Микрофон для чего используется

Разновидности микрофонов и принцип их работы

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.

Разновидности конструкций микрофонов

Среди микрофонов встречаются конденсаторные, электретные, угольные, оптоакустические, катушечные, ленточные, динамические, пьезоэлектрические устройства. По назначению их делят на:

Группа сценических приспособлений в свою очередь делится на беспроводные и проводные. Все они оборудованы рукояткой для удержания руками и фиксации в стойке-держателе.

Угольный

В угольных моделях в качестве рабочего состава используется порошок угля. Во время работы он способен изменять сопротивление. Это оказывает влияние на модуляцию колебаний, происходящих в цепи. Устройства являются самыми первыми в мире, имеют низкие характеристики и практически не применяются в современной жизни.

Ленточный

Микрофон ленточного вида имеет внутри тончайшую алюминиевую ленточку (примерно 2 мкм), благодаря которой запись звука проходит более точно. Устройство требует особых условий хранения. Лежащий на боку долгое время аппарат может отказать в работе. Обладает большими по сравнению с аналогами весом и размерами.

Катушечный

Схема устройства этого типа имеет мембрану, соединенную с катушкой и вставленную в магнитное поле. Звуковая волна колеблет диафрагму, катушка своими витками пересекает линии магнитного поля. В ней возникает переменная ЭДС. Такой микрофон распространен в сфере звукозаписи. Он превосходит ленточный тип более компактными размерами и высоким сопротивлением.

Динамический

Принцип действия микрофона основан на преобразовании звуковых волн в электрические с помощью применения небольшого динамика. Используется на сцене, в работе репортеров, т.к. обладает большой надежностью. Качество записи немного ниже, чем у конденсаторных аппаратов. По конструкции прибор похож на динамический громкоговоритель.

Динамические микрофоны имеют положительные стороны:

Катушечной и ленточной разновидностью динамического микрофона пользуются артисты и репортеры.

Конденсаторный

В прибор встроен конденсатор, преобразующий звуковые колебания под воздействием электрического тока. Питание, называемое фантомным, подается от отдельного источника. Электрод с мембраной изготавливаются из материала, обладающего электропроводностью. Друг от друга они отделяются изолирующим кольцом.

Детали в сборе напоминают строение конденсатора. Во время работы мембрана колеблется относительно электрода, закрепленного неподвижно. Звуковые колебания вызывают изменение емкости в корпусе и электрического тока в цепи, который является сигналом с микрофона.

Плюсы устройств конденсаторного типа:

К минусам относятся:

Эти минусы не мешают пользоваться устройствами на сцене.

Электретный

Данный тип оборудования является разновидностью конденсаторных устройств. Роль фантомного питания в нем выполняет заряд электрета, сохраняющийся более 30 лет. Для снижения потерь сигнала при записи в микрофон вставлен повторитель. Более толстая, чем у конденсаторных устройств, мембрана немного уступает в характеристиках. Конструкция позволяет получать миниатюрные изделия, применяемые в смартфонах, ноутбуках, планшетах, умных часах и в других гаджетах.

Пьезомикрофон

В этих изделиях используется пьезоэлектрический эффект. Рабочий элемент – пластина, изготовленная из искусственных кристаллов. При деформации на ее поверхностях появляются электрические заряды разной величины. Используются такие микрофоны редко, т.к. можно выбрать более качественное оборудование конденсаторного или динамического типа.

Существует много других способов записи звука, примером которых могут являться ларингофоны у летчиков, гидрофоны у подводников и иные специфичные микрофоны.

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.

Важные характеристики и их описание

В характеристику звукозаписывающего оборудования входят:

Чувствительность – характеристика уровня звука, записываемого устройством. Чем меньшим количеством децибел он обозначается, тем микрофон более чувствительный.

Частота – уровень шума, достаточный для записи устройством. Для трели или грохота барабана требуется от 30 до 15000 Гц, для человеческого голоса – 80-15000 Гц.

Питание микрофона осуществляется с помощью встроенного аккумулятора или поступает по кабелю

Уровень давления звука – показатель наибольшей громкости, выдерживаемой аппаратом. Чаще всего он равен 100-130 Дб.

Уровень шума или сигнала – это параметр, значение которого для оборудования среднего класса – 64-66 Дб. Профессиональные микрофоны характеризуются показателем более 72 Дб.

Сопротивление, или импеданс – характеристика, которая описывает возможности подключения аппарата. Цифровые данные отмечаются на профессиональных образцах.

Радиус действия указывается для беспроводных экземпляров техники. Для проводных обозначают длину кабеля. Чем цифры больше, тем удобнее пользоваться микрофоном, можно перемещаться на более длинные расстояния.

Оборудование подключается к разным интерфейсам с помощью специальных разъемов. Наиболее часто встречаются: mini-XLR и XLR, Jack и mini-Jack, USB, TA4F или Lighting/30-pin.

Материал для изготовления корпуса чаще представляет собой разные сорта пластика или стали. Пластик – более дешевый и легкий, но прочность его мала. Металл более прочный, но тяжелый и дорогой.

При выборе микрофонов нужно внимательно рассматривать все характеристики и приобретать технику, которая отвечала бы поставленным перед нею задачам.

Источник

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. 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:

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

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:

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.

Источник

Микрофон

Микрофо́н (от греч. μικρός — маленький, φωνη — звук) — электроакустический прибор, преобразовывающий звуковые колебания в колебания электрического тока, устройство ввода. Служит первичным звеном в цепочке звукозаписывающего тракта или звукоусиления. Микрофоны используются во многих устройствах, таких как телефоны и магнитофоны, в звукозаписи и видеозаписи, на радио и телевидении, для радиосвязи, а также для ультразвукового контроля и измерения.

Содержание

История

Вначале наибольшее распространение получил угольный микрофон Эдисона, об изобретении которого также независимо заявляли Г.Махальский в 1878 и П. М. Голубицкий в 1883. 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 американским учёным Э. Венте в 1917 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.

Более массовыми стали динамические микрофоны, отличающиеся от угольных гораздо лучшей линейностью характеристик и хорошими частотными свойствами, а от конденсаторных — более приемлемыми электрическими свойствами.

Первым динамическим микрофоном стал изобретённый в 1924 году немецкими учёными Э. Герлахом и В. Шоттки электродинамический микрофон ленточного типа. Они расположили в магнитном поле гофрированную ленточку из очень тонкой (ок. 2 мкм) алюминиевой фольги. Такие микрофоны до сих пор применяются в студийной записи благодаря чрезвычайно высоким частотным характеристикам, однако их чувствительность невелика, выходное сопротивление очень мало (доли Ома), что значительно осложняло проектирование усилителей. Кроме того, достаточная чувствительность достижима только при значительной площади ленточки (а значит, и размерах магнита), в результате такие микрофоны имеют большие размеры и массу по сравнению со всеми остальными типами.

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.

В 1931 году американские учёные Э. Венте и А. Терас изобрели динамический микрофон с катушкой, приклеенной к тонкой мембране из полистирола или фольги. В отличие от ленточного, он имел существенно более высокое выходное сопротивление (десятки Ом и сотни кило Ом), мог быть изготовлен в меньших размерах и является обратимым.

Совершенствование характеристик именно этих микрофонов, в сочетании с совершенствованием звукоусилительной и звукозаписывающей аппаратуры, позволило развиться индустрии звукозаписи. Создание малых по размеру (даже несмотря на массу постоянного магнита, необходимого для работы микрофона), а также чрезвычайно чувствительных и узконаправленных динамических микрофонов в заметной степени изменило представление о приватности и породило ряд изменений в законодательстве (в частности, о применении подслушивающих устройств).

Тогда же разработанные электромагнитные микрофоны, в отличие от электродинамических, имеют закреплённый на мембране постоянный магнит и неподвижную катушку. Благодаря отсутствию жёстких требований к массе катушки (характерном для динамических микрофонов) такие микрофоны делались высокоомными, а также порой имели многоотводные катушки, что делало их более универсальными. Такие микрофоны, наряду с пьезоэлектрическими, позволили создать эффективные слуховые аппараты, а также ларингофоны.

Электретный микрофон, изобретённый японским учёным Ёгути в начале 20-х гг. XX века по принципу действия и конструкции близок к конденсаторному, однако в качестве неподвижной обкладки конденсатора и источника постоянного напряжения выступает пластина из электрета. Долгое время такие микрофоны были относительно дороги, а их очень высокое выходное сопротивление (как и конденсаторных, единицы мегаОм и выше) заставляло применять исключительно ламповые схемы.

Создание полевых транзисторов привело к появлению чрезвычайно эффективных, миниатюрных и лёгких электретных микрофонов, совмещённых с собранным в том же корпусе предусилителем на полевом транзисторе.

Источник