Строение микрофона. Как работают микрофоны: принципы действия и сравнение основных типов — Производство и поставка электростанций, Бензиновые и дизельные генераторы от 1 до 100 кВт. Мини ТЭЦ на базе двигателя Стирлинга.

Как устроены различные типы микрофонов. Какие бывают виды микрофонов. В чем преимущества и недостатки разных типов микрофонов. Как выбрать подходящий микрофон для своих задач.

Содержание

Основные принципы работы микрофонов

Микрофон — это устройство, которое преобразует звуковые колебания в электрический сигнал. Основной принцип работы большинства микрофонов заключается в том, что звуковые волны вызывают колебания тонкой мембраны, которые затем преобразуются в электрические импульсы с помощью различных механизмов.

Ключевые элементы типичного микрофона:

Диафрагма (мембрана) — тонкая подвижная пластина, которая колеблется под воздействием звуковых волн
Преобразователь — механизм, преобразующий механические колебания диафрагмы в электрический сигнал
Корпус — защищает внутренние компоненты и формирует направленность микрофона

Динамические микрофоны: надежные рабочие лошадки

Динамические микрофоны являются одними из самых распространенных и широко используемых типов микрофонов. Как же они работают?

Принцип действия динамического микрофона основан на электромагнитной индукции:

Звуковые волны вызывают колебания диафрагмы
К диафрагме прикреплена катушка из тонкого провода
Катушка расположена в магнитном поле постоянного магнита
При движении катушки в магнитном поле в ней индуцируется электрический ток
Величина и направление тока зависят от амплитуды и частоты звуковых колебаний

Преимущества динамических микрофонов:

Прочность и надежность
Способность работать при высоком звуковом давлении
Не требуют дополнительного питания
Относительно недорогие

Недостатки:

Менее чувствительны, чем конденсаторные микрофоны
Более ограниченный частотный диапазон
Медленнее реагируют на кратковременные звуки

Конденсаторные микрофоны: высокая чувствительность и широкий диапазон

Конденсаторные микрофоны работают по иному принципу и обладают рядом уникальных характеристик. Как же устроены эти микрофоны?

Принцип работы конденсаторного микрофона:

Диафрагма образует одну пластину электрического конденсатора
Вторая пластина неподвижна
Между пластинами подается постоянное напряжение
Звуковые волны вызывают колебания диафрагмы
Изменение расстояния между пластинами меняет емкость конденсатора
Это приводит к изменению напряжения, которое усиливается

Преимущества конденсаторных микрофонов:

Высокая чувствительность
Широкий частотный диапазон
Точная передача звуковых нюансов
Хорошая направленность

Недостатки:

Требуют фантомного питания
Более чувствительны к влажности и температуре

Как правило, дороже динамических
Менее устойчивы к механическим воздействиям

Ленточные микрофоны: винтажное звучание

Ленточные микрофоны представляют собой особый тип динамических микрофонов, которые обладают уникальными характеристиками звучания. Как работают эти микрофоны?

Принцип работы ленточного микрофона:

Вместо диафрагмы используется тонкая металлическая лента
Лента располагается между полюсами постоянного магнита
Звуковые волны вызывают колебания ленты
При движении ленты в магнитном поле в ней индуцируется ток
Сигнал с ленты подается на трансформатор для усиления

Преимущества ленточных микрофонов:

Мягкое, «теплое» звучание
Хорошая передача высоких частот
Естественное звучание на средних частотах
Выраженная направленность (обычно двунаправленная)

Недостатки:

Хрупкость конструкции
Чувствительность к сильным воздушным потокам

Низкий выходной сигнал, требующий усиления
Ограниченный низкочастотный диапазон

Электретные микрофоны: компактные и доступные

Электретные микрофоны представляют собой разновидность конденсаторных микрофонов, но имеют ряд особенностей. Как устроены и работают эти микрофоны?

Принцип работы электретного микрофона:

Одна из пластин конденсатора покрыта электретным материалом
Электрет создает постоянное электрическое поле без внешнего питания
Звуковые волны вызывают колебания подвижной пластины
Изменение расстояния между пластинами меняет емкость
Встроенный усилитель преобразует изменения емкости в электрический сигнал

Преимущества электретных микрофонов:

Компактные размеры
Низкая стоимость
Не требуют внешнего источника поляризующего напряжения
Хорошее качество звука для своей цены

Недостатки:

Меньшая чувствительность по сравнению с классическими конденсаторными микрофонами
Ограниченный динамический диапазон
Качество может снижаться со временем из-за потери заряда электрета

Сравнение характеристик различных типов микрофонов

Чтобы лучше понять различия между основными типами микрофонов, давайте сравним их ключевые характеристики:

Характеристика	Динамический	Конденсаторный	Ленточный	Электретный
Чувствительность	Средняя	Высокая	Низкая	Средняя
Частотный диапазон	Ограниченный	Широкий	Средний	Средний
Направленность	Различная	Хорошая	Выраженная	Различная
Прочность	Высокая	Средняя	Низкая	Средняя
Стоимость	Средняя	Высокая	Высокая	Низкая

Выбор микрофона под конкретные задачи

При выборе микрофона важно учитывать специфику его применения. Вот несколько рекомендаций для разных сценариев использования:

Для живых выступлений: Динамические микрофоны благодаря своей прочности и способности работать при высоком звуковом давлении
Для студийной записи вокала: Конденсаторные микрофоны из-за их высокой чувствительности и широкого частотного диапазона
Для записи акустических инструментов: Конденсаторные или ленточные микрофоны, способные точно передать нюансы звучания
Для подкастинга и стриминга: Качественные USB-микрофоны (обычно конденсаторные или динамические) для простоты подключения

Для полевой записи: Компактные электретные или динамические микрофоны, устойчивые к внешним воздействиям

При выборе микрофона также следует учитывать такие факторы, как бюджет, акустические особенности помещения и личные предпочтения по звучанию.

Инновации в технологии микрофонов

Технология микрофонов продолжает развиваться, предлагая новые решения для различных задач. Какие инновации появились в последние годы?

Цифровые микрофоны с встроенным АЦП для прямого подключения к цифровым системам
Микрофоны с активным шумоподавлением для улучшения качества записи в шумной обстановке
Микрофонные массивы для формирования направленности и улучшения разборчивости речи
Миниатюрные MEMS-микрофоны для использования в мобильных устройствах и носимой электронике
Программно-конфигурируемые микрофоны с возможностью настройки характеристик через приложения

Эти инновации расширяют возможности применения микрофонов и улучшают качество записи в различных условиях.

Принцип работы микрофона

Многие важнейшие изобретения человечества, создаваемые для передачи звука на расстояние, будь то радио или телефон, не могли обойтись без устройства для приема звуковых волн. Изобретение микрофона было необходимо на столько, что он изобретался одновременно в разных частях планеты.

Принцип работы микрофона
Конструкция микрофона
Какие бывают микрофоны
10 типов микрофонов
Подразделение микрофонов
Современные микрофоны и их применение
Эстрадные
Студийные
Микрофоны для музыкальных студий
Микрофоны для компьютера
Конденсаторный тип микрофонов
Динамические микрофоны
Советы по выбору микрофона

И до сих пор до конца не ясно, кого же из ученных можно назвать родоначальником устройства. Сегодня устройства используются практически во всех сферах жизни, начиная от сложных исследований космоса, заканчивая разговором не о чем двух домохозяек по телефону.

При этом мало кто задумывается, как выглядит это, казалось бы, нехитрое устройство изнутри.

Принцип работы микрофона

Задача микрофона – преобразование звуковых волн в электрические импульсы. Они записываются на носители, и после этого, благодаря специальным программам, снова преобразуются в звук, давая возможность прослушать записанное. Что бы звукозапись стала возможна, применяются различные типы микрофонов.

Самые простейшие их них работают по принципу барабанной перепонки. Колебания воздуха, создаваемые звуком, вызывают вибрацию тонкой пленки, установленной внутри устройства. Эта диафрагма, в свою очередь, двигает индукционную катушку, намотанную вокруг постоянного магнита, то есть находящуюся в постоянном магнитном поле.

За счет этого движения в катушке появляются электрические импульсы, которые и уходят по проводам на звукозаписывающее устройство. Длина и интенсивность импульса напрямую зависит от громкости и времени воздействия звуковых волн на мембрану.

Внимание! Существуют и гораздо более сложные виды таких устройств, для которых используются микросхемы и дополнительные источники питания. Качество звука, получаемого при использовании более совершенных технологий, во много раз превышает возможности простейших динамических микрофонов.

Конструкция микрофона

Самыми распространение и широко применяемые, работают следующим образом:

Классический (динамический). Является на сегодняшний день самым доступным и, одновременно, самым простейшим по конструкции. С помощью очень тонкой (в несколько микрон)туго натянутой бумажной мембраны, он передает звуковые колебания на катушку, находящуюся в магнитном поле. За счет простоты своего устройства, такие устройства наиболее доступные по цене. Однако качество передачи сигнала довольно низкое.
Конденсаторный. Это более совершенная конструкция звукопринимающего устройства. В основе ее лежит конденсатор, одна из пластин которого играет роль диафрагмы, принимая звуковые волны.
Из-за колебания пластины, ёмкость конденсатора меняется, создавая импульсные токи. Для работы такого вида нужен дополнительный источник питания, например батарейка, аккумулятор или шнур для подключения в сети. Подобного типа устройства используются для профессиональной записи на студиях.
Электретные. Являются одной из разновидностей конденсаторных устройств, для их функционирования на мембрану наносится специальный электретный состав, который и создает необходимое напряжение. Такой состав способен работать больше 30 лет. А строение позволяет делать его очень миниатюрным и использовать их во всевозможных гаджетах – смартфонах, планшетах, ноутбуках, умных часах.

Какие бывают микрофоны

Помимо наиболее распространенных динамических и конденсаторных микрофонов, существуют и другие виды.

За счет сложности конструкции, дороговизны производства или не достаточных качественных показателей, они менее распространены. К ним относят угольные (Микрофон Юза), оптоакустический, пьезоэлектрические и другие, в основном применяемые в очень узконаправленных научных экспериментах. Красивая мелодия, звучащая в плеере, голос любимого человека, которого нет рядом — все это было бы невозможно без маленького помощника, умеющего создавать из звука поток электронов в проводах.

10 типов микрофонов

Звук удивительная вещь. Всё что мы слышим — это изменение давления воздуха вокруг нас. Нужно заметить, что воздух передает эти изменения давления так хорошо и так точно на большие расстояния. Первый микрофон представлял из себя металлическую диафрагму, которая крепилась к игле, игла с другой стороны была прикреплена к фольге. Перепады давления воздуха при разговоре перемещали диафрагму, которая перемещала иглу, а та оставляла отметки на фольге-пленке. Когда пленку проигрывали, то другая игла «спотыкалась» об отметины, оставленные записывающей иглой ранее и таким образом через диафрагму повторяла записанный ранее звук.

Все современные микрофоны делают тоже самое, но переводят вибрации уже в электронный и даже цифровой вид, а не механические вибрации. Микрофон берет различные вибрации воздуха и конвертирует их в электрические сигналы. Есть несколько способов-технологий, которые используются для этой конверсии.

Жидкостные микрофоны

Были изобретены Александром Грэмомом Беллом и Томасом Уотсоном. Были одними из первых работающих микрофонов и стали предшественниками конденсаторных микрофонов. Ранние жидкостные микрофоны использовали металлическую чашку, наполненную водой или кислотным растовром. Мембрана была помещена над чашкой с иглой на приемной стороне диафрагмы. Звуковые колебания заставляли иглу перемещаться в воде. Небольшой электрический ток пропускали через иглу. Конечно, такая схема микрофона была мало эффективна, но на тот момент она была одной из первых.

Углеродные (карбоновые) микрофоны

Старейший и самый простой микрофон, в котором использовалась угольная пыль. Эти микрофоны использовались в первых телефонах и даже используются в некоторых устройствах и сейчас. Угольная пыль взаимодействует с тонкой металлической или пластиковой мембраной с одной стороны. Когда звуковые колебания ударяют диафрагму, они сжимают угольную пыль (изменяется площадь контакта между отдельными фракциями угольной пыли), которая изменяет сопротивление между металлическими пластинами. Если пропускать между пластинами постоянный ток, напряжение между пластинами будет зависеть от давления на мембрану.

Волоконно-оптический микрофон

Воолоконно-оптический микрофон, можно сказать что это даже цела система, которая использует супер-тонкие нити стекловолокна для передачи информации, вместо традиционных металлических проводов. Волоконно-оптические микрофоны могут быть очень маленькими и могут использоваться в оборудовании, которое очень чуствительно к электрическому току, радиочастотным помехам. В них не используются металлические части. Луч света от лазерного источника направляется по оптоволокну и освещает мембрану микрофона. При колебаниях мембраны световой поток модулируется (по интенсивности) и идет по второму оптоволокну на фотодиод, который преобразует сигнал в переменный ток. В данном случае не происходит преобразование колебаний мембраны непосредственно в электрический сигнал как в обычных микрофонах.

Динамический микрофон

В нем используется принцип движения магнита внутри катушки-проволки. Диафрагма здесь перемещает магнит или катушку, которая создает небольшой ток.

Были созданы А.Блюмлайном в 1930-х гг. на фирме EMI, с 1936 модель такого микрофона HB1A начала применяться в звукозаписи. Позднее после войны с появлением мощных постоянных магнитов начался их промышленный выпуск на фирмах AKG, Neumann.

Электретный (пленочный) микрофон

Электретные микрофоны являются одними из самых широко используемых микрофонов. Потому что они дешевы и относительно просты, электретные микрофоны используются в мобильных телефонах, компьютерах, гарнитурах и т.д. Электретный микрофон является одним из видов конденсаторных микрофонов, здесь внешний заряд заменяется электретным (диэлектрик, например тефлон) материалом, который по определению находится в постоянном состоянии электрической поляризации. Созданы Сесслером и Вестом в 1962 г. на фирме Bell Labs.

Ленточный микрофон

В нем тонкая лента, обычно алюминий, дюралалюминий или нанопленка подвешена в магнитном поле. При звуковых колебаниях пленка начинает двигаться в магнитном поле, между полюсами постоянных магнитов, при этом в ней появлялся переменный электрический ток. Создан Г.Олсоном примерно в 1930 году. Первый промышленный образец (RCA PB-31) появился в 1942 в компании RCA. Чуть позднее другие компании стали делать лентоные микрофоны (BBC-Marconi Type A и ST&C Coles 4038).

Лазерный микрофон

Лазерный микрофон работает путем захвата вибрации от плоскости , как оконное стекло, например, и передает сигнал обратно на фото детектор (фото датчик), который преобразует отраженный лазерный луч в аудиосигнал . Больше похоже на шпионские штучки. Стекло вибрирует от акустических волн, создаваемых разговаривающими людьми, и луч, отразившись от стекла, возвращается в приемник. Падающий луч и отраженный различны, отраженный луч может чуть запаздывать или опережать исходный (в зависимости от фазы и амплитуды колебаний стекла). Затем сигнал с приемника обрабатывается и преобразуется в звук. Используются инфракрасные лазеры, а не лазеры, излучающие в видимом диапазоне.

Конденсаторный микрофон

Конденсаторные микрофоны составляют основную долю в выпуске и широко используются в звукозаписи, радиовещании, телевидении.

Принцип их устройства – это плоский конденсатор, состоящий из двух обкладок. Из них внешняя, обращенная к источнику звука и выполнена в виде тонкой круглой металлизированной изнутри диафрагмы, скрепленной по окружности с кольцом из диэлектрика. Второй обкладкой конденсатора служит массивное металлическое основание. Обкладки располагаются на малом друг от друга расстоянии, образуя таким образом плоский конденсатор. Последний соединяется через нагрузочное сопротивление с источником постоянного поляризующего напряжения. Под воздействием звукового давления диафрагма совершает колебания. При этом расстояние между пластинами конденсатора изменяется, соответственно изменяется и его емкость, возрастая при сближении пластин и уменьшаясь при удалении.

Конденсаторные микрофоны имеют ряд преимуществ, которые позволяют их широко использовать в студийной практике. К числу основных можно отнести следующие: низкий уровень переходных искажений (из-за малой массы диафрагмы), широкий частотный диапазон, малая чувствительность к магнитным помехам.

Однако они обладают меньшей механической и климатической стойкостью, чем динамические микрофоны, требуют дополнительного напряжения поляризации и имеют более высокую стоимость.

Кардиоидный микрофон Если вы ищете для записи звука, который находится перед и по бокам микрофона — но не позади него — кардиоидный микрофон для вас. Самый чуствительный участок усиления для кардиоиды получается в форме сердца (отсюда и название), с высокой чувствительностью, расположенной прямо перед микрофоном, и чуть менее по бокам. Из-за этого, кардиоидные микрофоны идеально подходят для записи живых выступлений, не захватывая слишком много шума толпы, и многие ручные микрофоны, используемые для усиления вокала являются кардиоидных микрофоны.

Пьезоэлектрические микрофоны (кристаллические микрофоны)

Для преобразования звуковых колебаний в электрические используется также пьезоэлектрический эффект, выражающийся в том, что при деформации некоторых кристаллов на их поверхности возникают электрические заряды, величина которых пропорциональна деформирующей силе. Наибольшим пьезоэффектом обладают кристаллы сегнетовой соли. Вырезанные особым образом пластинки из искусственно выращенных таких кристаллов и служат основным рабочим элементом пьезомпкро-фонов. По своим электроакустическим и эксплуатационным свойствам пьезомикрофоны не могут обеспечить требований, предъявляемых к профессиональным студийным и трансляционным микрофонам. Однако такие их достоинства, как простота устройства, малый вес и габариты, а также небольшая стоимость, определили их применение в любительских устройствах и некоторых типах промышленной недорогой аппаратуры.

Подразделение микрофонов

Как же их классифицируют? Есть три основных признака:

Тип приемника.
Тип преобразователя.
Назначение.

Первый признак определяет одну из главных характеристик устройства – характеристику направленности. Это зависимость его чувствительности на определенной частоте от угла падения звуковых волн.

По типу преобразователя микрофоны можно разделить на электромагнитные, динамические, электростатические, угольные и пьезоэлектрические. В профессиональных моделях применяются электростатические и динамические преобразователи.

Современные микрофоны и их применение

Эти устройства есть везде: в телефонах, в планшетах, в плеерах, в диктофонах, в фотоаппаратах и видеокамерах. Но есть и микрофоны другого рода.

Эстрадные

Данный тип создавался для сцены. В сознании зрителя эстрада ассоциируется с ручным микрофоном, который имеет рукоять и капсюль, защищенный сеткой. Да, в большинстве случаев дизайн именно такой. Ведь он отлично фиксируется в держателях. К тому же можно легко подобрать сменную сетку для ветрозащиты.

Можно разделить данный тип еще на беспроводные и проводные. Что такое микрофон беспроводного типа? Это устройство со встроенным адаптером связи, работающее на аккумуляторе.

Что говорят пользователи об эстрадных микрофонах? Отзывы разные, но сходятся они в том, что нужно выбирать модели подороже.

Студийные

Широкое применение в телевидении получили маленькие беспроводные микрофоны-петлички. Но также часто используют и ручные устройства, головные гарнитуры. В передачах можно заметить и настольные микрофоны, имеющие плоскую форму. Они почти незаметны на столах дикторов. Их главная задача состоит в фиксации всех звуков над столом.

Микрофоны для музыкальных студий

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.

Микрофоны для компьютера

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.

Конденсаторный тип микрофонов

У таких устройств за преобразование звука в электрические сигналы отвечает, как нетрудно догадаться, конденсатор. Одна его обкладка является неподвижной, а вторая служит мембраной и под воздействием звука приходит в движение.

Этому типу микрофонов необходимо дополнительное питание, называемое фантомным. Существуют модели, в которых для этого используются батарейки.

Динамические микрофоны

В таких устройствах основным элементом, отвечающим за преобразование, является маленький динамик. Звуковые волны вынуждают колебаться мембрану с катушечным микрофоном, который помещен в постоянное магнитное поле. Помимо катушечных, есть ленточные микрофоны. Их обычно используют в студиях. Катушка в них заменена на гофрированную ленту из фольги.

Дополнительного питания динамические устройства не требуют. Они более надежны и не чувствительны к температурным перепадам. Но качество звука уступает конденсаторным.

Советы по выбору микрофона

Прежде всего нужно понять, что универсальных устройств не бывает. Конечно, если выбирается компьютерный микрофон, значения не имеет, какую модель выбрать. Но даже тут не следует выбирать самые дешевые экземпляры.

Приобретать микрофон нужно только под определенные задачи. К примеру, если необходимо записывать партии на барабанах, то необходим не один, а несколько устройств инструментального типа, которые готовы к серьезному давлению звука. Если нужно записать вокал, то хватит одного студийного вокального микрофона хорошего качества. В общем, для любой цели следует выбирать специальное устройство.

В лучшем случае покупатель переплатит, если ошибется, так как придется докупать дополнительное оборудование, если качество звука будет недостаточно хорошим. Ну а если выбран не тот тип микрофона, то в определенных условиях он будет работать не так, как положено. Тут не только денежные потери, но и временные.

Понравилась статья? Расскажите друзьям:

Оцените статью, для нас это очень важно:

Проголосовавших: 2 чел.
Средний рейтинг: 5 из 5.

Устройство и принцип действия микрофонов

Устройство и принцип действия микрофонов

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 ее, а на вторую — прошедшие через какое-либо механическое или акустическое сопротивление или систему задержки времени (асимметричный микрофон градиента давления).Большое влияние на характеристики микрофона оказывает его механоэлектрическая часть.

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.

Угольный микрофон) работает следующим образом. При воздействии звукового давления на его диафрагму она начинает колебаться. В такт этим колебаниям изменяется и сила сжатия зерен угольного порошка , в связи с чем изменяется сопротивление между электродами , а при постоянном электрическом напряжении изменяется и ток через микрофон. Если, скажем, включить микрофон к первичной обмотке трансформатора Т, то на зажимах его вторичной обмотки будет возникать переменное напряжение, форма кривой которого будет отображать форму кривой звукового давления, воздействующего на диафрагму микрофона.
Основное преимущество угольного микрофона — высокая чувствительность, позволяющая использовать его без усилителей. Недостатки — нестабильность работы и шум из-за того, что полезный электрический сигнал вырабатывается при разрыве и восстановлении контактов между отдельными зернами порошка, большая неравномерность частотной характеристики и значительные нелинейные искажения.

После угольного микрофона появился электромагнитный микрофон, который работает следующим образом Перед полюсами (полюсными наконечниками) магнита располагают ферромагнитную диафрагму или скрепленный с ней якорь. При колебаниях диафрагмы под воздействием на нее звукового давления меняется магнитное сопротивление системы, а значит, и магнитный поток через витки обмотки, намотанной на магнитопровод этой системы. Благодаря этому на зажимах обмотки возникает переменное напряжение звуковой частоты, являющееся выходным сигналом микрофона.
Электромагнитный микрофон стабилен в работе. Однако ему свойственны узкий частотный диапазон, большая неравномерность частотной характеристики и значительные нелинейные искажения. В противоположность электромагнитному микрофону чрезвычайно широкое распространение для целей озвучения, звукоусиления получил электродинамический микрофон в своих двух модификациях — катушечной и ленточной.

Принцип действия электродинамического катушечного микрофона состоит в следующем В кольцевом зазоре магнитной системы, имеющей постоянный магнит , находится подвижная катушка , скрепленная с диафрагмой . При воздействии на последнюю звукового давления она вместе с подвижной катушкой начинает колебаться. В силу этого в витках катушки, перерезывающих магнитные силовые линии, возникает напряжение, являющееся выходным сигналом микрофона. Электродинамический микрофон стабилен, имеет довольно широкий частотный диапазон, сравнительно небольшую неравномерность частотной характеристики.

Устройство ленточного электродинамического микрофона несколько отличается от устройства катушечной модификации Здесь магнитная система микрофона состоит из постоянного магнита и полюсных наконечников , между которыми натянута легкая, обычно алюминиевая, тонкая (порядка 2 мкм) ленточка . При воздействии на обе ее стороны звукового давления возникает сила, под действием которой ленточка начинает колебаться, пересекая при этом магнитные силовые линии, вследствие чего на ее концах развивается напряжение.
Т.к. сопротивление ленточки очень мало, то для уменьшения падения напряжения на соединительных проводниках напряжение, развиваемое на концах ленточки подается на первичную обмотку повышающего трансформатора, размещенного непосредственно вблизи ленточки. Напряжение на зажимах вторичной обмотки трансформатора является выходным напряжением микрофона. Частотный диапазон этого микрофона довольно широк, а неравномерность частотной характеристики невелика.

Для электроакустических трактов высокого качества наибольшее распространение в настоящее время получил конденсаторный микрофон. Принципиально он работает следующим образомЖестко натянутая мембрана под воздействием звукового давления может колебаться относительно неподвижного электрода , являясь вместе с ним обкладками электрического конденсатора. Этот конденсатор включается в электрическую цепь последовательно с источником постоянного тока Е и активным нагрузочным сопротивлением R. При колебаниях мембраны емкость конденсатора меняется с частотой воздействующего на мембрану звукового давления, в связи с чем в электрической цепи появляется переменный ток той же частоты и на нагрузочном сопротивлении возникает падение напряжения, являющееся выходным сигналом микрофона.
Нагрузочное сопротивление должно быть большим, чтобы падение напряжения на нем не уменьшалось сильно на низких частотах, где емкостное сопротивление конденсатора очень велико и эксплуатация такого микрофона была бы невозможна из-за сравнительно небольшого сопротивления микрофонных линий и нагрузки. По этой причине почти у всех современных конденсаторных микрофонов предусмотрены конструктивно связанные с самим микрофоном усилители, имеющие малый коэффициент усиления (порядка 1), высокое входное и низкое выходное сопротивления.
Конденсаторные микрофоны имеют самые высокие качественные показатели: широкий частотный диапазон, малую неравномерность частотной характеристики, низкие нелинейные и переходные искажения, высокую чувствительность и низкий уровень шумов.

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.

Стереофонический микрофон представляет собой систему из двух микрофонов, конструктивно размещенных в общем корпусе на одной оси друг над другом. Для записи по системе XY применяют стереофонические микрофоны, состоящие из двух одинаковых монофонических микрофонов с кардиоидными характеристиками направленности, причем акустические оси левого и правого микрофонов повернуты на 90° относительно друг друга (). При записи по системе MS один из микрофонов (микрофон середины) имеет круговую характеристику направленности, а другой (микрофон стороны) — косинусоидальную характеристику направленности

Радиомикрофон представляет собой систему, состоящую из микрофона, переносного малогабаритного передатчика и стационарного приемника. Микрофон чаще всего используют динамический катушечный или электретный. Передатчик либо совмещают в одном корпусе с микрофоном, либо выполняют карманного типа. Он излучает энергию радиочастот в УКВ диапазоне на одной из фиксированных частот. Вследствие влияния дополнительных преобразований в системе «передатчик — эфир — приемник» качественные параметры радиомикрофона уступают параметрам обычного микрофона.

Как работают микрофоны? | Сравнение типов микрофонов

Вы здесь: Домашняя страница > Связь > Микрофоны

Дом
индекс А-Я
Случайная статья
Хронология
Учебное пособие
О нас
Конфиденциальность и файлы cookie

Криса Вудфорда. Последнее обновление: 22 июля 2021 г.

Звук — энергия, которую мы можем слышать, — распространяется лишь до определенного предела, прежде чем проникнуть в окружающий нас мир. До электрических микрофонов были изобретенный в конце 19 века, не было удовлетворительного способа отправлять звуки в другие места. Вы могли бы кричать, но это влекло за собой слова чуть дальше. Вы не могли кричать в Нью-Йорке и заявить о себе в Лондоне. И вы не могли говорить в 1715 году и пусть кто-нибудь послушает, что ты сказал сто лет спустя! Примечательно, что такие вещи возможны сегодня: путем преобразования звуковой энергии в электричество и информацию, которую мы можем хранить, микрофоны позволяют отправлять звуки наших голосов, нашей музыки и шумов в нашем мире другим места и другое время. Как работают микрофоны? Давайте посмотрим поближе!

Фото: Вверху: Этот Samson Meteorite представляет собой типичный профессиональный микрофон студийного уровня, который подключается к компьютеру для подкастинга или другой высококачественной аудиозаписи. Технически это конденсаторный микрофон, улавливающий звук с кардиоидной диаграммой направленности. Защитная металлическая решетка предназначена для уменьшения шума ветра и хлопков. Подобные микрофоны превращают входящий звук в исходящее электричество. Внизу: Громкоговорители, подобные этому, работают противоположно микрофонам, преобразовывая входящую электрическую энергию в исходящий звук.

Содержимое

Микрофоны — громкоговорители наоборот
Как работают микрофоны
Типы микрофонов
Как работают домофоны?
Сделай свой собственный микрофон!
Узнать больше

Микрофоны — это громкоговорители в перевернутом виде

Микрофоны очень сильно отличаются от громкоговорителей, поэтому большинство людей даже не подозревают, насколько они похожи они есть. Если вы читали нашу статью о громкоговорителях, вы уже знаете, как работают микрофоны, потому что они буквально работают как громкоговорители. задом наперед!

В громкоговорителе течет электричество в катушку из металлической проволоки, обернутой вокруг (или перед) постоянным магнитом . Изменение Схема электричества в катушке создает вокруг нее магнитное поле, которое противодействует полю, создаваемому постоянным магнитом. Это делает ход катушки. Катушка прикреплена к большому плоскому диску, называемому диафрагмой . или конус, чтобы при движении катушки двигалась и диафрагма. Перемещение диафрагма толкает воздух вперед и назад в комнату и создает звук волны, которые мы слышим.

В микрофоне почти идентичные детали, но работают они точно обратный путь.

Как работают микрофоны

Как микрофон преобразует звуковую энергию в электрическую? Вот так:

Когда вы говорите, звуковых волн, создаваемых вашим голосом, переносят энергию к микрофону. Помните, что звук, который мы слышим, — это энергия, переносимая вибрациями в воздухе.
Внутри микрофона диафрагма (намного меньше, чем в громкоговорителях и обычно сделанный из очень тонкого пластика) движется вперед и назад, когда на него попадают звуковые волны.
Катушка , прикрепленная к диафрагме, также двигается вперед-назад.
Постоянный магнит создает магнитное поле, которое прорезает катушку. Когда катушка движется вперед и назад через магнитное поле, через нее протекает электрический ток.
Электрический ток течет от микрофона к усилителю или звукозаписывающему устройству. Эй, вуаля, вы превратили свой оригинальный звук в электричество! Используя этот ток для управления звукозаписывающим оборудованием, вы можете эффективно хранить звук вечно. Или вы можете усилить (увеличить размер) ток, а затем подать его в громкоговоритель, превращая электричество обратно в гораздо более громкий звук. Вот как работают системы PA (персональный адрес), усилители для электрогитар и усилители для рок-концертов.

Типы микрофонов

Фото: Типичный ленточный микрофон BBC-Marconi, использовавшийся для радиопередач примерно с середины 1930-х годов. (Я сфотографировал это в научном музее Think Tank в Бирмингеме, Англия. )

Работа: как работает ленточный микрофон. Пара гофрированных лент из алюминиевой фольги (синие) натянуты между полюсными наконечниками (зеленые) над постоянным магнитом (оранжевые) и двигаются вперед и назад, когда звуковые волны попадают на них, вызывая протекание электрического тока в кабелях (коричневые) прикреплены к их концам. Ярмо (желтое) замыкает и концентрирует магнитное поле. Работа из патента США 2 113 219.: Микрофон Гарри Ф. Олсона и Фрэнка Массы, RCA, 5 апреля 1938 г., любезно предоставлено Управлением по патентам и товарным знакам США (для ясности добавлены цвета).

Все микрофоны преобразуют звуковую энергию в электрическую, но существуют различные виды, которые работают немного по-разному способы.

Динамические микрофоны — это обычные микрофоны, используйте диафрагмы, магниты и катушки. Конденсаторные микрофоны Работа немного другим способом, используя диафрагму для перемещения металла пластины конденсатора (накопитель электрического заряда) и генерировать ток таким образом. Большинство микрофонов всенаправленный , Это означает, что они одинаково хорошо улавливают звук с любого направления. Если вы записываете что-то вроде тележурналиста в шумном окружающая среда или редкая птица, чирикающая в отдаленной живой изгороди, вы лучше использовать однонаправленный микрофон , который улавливает звук из одно конкретное направление. Микрофоны описаны как кардиоидные и гиперкардиоидный улавливает звуки в форме «сердечка» (это что означает кардиоидная) рисунок, собирающий больше звука с одного направления чем другой. Как следует из их названия, вы можете ориентироваться на дробовик микрофоны , поэтому они улавливают звуки из очень определенного места потому что они очень направленные. Беспроводные микрофоны использовать радиопередатчики для передачи сигналов на усилитель или другое звуковое оборудование (поэтому их часто называют «радиомикрофонами»).

Рекламные ссылки

Как работают домофоны?

Домофоны используются как радионяни и в тех настольных гаджетах, которые позволяют начальству поговорить со своими секретарями (или наоборот). Самый простой тип домофона имеет два телефонные трубки в разных комнатах, соединенные медным проводом кабель, протянутый между ними. Каждая трубка содержит громкоговоритель и пару кнопок. Громкоговоритель работает либо как микрофон (поглощает звук), либо как громкоговоритель (выдает звук). звук) в зависимости от того, кто хочет говорить.

Фото: В простейшем домофоне, таком как этот военный, одно и то же устройство работает и как динамик, и как микрофон. На боковой стороне есть кнопка PTT («нажми и говори»), которую вы нажимаете, когда хотите говорить, и превращает устройство в микрофон. Если кнопка не нажата, он работает как громкоговоритель. Однако качество звука не слишком хорошее, и это один из больших недостатков простых домофонов: одно устройство не может работать как микрофон и как громкоговоритель — здесь есть некоторый компромисс. Фото Брайена Ахо предоставлено ВМС США.

Предположим, Энни (начальник) и Боб (ее секретарь) находятся в соседних комнатах. Боб хочет предупредить Энни, что пришло время для встречи, поэтому он нажимает кнопку кнопка вызова внутренней связи. Домофон Энни издает звуковой сигнал, поэтому она нажимает на нее. кнопка «поговорить». Громкоговоритель на ее телефоне теперь работает как микрофон. Она говорит в него, и звуковая энергия, производимая ею, голос преобразуется в колеблющийся электрический ток, который распространяется по проводу к интеркому Боба. Когда ток течет в Боба громкоговоритель, он преобразуется обратно в звуковые волны, и Боб слышит Голос Энни. Когда Энни закончила говорить, настала очередь Боба. Он нажимает кнопку «разговор», и интеркомы меняют свое функции. Громкоговоритель Боба теперь работает как микрофон, захватывая его голос и превращая его в электрический ток, который течет обратно по кабелю в офис Энни. Телефон Энни теперь работает в качестве громкоговорителя и воспроизводит звук голоса Боба.

Фото: Аварийные телефоны в поездах, в лифтах и в общественных местах обычно представляют собой простые домофоны. Есть один динамик/микрофон с кнопкой, которую нужно нажать, чтобы привлечь чье-то внимание. При нажатии кнопки домофон работает как микрофон и передает ваш голос. Когда вы отпускаете кнопку, интерком переключается на громкоговоритель, чтобы вы могли слышать, что человек на другом конце говорит в ответ. Такой домофон гораздо труднее сломать или испортить, чем обычный телефонный аппарат, поэтому он особенно подходит для использования в общественных местах.

Беспроводные переговорные устройства

С научной точки зрения эти простые переговорные устройства наиболее интересны: они научите нас, что громкоговорители и микрофоны противоположны друг другу. С точки зрения пользователя, есть и другие типы интеркомов, которые вы можете использовать. У некоторых есть и микрофоны, и громкоговорители. в каждой трубке, чтобы два человека могли говорить одновременно. Беспроводные домофоны больше похожи рации (радиоприемники ближнего действия) и не имеют неудобных кабелей путаться или мешать. Третьи подключаются к домашнему электрические розетки и посылают свои голосовые сигналы по дому электропроводки вместо использования собственного кабеля. (Это означает, что они немного похоже на широкополосную связь по линиям электропередач или BPL.)

Фото: Беспроводная радионяня. Есть два отдельных устройства, которые обмениваются данными через ваши домашние линии электропередач, и обычно вы используете их в разных комнатах, но я поставил их рядом только для того, чтобы сделать снимок. «Детский» блок слева содержит микрофон (и ночник). «Родительский» блок справа содержит громкоговоритель и также загорается, когда слышны звуки. Поскольку звуки передаются напрямую от одного устройства к другому, нет необходимости в каких-либо громоздких проводах между ними.

Сделай свой собственный микрофон!

Фото: Использование обычного наушника в качестве микрофона.

У вас нет микрофона? То, что мы только что узнали о домофонах, предполагает, что вы можете очень просто сделать свой собственный — просто подключив наушники-вкладыши к гнезду для микрофона и говоря в них! Этот изящный трюк должен работать с аудиоаппаратурой, но не обязательно работайте на своем компьютере. Это потому, что ваши наушники подключены к штекеру стереофонического разъема, а разъем для микрофона будет подключен для моно входа (и внутренняя звуковая карта вашего компьютера, скорее всего, тоже будет моно). Но попробуй и посмотри. Возможно, вам потребуется изменить свойства звуковой карты в панели управления или в настройках звука. Если вам повезет, вы обнаружите, что один из наушников работает как ваш микрофон, а другой ничего не делает (из-за несоответствия между стереоразъемом и моноразъемом). Я подключил наушники прямо к разъему для микрофона на компьютере и получил вполне приличный аудиовход в Skype, работающем в Windows, но не смог воспроизвести звук через Windows Sound Recorder. Если вы хотите записать стереозвук на свой компьютер с помощью микрофона, лучше всего использовать внешнюю звуковую карту (например, Griffin iMic).

Дополнительные действия с микрофоном

На этих замечательных веб-сайтах подробно описано, как сделать собственный микрофон:

Телефонная трубка Микрофон от Randofo. Как сделать ретро угольный микрофон для цифровой эпохи.
Микрофон-невидимка: Билл Бирн объясняет, как превратить пару наушников в простой, но эффективный бинауральный микрофон.
Создайте свой собственный всплывающий экран с микрофоном: этот включает в себя создание простого экрана из колготок (колготок) для улучшения качества записи звука с помощью микрофона.
Ухо и микрофон, Джозеф Д. Чипарик, Учитель естественных наук, Vol. 55, № 9 (декабрь 1988 г.), стр. 46–47. Простая демонстрация в классе того, как микрофоны превращают вибрации в электрические токи… используя всего лишь стакан с соленой водой.

Узнайте больше

На этом сайте

Электричество
Энергия
Наушники
Громкоговорители
Магнетизм
Пьезоэлектричество
Звук

Другие веб-сайты

Lloyd Microphone Classics: отличный веб-сайт, рассказывающий об истории и развитии микрофонов, включая галерею популярных микрофонов из США, Великобритании, Японии, Германии и других стран. Сейчас офлайн, к сожалению, но вот заархивированная версия с Wayback Machine.

Книги

Обратите внимание, что это высокотехнологичные руководства, которые не подходят для начинающих.

Книга о микрофоне Джона Эргла. Focal Press, 2012. Подробный обзор того, как работают микрофоны, различных типов и приложений (в основном с упором на вещание и использование в студии).
Техника профессиональных микрофонов Дэвида Майлза Хубера и Филипа Уильямса. Mix Books, 1999. Практическое руководство по размещению и использованию микрофонов для записи самых разных музыкальных инструментов.
Справочник для звукорежиссеров Глена Баллоу (редактор). Gulf Professional Publishing, 2008. Огромный (1700 страниц!) справочник для профессиональных звукорежиссеров, охватывающий теорию акустики, электронные компоненты, используемые в аудиосистемах, и практически все аспекты звукозаписи как в помещении, так и на открытом воздухе. Большой упор на теорию.

Статьи

Новости

Что бы вы сделали с водонепроницаемым микрофоном MEMS? Слушайте «Китов, конечно» Теклы Перри. IEEE Spectrum, 23 декабря 2016 г. Неожиданные применения подводного пьезоэлектрического микрофона.
Как настроить собственную студию звукозаписи подкастов Дж. Д. Бирсдорфера. The New York Times, 9 сентября 2016 г. Основные советы по микрофонам и программному обеспечению для подкастинга.
Микрофон на основе графена позволит вам слышать как летучая мышь от Декстера Джонсона. IEEE Spectrum, 7 июля 2015 г. Ученые-звуковики из Калифорнийского университета в Беркли разрабатывают ультразвуковой микрофон, в котором вместо традиционной диафрагмы используется графен.
Обнародован богато украшенный «королевский микрофон» BBC 1930-х годов: BBC News, февраль 2011 г.: Как Британская радиовещательная корпорация (BBC) изготавливала супер-роскошные микрофоны для короля Англии.
Рождение микрофона: как звук стал сигналом Мэтью Шехмайстер. Wired, 11 января 2011 г. Увлекательный взгляд на раннюю историю микрофонов, от карбоновой кнопки Эмиля Берлинера 1877 года до таких инструментов, как RCA 77, популярных в 1940-х годах.
Fly прислушивается к дизайну микрофона Питер Вайс, Science News, Vol. 160, № 23, 8 декабря 2001 г., с. 359. Как крошечный дизайн сдвоенных барабанных перепонок мухи вдохновил на новый подход к дизайну микрофонов.

Более технический/научный

Выбор правильного микрофона, Джим Эдвардс, The Choral Journal, том 21, номер 3, ноябрь 1980 г. Более подробное техническое введение в микрофоны от специалиста Electro-Voice.

Пожалуйста, НЕ копируйте наши статьи в блоги и другие веб-сайты.

Статьи с этого веб-сайта зарегистрированы в Бюро регистрации авторских прав США. Копирование или иное использование зарегистрированных произведений без разрешения, удаление этого или других уведомлений об авторских правах и/или нарушение смежных прав может повлечь за собой серьезные гражданские или уголовные санкции.

Подпишитесь на нас

Оцените эту страницу

Пожалуйста, оцените эту страницу или оставьте отзыв, и я сделаю пожертвование WaterAid.

Сохранить или поделиться этой страницей

Нажмите CTRL + D, чтобы добавить эту страницу в закладки на будущее или рассказать о ней друзьям:

Цитировать эту страницу

Вудфорд, Крис. (2008/2016) Микрофоны. Получено с https://www.explainthatstuff.com/microphones.html. [Доступ (вставьте дату здесь)]

Подробнее на нашем веб-сайте…

Средства связи
Компьютеры
Электричество и электроника
Энергия
Машиностроение
Окружающая среда

Гаджеты
Домашняя жизнь
Материалы
Наука
Инструменты и приборы
Транспорт

↑ Вернуться к началу