Принцип роботи мікрофона: конструкція, які бувають мікрофони

Різновиди конструкцій мікрофонів

Серед мікрофонів зустрічаються конденсаторні, електретні, вугільні, оптоакустичні, котушкові, стрічкові, динамічні, п'єзоелектричні пристрої. За призначенням їх ділять на:

• сценічні;
• репортерські;
• студійні.

Група сценічних пристосувань у свою чергу ділиться на бездротові і дротові. Всі вони обладнані рукояткою для утримання руками і фіксації в стійці-власнику.

Репортерські типи мікрофонів часто використовуються на вулиці, тому захищені від попадання вологи, не бояться високих і низьких температур і сильних поривів вітру. Вони кріпляться на голові, тримаються в руках, бувають прихованими. Студійні мікрофони відрізняються малими габаритами. Вони кріпляться на петлицях на спеціальних стійках.

Вугільний

У вугільних моделях в якості робочого складу використовується порошок вугілля. Під час роботи він здатний змінювати опір. Це впливає на модуляцію коливань, що відбуваються в ланцюгу. Пристрої є найпершими в світі, мають низькі характеристики і практично не застосовуються в сучасному житті.

Стрічковий

Мікрофон стрічкового вигляду має всередині найтоншу алюмінієву стрічку (приблизно 2 мкм), завдяки якій запис звуку проходить більш точно. Пристрій вимагає особливих умов зберігання. Лежачий на боці довгий час апарат може відмовити в роботі. Володіє великими порівняно з аналогами вагою і розмірами.

Котушковий

Схема пристрою цього типу має мембрану, поєднану з котушкою і вставлену в магнітне поле. Звукова хвиля коливає діафрагму, котушка своїми витками перетинає лінії магнітного поля. У ній виникає змінна ЕДС. Такий мікрофон поширений у сфері звукозапису. Він перевершує стрічковий тип більш компактними розмірами і високим опором.

Динамічний

Принцип дії мікрофона заснований на перетворенні звукових хвиль в електричні за допомогою застосування невеликого динаміка. Використовується на сцені, в роботі репортерів, оскільки має велику надійність. Якість запису трохи нижча, ніж у конденсаторних апаратів. За конструкцією прилад схожий на динамічний гучномовець.

Динамічні мікрофони мають позитивні сторони:

• Витримують високі перевантаження, тому записують гучні шуми без ризику пошкодження.
• Володіють міцною конструкцією, не бояться падінь і ударів.
• Використовуються як у закритому приміщенні, так і на природі.
• Несприйнятливі до сторонніх перешкод і шумів.

Недоліки:

• Чистота запису гірша, ніж при роботі з конденсаторними приладами.
• Вузький діапазон частот.
• Тембр голосу передається неточно.

Котушковим і стрічковим різновидом динамічного мікрофона користуються артисти і репортери.

Конденсаторний

У прилад вбудовано конденсатор, що перетворює звукові коливання під впливом електричного струму. Харчування, яке називається фантомним, подається від окремого джерела. Електрод з мембраною виготовляються з матеріалу, що володіє електропровідністю. Один від одного вони відокремлюються ізолюючим кільцем.

Деталі в зборі нагадують будову конденсатора. Під час роботи мембрана коливається відносно електрода, закріпленого нерухомо. Звукові коливання викликають зміну ємності в корпусі та електричного струму в ланцюгу, який є сигналом з мікрофона.

Плюси пристроїв конденсаторного типу:

• розширений діапазон частот;
• можливість мініатюризації записуючих пристроїв;
• записані звуки мають високу якість.

До мінусів відносяться:

• Необхідність забезпечення мікрофона фантомним харчуванням, що не дає використовувати його на вулиці.
• Боязнь ударів, температурних перепадів і вологості.

Ці мінуси не заважають користуватися пристроями на сцені.

Електретний

Даний тип обладнання є різновидом конденсаторних пристроїв. Роль фантомного живлення в ньому виконує заряд електрета, що зберігається понад 30 років. Для зниження втрат сигналу при записі в мікрофон вставлено повторювач. Більш товста, ніж у конденсаторних пристроїв, мембрана трохи поступається в характеристиках. Конструкція дозволяє отримувати мініатюрні вироби, що застосовуються в смартфонах, ноутбуках, планшетах, розумних годинниках і в інших гаджетах.

П'єзомікрофон

У цих виробах використовується п'єзоелектричний ефект. Робочий елемент - пластина, виготовлена зі штучних кристалів. При деформації на її поверхнях з'являються електричні заряди різної величини. Використовуються такі мікрофони рідко, оскільки можна вибрати більш якісне обладнання конденсаторного або динамічного типу.

Існує багато інших способів запису звуку, прикладом яких можуть бути ларингофони у льотчиків, гідрофони у підводників та інші специфічні мікрофони.

Що це таке?

Складно знайти людину, яка не знала б, як виглядає мікрофон, і яке її звичайне використання. Можна зустріти величезне розмаїття таких пристроїв. Але всі вони підпорядковуються загальному визначенню - електроакустичні прилади. Звукова хвиля, що надходить на «вхід», перетворюється на електричний сигнал. За його характеристиками інша апаратура зможе відтворити початкове звучання.

Мікрофон може транслювати звук на:

• звичайні домашні колонки;
• комп'ютер;
• телевізор;
• магнітофон;
• програвач;
• концертне обладнання;
• студійну звукозаписну апаратуру.

Важливі характеристики та їх опис

У характеристику звукозаписного обладнання входять:

• чутливість;
• діапазон частот;
• харчування;
• звуковий тиск;
• рівень шуму;
• номінальний опір;
• радіус дії;
• тип з'єднання;
• матеріал корпусу.

Чутливість - характеристика рівня звуку, який записує пристрій. Чим меншою кількістю децибел він позначається, тим мікрофон більш чутливий.

Частота - рівень шуму, достатній для запису пристроєм. Для трелі або гуркоту барабана потрібно від 30 до 15000 Гц, для людського голосу - 80-15000 Гц.

Харчування мікрофона здійснюється за допомогою вбудованого акумулятора або надходить по кабелю

Рівень тиску звуку - показник найбільшої гучності, витримуваної апаратом. Найчастіше він дорівнює 100-130 Дб.

Рівень шуму або сигналу - це параметр, значення якого для обладнання середнього класу - 64-66 Дб. Професійні мікрофони характеризуються показником понад 72 Дб.

Опір, або імпеданс - характеристика, яка описує можливості підключення апарату. Цифрові дані позначаються на професійних зразках.

Радіус дії вказується для бездротових екземплярів техніки. Для дротових позначають довжину кабелю. Чим цифри більші, тим зручніше користуватися мікрофоном, можна переміщатися на довші відстані.

Обладнання підключається до різних інтерфейсів за допомогою спеціальних роз'ємів. Найбільш часто зустрічаються: mini-XLR и XLR, Jack и mini-Jack, USB, TA4F или Lighting/30-pin.

Матеріал для виготовлення корпусу частіше являє собою різні сорти пластику або сталі. Пластик - дешевший і легший, але міцність його мала. Метал міцніший, але важкий і дорогий.

При виборі мікрофонів потрібно уважно розглядати всі характеристики і купувати техніку, яка відповідала б поставленим перед нею завданням.

Подібні статті

Steelseries arctis 7

Iphone 5s не працює мікрофон

Гарнітура для телефону на одне вухо з мікрофоном бездротова

Особливості динамічного мікрофона

Історія створення

Мікрофони в XXI столітті - це дуже просунуті пристрої. Але основні моменти в їхній роботі змінилися з моменту винаходу. Вважається, що перший підступ до створення мікрофона зробив французький дослідник Дю Монсель. У 1856 році він встановив, що графітовий електрод може істотно змінювати ступінь електричного опору. Для цього потрібно тільки незначно змінити площу контакту провідників.

Але перший мікрофон, який практично працює, винайшов і представив у 1877 році Еміль Берлінер. Через рік інший житель США Девід Хьюз модернізував початкову конструкцію Берлінера. До одного з вугільних стрижнів додалася мембрана. Вирішальний крок зробив легендарний Едісон. Саме він придумав замінити стрижні з вугілля на порошкоподібну вугільну масу; таке рішення продовжує застосовуватися в деяких пристроях і сьогодні.

Тільки в 1916 році, і знову в США, точніше, в Bell Labs з'являється конденсаторна схема. Через кілька років в Японії представили підвид конденсаторних пристроїв - електретні мікрофони. А в Німеччині створюють динамічний мікрофонний пристрій. Воно вже випереджало за низкою характеристик і вугільні, і конденсаторні моделі. А наші співвітчизники Яковлєв і Ржевкін в 1925 році представили світу п'єзоелектричну схему.

Вона завоювала дуже велику популярність, і навіть активно використовується в гідрофонах. У 1931 році черговий хід роблять у США. Там розробили динамічний тип мікрофона з котушкою. Цей пристрій має чудові частотні параметри. Недарма його продовжують застосовувати на звукозаписних студіях у різних куточках нашої планети.

Пристрій і принцип роботи

Загалом мікрофон влаштований досить просто. І схема принципова майже не залежить від виду апарату. Коли на тонку мембрану впливає звук, рух цієї мембрани породжує електричні хвилі. Залежно від того, яким чином працює пристрій, генерація електричних коливань відбувається за рахунок:

• зміни ємності конденсаторів;
• явища електромагнітної індукції;
• п'єзоелектричного процесу.

В описі того, як зроблено мікрофон, важливо підкреслити, що властивості його залежать від особливостей взаємодії звуку і діафрагми. Мікрофоном тиску називають пристрій, в якому звукова хвиля тисне тільки на одну зі сторін діафрагми. Використовуються також і апарати, в яких вона впливає на всю поверхню приймача.

Увага: на другий бік діафрагми в мікрофонах тиску діють не прямі хвилі, а ті, що зазнали будь-якого опору. Цей опір може носити механічний, акустичний характер, або створюватися за рахунок затримки за часом.

В останньому випадку кажуть, що це асиметричний мікрофон з градієнтним тиском. Конденсаторний мікрофонний апарат, крім введення, складається ще зі спеціально підібраних електричних конденсаторів. Їх підключають електрично послідовно до джерела постійного струму і навантажувального опору.

Будова електретних пристроїв відрізняється мало. Підтримка заряду в них забезпечує шар особливої речовини - електрета, який здатний пропрацювати не менше 20 років. Оскільки у них є вбудований транзистор, обов'язково необхідна подача електроживлення ззовні. При цьому поляризуюча напруга не потрібна. Що стосується динамічних пристроїв, то вони працюють так само, як і динаміки, але з точністю до навпаки. Необхідності у фантомному харчуванні немає.

Котушковий тип передбачає жорстку механічну зв'язку мембрани зі спеціальною котушкою, яку мають у своєму розпорядженні всередині кільцевого зазору магнітної системи.

А також зустрічаються (але рідше):

• стрічкові;
• вугільні;
• оптоакустичні;
• п'єзоелектричні;
• комбіновані (що поєднують декілька описаних вище рішень) апарати.

Але корисно зупинитися ще на деяких особливостях різних пристроїв. Так, у динамічній системі діафрагма приєднується до котушки і магніту. Разом вони формують невеликий генератор електрики. Працює він ніби від звукового приводу. Для створення магнітного поля, що оточує котушку, використовується постійний магніт. Велика сила для нього не потрібна, на першому місці надійність і точність роботи.

Динамічні мікрофони порівняно прості, і при цьому дуже надійні. Вони зможуть гарантувати чудовий звук практично для будь-якого повсякденного завдання. Подібні системи можуть успішно працювати навіть з дуже гучним звуком, який інше акустичне обладнання сильно зношує. Стійкість до вологості і високої температури теж дуже важлива.

Тому саме динамічний мікрофон найчастіше вибирають для організації масових вуличних заходів.

Конденсаторний тип - це збірка із зарядженої діафрагми і нерухомої пластини, і в цілому конструкція виступає звукочутливим конденсатором. Мембрана зазвичай робиться з металу, хоча зустрічаються варіанти, коли вона металізована, а основна частина зроблена з пластику. Для звукопідсилення зазвичай застосовують електретний підвид конденсаторного мікрофона.

Всі такі моделі включають активні контури, що дозволяє узгоджувати вихід елемента з базовими мікрофонними входами.

Характеристики

Принципово важлива характеристика мікрофона - це так звана амплітудно-частотна характеристика. Для більшої простоти в документах і спеціальних текстах її позначають як АЧХ. Фахівців і любителів також часто цікавить спрямованість прийому звукових хвиль. А ось електричні характеристики і конструктивні особливості не такі вже й важливі, як здається. Для конденсаторної схеми принципово значущі параметри фантомного харчування.

Варто звернути увагу на так званий перехідний відгук.

Неважко зрозуміти, що переміщення діафрагми звуковою хвилею призводить до того, що ця хвиля витрачає енергію. А в сумі маса діафрагми і котушки у динамічного пристрою в 1000 разів вище, ніж при конденсаторному виконанні. Як початок руху, так і його закінчення відбувається повільніше. Це неминуче впливає на якість звуку.

Повертаючись до АЧХ, треба сказати, що це ще й відношення рівня вихідного сигналу до всього діапазону робочих частот. Рідкісний виробник уникає опису АЧХ, взагалі, зазвичай же вона наводиться в деякому діапазоні. Найчастіше використовують графік, що демонструє вихідний рівень при зміні частоти. Полога лінія графіка зазвичай характерна для мікрофонів розширеного діапазону. Вони не спотворюють різні звуки; рельєфна АЧХ підбирається не для максимально точного відтворення, а для вирішення суворо специфічних завдань.

• децибели;
• спрямованість;
• придушення просторових шумів;
• поворотний ефект;
• імпеданс;
• вихідний електричний рівень.

Види

Всі мікрофони можна класифікувати за кількома параметрами.

За призначенням

Досить широке застосування знаходять спеціальні естрадні мікрофони. Всупереч назві, їх активно використовують не тільки в театрі, на концертах. Така техніка потрібна скрізь, де одного або декількох людей повинна почути велика маса глядачів у залі. Естрадні мікрофони можуть мати різне зовнішнє виконання. Але вони обов'язково фіксуються міцно в вартових власниках.

Репортерський приймач звуку, як неважко здогадатися, призначений для журналістів. І для інших людей, яким потрібно записувати (транслювати) власний або чужий голос у різних місцях. Зрозуміло, це мобільний пристрій, часто з автономним джерелом живлення. Такі апарати розраховуються зазвичай на приховане носіння. Конструктори передбачають можливість їх використання навіть у вітряну погоду.

Основна функція студійних мікрофонів - експлуатація в телевізійних студіях. Найчастіше це плоскі і порівняно малопомітні пристрої. Акустичний блок у них завжди високої чутливості. Великий частотний діапазон не потрібен, як і передача різноманітних звуків. Студійна техніка працює головним чином з голосами, але при цьому вона повинна забезпечити чітку, безперебійну їх передачу.

А ось студійний мовний мікрофон буде цікавий не тільки для телеканалу, але і для радіостанції. Всі подібні пристрої обладнають перемикачами, щоб легко змінювати спрямованість прийому звуку.

Наступний важливий вид - мікрофон для звукозапису в студії. Зазвичай його монтують на спеціально підготовлені стійки. Подібне обладнання сприйме всі тонкощі звучання, навіть при серйозних перешкодах.

За принципом дії

Сучасна промисловість здебільшого робить конденсаторні та динамічні мікрофони. Інші різновиди теж можна купити, але вони в основному потрібні для вузькоспеціальних завдань. У динамічного варіанту завжди ідеальні робочі пар