Cara kerja mikrofon, jenis mikrofon

Perangkat elektro-akustik khusus yang disebut mikrofon digunakan untuk mengubah getaran suara menjadi arus listrik. Nama perangkat ini terkait dengan kombinasi dua kata Yunani, yang diterjemahkan sebagai "kecil" dan "suara".

Mikrofon adalah konverter getaran akustik di udara menjadi getaran listrik.

Prinsip pengoperasian mikrofon adalah bahwa getaran suara (sebenarnya fluktuasi tekanan udara) memengaruhi membran sensitif perangkat, dan getaran membran sudah menyebabkan timbulnya getaran listrik, karena itu adalah membran yang terhubung ke bagian tersebut. perangkat yang menghasilkan arus listrik, perangkat yang bergantung pada jenis mikrofon tertentu.

Dengan satu atau lain cara, mikrofon saat ini banyak digunakan di berbagai bidang sains, teknologi, seni, dll. Mereka digunakan dalam peralatan audio, gadget seluler, digunakan dalam komunikasi suara, rekaman suara, dalam diagnosis medis, dan dalam penelitian ultrasound.mereka berfungsi sebagai sensor, dan di banyak, banyak area aktivitas manusia lainnya, seseorang tidak dapat melakukannya tanpa mikrofon dalam satu atau lain bentuk.

Mikrofon memiliki desain yang berbeda, karena dalam berbagai jenis mikrofon, fenomena fisik yang berbeda bertanggung jawab untuk menghasilkan osilasi listrik, yang utama adalah: hambatan listrik, induksi elektromagnetik, perubahan kapasitas Dan efek piezoelektrik... Saat ini, menurut prinsip perangkat, tiga jenis utama mikrofon dapat dibedakan: dinamis, kondensor, dan piezoelektrik. Namun, sejauh ini mikrofon karbon juga tersedia di beberapa tempat, dan kami akan memulai ulasan kami dengannya.

Mikrofon karbon

Pada tahun 1856, seorang ilmuwan Prancis Du Monsel menerbitkan penelitiannya, yang menunjukkan bahwa bahkan dengan perubahan kecil pada area kontak elektroda grafit, ketahanannya terhadap aliran arus listrik berubah cukup signifikan.

Dua puluh tahun kemudian, seorang penemu Amerika Emil Berliner menciptakan mikrofon karbon pertama di dunia berdasarkan efek ini. Ini terjadi pada 4 Maret 1877.

Pengoperasian mikrofon Berliner justru didasarkan pada sifat kontak batang karbon untuk mengubah resistansi sirkuit karena perubahan area kontak konduktif.

Sudah pada Mei 1878, pengembangan penemuan diberikan David Hughes, yang memasang batang grafit dengan ujung runcing dan membran dipasang di antara sepasang cangkir karbon.

Ketika membran bergetar dari aksi suara di atasnya, area kontak batang dengan cangkir juga berubah, begitu pula resistansi sirkuit listrik yang menghubungkan batang. Akibatnya, arus di sirkuit berubah setelah getaran suara.

Thomas Alfa Edison melangkah lebih jauh — dia mengganti batangnya dengan debu batu bara. Penulis desain mikrofon karbon yang paling terkenal adalah Anton Putih (1890). Mikrofon inilah yang masih bisa ditemukan di headset telepon analog lama.

Mikrofon karbon dirancang dan berfungsi sebagai berikut. Serbuk karbon (butiran) yang dibungkus dalam kapsul tertutup terletak di antara dua pelat logam. Salah satu pelat di satu sisi kapsul terhubung ke membran.

Ketika suara bekerja pada membran, itu bergetar, mentransmisikan getaran ke debu karbon. Partikel debu bergetar, mengubah area kontak satu sama lain dari waktu ke waktu. Dengan demikian, hambatan listrik mikrofon juga berfluktuasi, mengubah arus di sirkuit yang terhubung dengannya.

Mikrofon pertama dihubungkan secara seri dengan baterai galvanik sebagai sumber tegangan.

Ketika mikrofon seperti itu terhubung ke belitan primer transformator, dimungkinkan untuk menghilangkan suara yang berfluktuasi seiring waktu dengan suara yang bekerja pada membran dari belitan sekundernya. tegangan… Mikrofon karbon memiliki sensitivitas tinggi, yang dalam beberapa kasus memungkinkan untuk menggunakannya bahkan tanpa amplifier. Meskipun mikrofon karbon memiliki kelemahan yang signifikan — adanya distorsi dan noise non-linear yang signifikan.

Mikrofon kondensor

Mikrofon kondensor (yang didasarkan pada prinsip mengubah kapasitas listrik di bawah pengaruh suara) ditemukan oleh seorang insinyur Amerika Edward Wente pada tahun 1916Kemampuan kapasitor untuk mengubah kapasitansi tergantung pada perubahan jarak antar pelatnya sudah dikenal dan dipelajari pada saat itu.

Jadi, salah satu pelat kondensor bertindak di sini sebagai selaput tipis yang dapat digerakkan yang peka terhadap suara. Membran tersebut ternyata ringan dan sensitif karena ketipisannya, karena plastik tipis dengan lapisan emas atau nikel paling tipis secara tradisional digunakan untuk produksinya. Karenanya, pelat kapasitor kedua harus tetap diam.

Ketika tekanan suara bolak-balik bekerja pada pelat tipis, itu menyebabkannya bergetar — atau bergerak menuju, lalu menjauh dari, pelat kapasitor kedua. Dalam hal ini, kapasitas listrik dari kapasitor variabel jenis ini bervariasi dan berubah. Akibatnya, dalam rangkaian listrik di mana kapasitor ini disertakan, listrik osilasi mengulangi bentuk gelombang suara yang jatuh pada membran.

Medan listrik yang beroperasi di antara pelat dibuat baik oleh sumber tegangan eksternal (misalnya baterai) atau dengan awalnya menerapkan bahan terpolarisasi sebagai pelapis untuk salah satu pelat (mikrofon elektret adalah jenis mikrofon kondensor).

Preamplifier harus digunakan di sini, karena sinyalnya sangat lemah, karena perubahan kapasitansi dari suara ternyata sangat kecil, membran bergetar hampir tidak terlihat. Ketika sirkuit preamplifier meningkatkan amplitudo sinyal audio, sinyal yang sudah diperkuat kemudian dialihkan ke penguat… Oleh karena itu keuntungan pertama dari mikrofon kondensor — mereka sangat sensitif bahkan pada frekuensi yang sangat tinggi.

Mikrofon dinamis

Kelahiran mikrofon dinamis adalah penghargaan dari ilmuwan Jerman Gervin Erlach Dan Walter Schottky… Pada tahun 1924 mereka memperkenalkan jenis mikrofon baru, mikrofon dinamis, yang jauh mengungguli pendahulu karbonnya dalam hal linearitas dan respons frekuensi, dan melampaui pasangan kondensornya dalam parameter kelistrikan aslinya. Mereka menempatkan pita aluminium foil yang sangat tipis (tebal sekitar 2 mikron) dalam medan magnet.

Pada tahun 1931, model tersebut diperbaiki oleh penemu Amerika. Tores Dan ventilasi… Mereka menawarkan mikrofon dinamis dengan induktor… Solusi ini masih dianggap yang terbaik untuk studio rekaman.

Mikrofon dinamis didasarkan pada fenomena induksi elektromagnetik… Membran melekat pada kawat tembaga tipis yang melilit tabung plastik ringan dalam medan magnet permanen.

Getaran suara bekerja pada membran, membran bergetar, mengulangi bentuk gelombang suara, saat mentransmisikan gerakannya ke kabel, kabel bergerak dalam medan magnet dan (sesuai dengan hukum induksi elektromagnetik) arus listrik diinduksi di kawat, mengulangi bentuk suara, jatuh di membran.

Karena kawat dengan penyangga plastik adalah konstruksi yang cukup ringan, ternyata sangat mobile dan sangat sensitif, dan tegangan bolak-balik yang diinduksi oleh induksi elektromagnetik cukup signifikan.

Mikrofon elektrodinamik dibagi lagi menjadi mikrofon koil (dilengkapi dengan diafragma di celah annular magnet), mikrofon pita (di mana aluminium foil bergelombang berfungsi sebagai bahan koil), isodinamik, dll.

Mikrofon dinamis klasik dapat diandalkan, memiliki rentang sensitivitas amplitudo yang luas dalam rentang frekuensi audio, dan tidak mahal untuk diproduksi. Namun, itu tidak cukup sensitif pada frekuensi tinggi dan bereaksi buruk terhadap perubahan tekanan suara yang tiba-tiba - ini adalah dua kelemahan utamanya.

Mikrofon pita dinamis berbeda karena medan magnet dibuat oleh magnet permanen dengan potongan kutub, di antaranya terdapat strip aluminium tipis, yang merupakan pengganti kabel tembaga.

Pita itu memiliki konduktivitas listrik yang tinggi, tetapi tegangan induksinya kecil, sehingga harus ditambahkan ke rangkaian meningkatkan transformator… Sinyal suara yang berguna dihilangkan di sirkuit seperti itu oleh belitan sekunder transformator.

Mikrofon dinamis pita menunjukkan rentang frekuensi yang sangat seragam tidak seperti mikrofon dinamis konvensional.

Sebagai bahan magnet permanen, mikrofon menggunakan paduan magnet keras dengan sisa induksi yang tinggi (misalnya NdFeB). Tubuh dan cincin terbuat dari paduan magnet lunak (misalnya baja listrik atau permaloid).

Mikrofon piezoelektrik

Kata baru dalam teknologi audio diucapkan oleh ilmuwan Rusia Rzhevkin dan Yakovlev pada tahun 1925. Mereka mengusulkan pendekatan baru yang fundamental untuk mengubah suara menjadi osilasi saat ini - mikrofon piezoelektrik. Tindakan tekanan suara terkena kristal piezoelektrik.

Suara bekerja pada membran yang terhubung ke batang, yang pada gilirannya melekat pada piezoelektrik. Kristal piezo berubah bentuk di bawah aksi getaran batang, dan tegangan muncul di terminalnya, mengulangi bentuk suara yang datang. Tegangan ini digunakan sebagai sinyal yang berguna.