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.

Недостатками их являются высокая стоимость, необходимость во внешнем питании и высокая чувствительность к ударам и климатическим воздействиям — влажности воздуха и перепадам температуры. Однако существует тип конденсаторного микрофона — электретный микрофон, который свободен от большинства перечисленных недостатков.

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