История и устройство микрофонов
История и
устройство микрофонов
Собственно, первым термин
"микрофон" предложил использовать британский изобретатель Сэр Чарльз
Уитстоун в 1827 году. Его нехитрый инструмент для усиления слабых звуков — две
тонкие рейки, сообщавшие механические колебания ушам, не имел ничего общего с
тем, что теперь называется микрофоном. Ничего, кроме названия. Микрофон как
устройство для преобразования акустического сигнала в электрический с
сохранением волновых характеристик — появился в 1876 году. Правда, назывался он
совершенно иначе — жидкостный передатчик (liquid transmitter).
Жидкостный передатчик
Принцип работы
жидкостного передатчика достаточно прост. В трубообразный резервуар налито
немного воды, на которой "плавает" пергаментная диафрагма.
К диафрагме присоединён
провод — так, чтобы лишь едва соприкасаться с водой. В воду добавлено небольшое
количество кислоты, чтобы улучшить её электропроводимость.
Когда человек что-то
говорит в трубку, диафрагма начинает колебаться, так что провод соприкасается с
водой то больше, то меньше. Соответственным образом изменяется сопротивление
электрической цепи.
4 марта 1877 года американский изобретатель Эмиль
Берлинер построил первый угольный микрофон. Однако развитие получил
микрофон американского изобретателя Дэвида
Юза (в мае 1878 года). Микрофон
Юза содержал угольный стержень с заострёнными концами, упиравшийся в две
угольные же чашечки, и соединённый с подвижной мембраной. Площадь контакта
угольного стержня с чашечками сильно менялась при колебаниях мембраны,
соответственно менялось и сопротивление угольного микрофона, а с ним и ток в цепи.
Микрофон Юза совершенствовался многими изобретателями. Весьма значительно
усовершенствовал этот тип микрофонов Эдисон.
Он предложил использовать угольный порошок вместо угольного стержня, т. е.
изобрёл новый вид угольного микрофона с угольным порошком. Автор наиболее
прижившейся конструкции угольного микрофона — Энтони Уайт (1890).
Угольный микрофон
практически не требует усиления сигнала, сигнал с его выхода можно подавать
непосредственно на высокоомный наушник или громкоговоритель. Из-за этого
свойства угольные микрофоны использовались до недавнего времени в телефонных аппаратах
(с дисковым номеронабирателем). Однако угольный микрофон
отличается плохой амплитудно-частотной характеристикой (он нечувствителен к
слишком низким и слишком высоким частотам). Кроме того, в отличие от наиболее
распространённого динамического микрофона, угольный требует питания постоянным
током.
Первый "ленточный" микрофон "44А"
изобретён в 1942 году сотрудниками американской компании RCA. Ему суждено было
стать одним из самых популярных микрофонов для студийных записей. Собственно
говоря, больше он нигде и не применялся: слишком тяжёл (3,5 килограмма). Однако
он обладал и рядом заметных преимуществ: высокая чувствительность и узкая
направленность, за счёт чего отсекались посторонние шумы.
В микрофоне
использовалась лента длиной 50 мм и шириной 2,4 мм, которая двигалась в магнитном поле в соответствии со звуковым давлением. Впоследствии вес
ленточных микрофонов значительно уменьшился, а для увеличения чувствительности
стали использовать два ленточных капсюля сразу.
В настоящее время в профессиональной
практике используются только динамические и конденсаторные микрофоны. Первый
динамический микрофон ДМК изготовили на заводе "Октава" в 1936 году. Динамический микрофон — это
наиболее распространённый тип конструкции микрофона. Диафрагма динамического
микрофона связана с катушкой, находящейся в зазоре вокруг магнита.
Продольные колебания
прилегающего воздуха смещают диафрагму с катушкой относительно постоянного
магнитного поля, что приводит к появлению на концах катушки переменного
электрического потенциала, напряжение и частота которого пропорциональны силе и
частоте звука, воздействующего на диафрагму.
В отличие от конденсаторных, динамические микрофоны не требуют фантомного
питания.
Компания AKG в 1947 году
представила свой первый конденсаторный микрофон, но до 1962 года, когда Белл
Лабс начали выпускать свою версию таких микрофонов, особой популярностью они не
пользовались. А уже концу 1970-х годов приблизительно треть всех выпускаемых в
мире микрофонов были конденсаторными.
В конденсаторном микрофоне
звук воздействует на
мембрану, являющуюся одной из обкладок конденсатора.
Этот конденсатор включен
в последовательную цепь с источником постоянного тока. При звуковом воздействии
на мембрану она начинает колебаться, вызывая изменение емкости, которое, в свою
очередь, превращает постоянное напряжение источника в переменное.
Конденсаторный микрофон
имеет очень высокое выходное сопротивление. В связи с этим, внутри его корпуса
располагают предусилитель с высоким входным сопротивлением. Конденсаторные
микрофоны обладают весьма равномерной амплитудно-частотной характеристикой и
обеспечивают высококачественное звучание, в связи с чем широко используются в
студиях звукозаписи, на радио и телевидении.
Принцип действия
электретного конденсаторного микрофона
основан на способности некоторых диэлектрических материалов (электретов)
сохранять поверхностную неоднородность распределения заряда в течение длительного
времени. Тонкая плёнка из гомоэлектрета
помещается в зазор конденсатора,
у которого мембрана имеет возможность перемещаться под действием внешнего
акустического сигнала, либо пленка наносится на одну из обкладок. Это приводит
к появлению некоторого постоянного заряда конденсатора. При изменении ёмкости,
из-за смещения мембраны, на конденсаторе проявляется изменение напряжения,
соответствующее акустическому сигналу.
Электретный микрофон
имеет очень высокое сопротивление (несколько сотен кОм или Мом), что вынуждает
подключать их к усилителям с высоким входным сопротивлением.
Заключение
Итак, самый первый
микрофон, появившийся на свет в 1876 году, назывался жидкостный передатчик.
Через год американский изобретатель Эмиль
Берлинер построил первый угольный микрофон. Первый динамический
микрофон был выпущен спустя почти 60 лет. "Ленточный" микрофон
появился в 1942 году. А спустя еще 5 лет был представлен первый конденсаторный микрофон.
Сейчас в профессиональной практике
используются только динамические и конденсаторные микрофоны. Динамические
микрофоны довольно надёжны и крепки — во всяком случае, крепче конденсаторных,
поэтому их, в основном, и используют на концертах. Но в связи с тем, что масса
подвижных элементов в динамических микрофонах больше, их чувствительность
заведомо ниже, чем в конденсаторных. Последние же имеют тенденцию записывать
звук как он есть, со всеми недостатками. Поэтому даже те, кто способен петь
"вживую" безупречно, предпочитают даже в студии использовать
динамические микрофоны.
Список использованной
литературы
·
Вейценфельд, А. Устройство и технические
параметры микрофонов / А. Вейценфельд // Звукорежиссер. – 2000. - №1.
·
Избранные главы
из истории микрофонов // Кладезь знаний - статьи, обзоры, новости, 2006. Режим
доступа: http://Art.Thelib.Ru
·
Микрофон //
Википедия - свободная энциклопедия, 2008. Режим доступа:
http://ru.wikipedia.org