя, то есть он защищает предусилитель от перегрузки, но отнюдь не защищает мембрану. Впрочем, современные микрофоны не могут быть повреждены тем уровнем максимального звукового давления, который могут производить подавляющее большинство инструментов.

Фильтр

Пропускающий фильтр высоких частот позволяет вам отрезать ненужную низкочастотную информацию. Если известно, указана частота среза.

Микрофоны — это устройства для преобразования акустических колебаний в электрические. Они применяются в технике, в машиностроении, при освоении космоса, на эстрадных и театральных сценах, в студиях записи звука и т.д. В зависимости от ситуации используются разные виды микрофонов.

Общий принцип работы оборудования

Самое распространенное звукозаписывающее оборудование — электродинамическое. Оно отличается универсальностью, доступными ценами и надежностью. Принципом работы устройство похоже на динамик. Подключенная к катушке диафрагма размещается в поле, созданном постоянным магнитом. Под действием звука катушка начинает двигаться и вызывает ток, который преобразуется и записывается.

Конденсаторные микрофоны основаны на перемене емкости, изменяющей величину тока.

Микрофон (от греч. μικρός — маленький, φωνη — голос) — электроакустический прибор, преобразовывающий звуковые колебания в колебания электрического тока, устройство ввода.

Микрофон (от греч. μικρός — маленький, φωνη — голос) — электроакустический прибор, преобразовывающий звуковые колебания в колебания электрического тока, устройство ввода.

Микрофоны используются во многих устройствах, таких как телефоны и магнитофоны, в звуко- и видеозаписи, на радио и телевидении, для радиосвязи, а также для ультразвукового контроля и измерения.

Историческая справка. Вначале наибольшее распространение получил угольный микрофон Эдисона, об изобретении которого также независимо заявляли Генрих Махальский в 1878 году и Павел Голубицкий в 1883 году. Угольный микрофон до сих пор используется в аппаратах аналоговой телефонии. Действие его основывается на изменении сопротивления между зёрнами угольного порошка при изменении давления на их совокупность.

Конденсаторный микрофон был изобретён инженером Bell Labs Эдуардом Венте в 1916 году. В нём звук воздействует на тонкую металлическую мембрану, изменяя расстояние между мембраной и металлическим корпусом. Тем самым образуемый мембраной и корпусом конденсатор меняет ёмкость. Если подвести к пластинам постоянное напряжение, изменение ёмкости вызовет ток через конденсатор, тем самым образуя электрический сигнал во внешней цепи.

Пьезоэлектрический микрофон, сконструированный советскими учёными С. Н. Ржевкиным и А. И. Яковлевым в 1925 году, имеет в качестве датчика звукового давления пластинку из вещества, обладающего пьезоэлектрическими свойствами. Работа в качестве датчика давления позволила создать первые гидрофоны и записать сверхнизкочастотные звуки, характерные для морских обитателей.

Принцип работы микрофона заключается в том, что давление звуковых колебаний воздуха, воды или твёрдого вещества действует на тонкую мембрану микрофона. В свою очередь, колебания мембраны возбуждают электрические колебания; в зависимости от типа микрофона для этого используются явление электромагнитной индукции, изменение ёмкости конденсаторов или пьезоэлектрический эффект.

Свойства акустико-механической системы сильно зависят от того, воздействует ли звуковое давление на одну сторону диафрагмы (микрофон давления) или на обе стороны, а во втором случае от того, симметрично ли это воздействие (микрофон градиента давления) или на одну из сторон диафрагмы действуют колебания, непосредственно возбуждающие её, а на вторую — прошедшие через какое-либо механическое или акустическое сопротивление или систему задержки времени (асимметричный микрофон градиента давления).

Микрофоны любого типа оцениваются следующими характеристиками:

1. чувствительность
2. амплитудно-частотная характеристика
3. акустическая характеристика микрофона
4. характеристика направленности
5. уровень собственных шумов микрофона

Если включить угольный микрофон в электрическую цепь, то на ее выходе мы получим переменное напряжение, форма которого будет точно воспроизводить форму звуковых волн.

Микрофон – это устройство, которое преобразует звуковые колебания (звуковую волну) в полезный электрический сигнал. Сразу стоит отметить, что типов микрофонов достаточно много, и процесс преобразования у них происходит по-разному. Единственное, что общего у всех без исключения так это то, что входным сигналом всегда является звуковая волна или колебания воздуха, вызванные источником звука, а выходным сигналом всегда является переменное электрическое поле.

Угольный микрофон, судя из истории создания микрофона, появился самым первым. Его конструкция одна из самых простых и в тоже время достаточно надежных. Может быть поэтому угольные микрофоны используются и по сей день.

Если включить угольный микрофон в электрическую цепь, то на ее выходе мы получим переменное напряжение, форма которого будет точно воспроизводить форму звуковых волн.

Электромагнитный микрофон состоит из электрического магнита и ферромагнитной мембраны. Звуковые волны, воздействуя на мембрану, приводят к возникновению ее колебаний. И поскольку материал мембраны (ферромагнетик) оказывает непосредственное влияние на магнитное сопротивление всей системы – на выходе мы также получаем переменный сигнал, форма которого совпадает с формой звуковой волны.

Электродинамический микрофон имеет две разновидности: катушечный и ленточный. Катушечный состоит из мембраны и магнитной системы (постоянного магнита и подвижной катушки). Мембрана связана с подвижной катушкой. Как только она начинает колебаться, в движение приходит и подвижная катушка. Двигаясь по магнитному стержню, в витках катушки возникает электромагнитное поле, которое преобразуясь в электрический сигнал, собственно и является полезным выходным сигналом.

В ленточном электродинамическом микрофоне нет мембраны. Ее роль выполняет тоненькая металлическая (обычно алюминиевая) лента, которая колеблется под действием звуковой волны между полюсами магнита. Колеблясь, она пересекает магнитные силовые линии и на ее концах возникает разность потенциалов. Эти концы подключены к повышающему трансформатору, выходным напряжением которого и является полезный сигнал, по форме идентичный звуковым колебаниям.

Пьезоэлектрические микрофоны состоят из мембраны, пьезоэлектрика и подсоединенных к нему электродов. Мембрана, через прикрепленный к ней стержень, воздействует на пьезоэлектрик, деформируя его. В процессе деформации на краях пьезоэлектрика возникает напряжение, форма которого в точности повторяет форму воздействующей на мембрану звуковой волны. Напряжение снимается с электродов и передается как полезный сигнал дальше в цепь.