Un microfon (din grecescul μικρός - mic, φωνη - voce) este un dispozitiv electro -acustic care convertește vibrațiile acustice într- un semnal electric .
În telefonul lui Bell , microfonul, ca unitate separată, lipsea, funcția sa era îndeplinită de o capsulă electromagnetică , care combina funcțiile unui microfon și ale unei capsule telefonice. Primul dispozitiv folosit doar ca microfon a fost microfonul din carbon Edison , a cărui invenție a fost revendicată independent de Heinrich Mahalsky în 1878 și Pavel Golubitsky în 1883 . Acțiunea sa se bazează pe modificarea rezistenței dintre boabele de pulbere de cărbune atunci când presiunea asupra totalității acestora se modifică.
Microfonul cu condensator a fost inventat de inginerul Bell Labs Edward Christopher Wente în 1916 . În ea, sunetul acționează asupra unei membrane metalice subțiri, modificând distanța dintre membrană și carcasa metalică. Astfel, condensatorul format de membrană și corp modifică capacitatea. Dacă plăcilor se aplică o tensiune constantă, modificarea capacității va induce un curent prin condensator, formând astfel un semnal electric în circuitul extern.
Microfoanele dinamice au devenit mai populare , deosebindu-se de cele de carbon prin liniaritate mult mai bună și proprietăți bune de frecvență și de cele cu condensator prin proprietăți electrice mai acceptabile. Primul microfon dinamic a fost microfonul electrodinamic tip panglică, inventat în 1924 de oamenii de știință germani Erlach și Schottky . Au plasat o panglică ondulată din folie de aluminiu foarte subțire (aproximativ 2 microni) într-un câmp magnetic. Astfel de microfoane sunt încă folosite în înregistrarea în studio datorită răspunsului lor în frecvență extrem de larg, dar sensibilitatea lor este scăzută, impedanța de ieșire este foarte mică (fracții de ohm), ceea ce complică foarte mult proiectarea amplificatoarelor. În plus, o sensibilitate suficientă este posibilă numai cu o suprafață mare a panglicii (și, prin urmare, dimensiunea magnetului), ca urmare, astfel de microfoane sunt mai mari și mai grele decât toate celelalte tipuri.
Microfonul piezoelectric , proiectat de oamenii de știință sovietici S. N. Rzhevkin și A. I. Yakovlev în 1925 , are o placă dintr-o substanță cu proprietăți piezoelectrice ca senzor de presiune sonoră . Funcționarea ca senzor de presiune a permis crearea primelor hidrofoane și înregistrarea sunetelor cu frecvență ultra joasă caracteristice vieții marine.
În 1931, inginerii americani Vente și Teres ( Albert L. Thuras ) au inventat un microfon dinamic cu o bobină lipită de o membrană subțire de polistiren sau folie. Spre deosebire de bandă, avea o impedanță de ieșire semnificativ mai mare (zeci de ohmi și sute de kiloohmi), putea fi fabricată în dimensiuni mai mici și este reversibilă. Îmbunătățirea caracteristicilor acestor microfoane speciale, combinată cu îmbunătățirea echipamentelor de amplificare a sunetului și de înregistrare a sunetului, a permis industriei înregistrărilor să se dezvolte nu numai în condiții de studio. Crearea de dimensiuni reduse (chiar în ciuda masei magnetului permanent necesară pentru a opera microfonul), precum și a microfoanelor dinamice extrem de sensibile și foarte direcționale, a schimbat semnificativ ideea de confidențialitate și a dat naștere unei numărul de modificări ale legislației (în special, cu privire la utilizarea dispozitivelor de ascultare).
În același timp, microfoanele electromagnetice dezvoltate, spre deosebire de cele electrodinamice, au un magnet permanent fixat pe membrană și o bobină fixă. Datorită absenței cerințelor stricte pentru masa bobinei (tipic pentru microfoanele dinamice), astfel de microfoane erau fabricate cu impedanță ridicată și, uneori, aveau bobine multi-tap, ceea ce le făcea mai versatile. Astfel de microfoane, împreună cu microfoanele piezoelectrice, au făcut posibilă crearea de aparate auditive eficiente, precum și telefoane pentru gât .
Microfonul electret , inventat de omul de știință japonez Yoguchi la începutul anilor 1920, este aproape de un microfon cu condensator în ceea ce privește principiul de funcționare și design, cu toate acestea, o placă electret acționează ca o placă fixă a condensatorului și o sursă de tensiune constantă . Pentru o lungă perioadă de timp, astfel de microfoane au fost relativ scumpe, iar impedanța lor de ieșire foarte mare (cum ar fi cele de condensator, unități de megaohmi și mai mari) a forțat utilizarea circuitelor exclusiv cu tuburi. Crearea tranzistorilor cu efect de câmp a dus la apariția unor microfoane electret extrem de eficiente, miniaturale și ușoare, combinate cu un preamplificator cu tranzistor cu efect de câmp asamblat în același pachet.
Principiul de funcționare al microfonului este că presiunea vibrațiilor sonore ale aerului, apei sau a unei substanțe solide acționează asupra unei membrane subțiri a microfonului. La rândul lor, vibrațiile membranei excită vibrații electrice; în funcție de tipul de microfon, acesta folosește fenomenul de inducție electromagnetică, o modificare a capacității condensatoarelor sau efectul piezoelectric .
Proprietățile unui sistem acustic-mecanic depind puternic de dacă presiunea acustică acționează pe o parte a diafragmei (microfon de presiune) sau pe ambele părți, iar în al doilea caz de dacă acest efect este simetric (microfon cu gradient de presiune) sau pe o parte. a diafragmei.vibrații care o excită direct, iar pe al doilea - trecute prin orice rezistență mecanică sau acustică sau un sistem de întârziere în timp (microfon cu gradient de presiune asimetric).
O mare influență asupra caracteristicilor microfonului are partea sa mecanoelectrică.
Caracteristici comparative ale principalelor tipuri de microfoane (date învechite din TSB 1967):
| Tip microfon | Gama de frecvență percepută, Hz | Neuniformitatea răspunsului în frecvență, dB | Sensibilitate axială la o frecvență de 1.000 Hz, mV / Pa |
|---|---|---|---|
| Carbonic | 300-3400 | douăzeci | 1000 |
| Tip bobină electrodinamică | 100-10.000 (1 clasă) 30-15.000 (clasa superioară) |
12 | 0,5 ~1,0 |
| Tip curea electrodinamică | 50-10.000 (clasa I) 70-15.000 (clasa superioară) |
zece | unu 1.5 |
| condensator | 30-15 000 | 5 | 5 |
| Piezoelectric | 100-5000 | cincisprezece | cincizeci |
| Electromagnetic | 300-5000 | douăzeci | 5 |
Microfoanele de orice tip sunt evaluate după următoarele caracteristici :
Sensibilitatea microfonului este determinată de raportul dintre tensiunea de la ieșirea microfonului și presiunea sonoră Р 0 , de regulă, într-un câmp sonor liber [1] , adică în absența influenței suprafețelor reflectorizante [ 2] . Când o undă sonoră sinusoidală se propagă în direcția axei de lucru a microfonului, această direcție se numește sensibilitate axială:
M0 = U/P0 (мВ/Па).
Axa de lucru a microfonului este direcția de utilizare principală și de obicei coincide cu axa de simetrie a microfonului. Dacă designul microfonului nu are o axă de simetrie, atunci direcția axei de lucru este indicată în specificațiile tehnice. Sensibilitatea microfoanelor moderne variază de la 1–2 (microfoane dinamice) la 10–15 (microfoane cu condensator) mV/Pa. Cu cât această valoare este mai mare, cu atât sensibilitatea microfonului este mai mare.
Astfel, un microfon cu o sensibilitate de -75 dB este mai puțin sensibil decât -54 dB, iar unul cu denumirea 2 mV/Pa este mai puțin sensibil decât 20 mV/Pa. Pentru orientare: -54 dB este la fel cu 2,0 mV/Pa. De asemenea, trebuie avut în vedere că dacă microfonul are o sensibilitate mai mică, asta nu înseamnă deloc că este mai rău.
Răspunsul în frecvență al sensibilității (FCC) este dependența sensibilității axiale a unui microfon de frecvența vibrațiilor sonore într-un câmp liber. Planeitatea răspunsului în frecvență este de obicei măsurată în decibeli ca douăzeci de logaritmi (bază 10) a raportului dintre sensibilitatea microfonului la o anumită frecvență și cea la o frecvență de referință (de obicei 1 kHz).
Influența câmpului sonor al unui microfon este estimată prin caracteristica acustică, care este determinată de raportul dintre forța care acționează asupra diafragmei microfonului și presiunea sonoră într-un câmp sonor liber: A = F/P, dar deoarece sensibilitatea al microfonului M = U/P poate fi reprezentat ca U/P = U / F • F / P și se exprimă prin A. Atunci obținem: M = A • U / F. Raportul dintre tensiunea la ieșirea microfonului și forța care acționează asupra diafragmei U / F caracterizează microfonul ca un traductor electromecanic. Răspunsul acustic determină caracteristica direcțională a microfonului. După tipul de caracteristici acustice și, în consecință, de caracteristicile direcționale, ca receptori de sunet se disting trei tipuri de microfoane: receptoare de presiune; gradient de presiune; combinate.
| receptoare de presiune | |
| Omnidirecțional | |
| receptoare cu gradient de presiune | |
| Bidirecțional „Opt” | |
| combinate | |
| Cardioid | |
| Hipercardioid | |
Caracteristica de directivitate este dependența sensibilității microfonului de direcția de incidență a undei sonore față de axa microfonului. Este determinată de raportul dintre sensibilitatea Mα când o undă sonoră este incidentă la un unghi α în raport cu axa acustică a microfonului și sensibilitatea sa axială:
φ = M α /M 0Directivitatea unui microfon se referă la poziția sa posibilă față de sursele de sunet. Dacă sensibilitatea nu depinde de unghiul de incidență al undei sonore, adică φ = 1, atunci microfonul se numește omnidirecțional, iar sursele de sunet pot fi localizate în jurul lui. Și dacă sensibilitatea depinde de unghi, atunci sursele de sunet ar trebui să fie situate în unghiul spațial, în care sensibilitatea microfonului diferă puțin de sensibilitatea axială.
Microfoane omnidirecționaleLa microfoanele omnidirecționale - receptoare de presiune - forța care acționează asupra diafragmei este determinată de presiunea sonoră de la suprafața diafragmei. Câmpul sonor poate acționa doar pe o parte a diafragmei. Cealaltă parte este protejată structural. Dacă dimensiunile microfonului sunt mici în comparație cu lungimea de undă a sunetului, atunci microfonul nu modifică câmpul sonor. Dacă dimensiunile sunt proporționale cu lungimea de undă, atunci datorită difracției undelor sonore, microfonul capătă direcționalitate. La frecvențe de la 5000 Hz și mai jos, astfel de microfoane sunt omnidirecționale. Avantajul microfoanelor omnidirecționale este simplitatea designului, calculul capsulei și stabilitatea caracteristicilor în timp. Capsulele omnidirecționale sunt adesea folosite ca parte a microfoanelor de măsurare; în viața de zi cu zi ele pot fi folosite pentru a înregistra conversația oamenilor care stau la o masă rotundă.
Microfoane bidirecționaleÎn microfoanele receptoare cu gradient de presiune , forța care acționează asupra sistemului de microfon în mișcare este determinată de diferența de presiune a sunetului pe cele două părți ale diafragmei. Adică câmpul sonor acționează pe două părți ale diafragmei. Caracteristica direcțională are forma unui opt.
Microfoanele bilaterale sunt convenabile, de exemplu, pentru înregistrarea unei conversații între doi interlocutori așezați unul față de celălalt. De asemenea, utilizarea lor este convenabilă în studiourile de înregistrare atunci când înregistrați voce în timp ce cântați instrumente în același timp - deoarece elimină sunetele care ies din aliniament cu cel principal, precum și cu unele metode de înregistrare a sunetului stereo ( tehnologia Blumlein ).
Microfoane cu o singură direcțieDirectivitatea unidirecțională se realizează în microfoanele combinate. Tiparele lor de radiații sunt apropiate ca formă de cardioid , motiv pentru care sunt adesea numite cardioide. Modificările microfoanelor care au o directivitate chiar mai mică decât cele cardioide se numesc supercardioide și hipercardioide, dar aceste varietăți, spre deosebire de microfonul cardioid, sunt, de asemenea, sensibile la semnalele din partea opusă.
Aceste microfoane au anumite avantaje în funcționare: sursa de sunet este situată pe o parte a microfonului într-un unghi spațial destul de larg, iar microfonul nu percepe sunetele care se propagă dincolo de acesta.
Nivel de zgomot echivalent . În conformitate cu standardele internaționale, nivelul de zgomot propriu al unui microfon este definit ca nivelul de presiune a sunetului care creează o tensiune la ieșirea microfonului egală cu tensiunea care apare în acesta numai din cauza propriului zgomot în absența unui semnal audio. . Poate fi calculat folosind formula
L pE \u003d 20lg U w / Sρ0,
Unde:
U w - rădăcina pătrată a diferenței în pătratele valorilor tensiunii la ieșirea bancului de testare conform GOST 16123-88 (IEC 60268-4), măsurată cu microfonul conectat și la înlocuirea acestuia cu un rezistor - echivalentul modulului de rezistență al microfonului testat,
S este sensibilitatea microfonului la o frecvență de 1000 Hz, ρ0=2×10 −5 Pa.
Metodele de măsurare a acestui parametru sunt oarecum diferite în diferite standarde, așa că, de obicei, în cataloagele moderne sunt date două valori ale nivelului de zgomot echivalent: conform DIN 45 412 (IEC 60268-1) și conform DIN 45 405 ( CCIR 468-3). În primul caz, în măsurători este utilizată curba standard de ponderare A. În al doilea caz, este utilizată o formă diferită a curbei de ponderare (curba psihomometrică 468), iar diferența este în tehnica mai potrivită pentru măsurarea microfoanelor.
Pentru microfoane, există diferite tipuri de filtre de sunet: suprapuneri din poliuretan, filtre pop , cutii de amortizare a sunetului și capsule (grile).
Microfon cu parbriz demontat
Filtru pop
Filtru de blană (colocvial „câine”; în engleză, se folosesc termenii „dead cat” (pisica moartă) sau „dead kitten” (pisoi mort), în funcție de mărime. Cel mai eficient filtru de zgomot de vânt. Se pune pe un carcasă rigidă „zeppelin”.
Grila microfonului ("coș") care filtrează sunetul care vine în capsula microfonului de la vânt (suflă)
Majoritatea microfoanelor sunt conectate la echipamente audio. Conexiunea prin cablu a microfonului la echipamentul audio poate fi fixă sau detașabilă . Cel mai des se folosește conexiunea detașabilă. De mulți ani, în timpul spectacolelor de scenă, conferințelor și altele asemenea, au fost folosite microfoanele cu fir, deoarece sunt nepretențioase și ușor de utilizat. Microfoanele profesionale au o conexiune echilibrată cu trei fire ( conectori XLR ) pentru a reduce interferențele și interferențele. Pentru ca microfoanele cu condensator să funcționeze, echipamentele audio trebuie să aibă alimentare fantomă .
Există și dispozitive mai sofisticate - radiomicrofoane (microfoane fără fir, sisteme radio) - care concurează cu microfoanele cu fir, deși nu le înlocuiesc complet (sunt folosite și pentru spectacole pe scenă, la conferințe). În interiorul unui astfel de microfon se află un transmițător radio care transmite sunete prin radio către un receptor radio din apropiere ( receptor ) printr-o antenă internă (unele microfoane fără fir au și o antenă externă; receptorul trebuie să aibă o antenă externă). Frecvența de funcționare a receptorului corespunde strict cu frecvența de funcționare a emițătorului microfonului (frecvența de funcționare este măsurată în megaherți (MHz, MHz) și poate ajunge la câteva sute de unități - aceasta este comunicarea radio VHF (sau FM; uneori „microfon fără fir FM) ” este indicat în descrierea tehnică). Receptorul este conectat la echipamentul audio printr-un fir, în timp ce el însuși este alimentat de la rețea .
Principalul confort al radiomicrofoanelor este că, spre deosebire de cele cu fir, acestea au, deși o putere de transmisie limitată, dar o mai mare libertate de mișcare. Dezavantajul este descărcarea relativ frecventă a bateriilor ( baterii ) [3] .
Microfoanele radio sunt disponibile atât pentru uz casnic, cât și pentru uz profesional. Cele de uz casnic funcționează de obicei pe bază de „ plug and play ” („plug and play”) și au doar setări de volum de ieșire. Pentru sistemele radio din seria profesională, pe receptor și pe microfon propriu-zis, puteți seta setările de semnal dorite pentru fiecare microfon specific (alte denumiri: calibrare, dezacordare), ceea ce permite unui receptor să servească uneori 10 sau mai multe microfoane radio deodată, în În plus, calitatea semnalului și a sunetelor transmise este mult mai mare decât a celor casnice, motiv pentru care microfoanele radio profesionale s-au dovedit atât de bine la concerte. Există și sisteme radio cu microfon digital din aceeași serie profesională.
Cei mai cunoscuți producători de microfoane radio profesionale sunt Sennheiser , Beyerdynamic ( Germania ) și Shure ( SUA ) .
Fotografia prezintă microfonul radio Nady DKW-Duo ca exemplu. Atunci când într-un concert sunt implicate mai multe microfoane radio, acestea sunt de obicei rebobinate cu bandă electrică pentru marcarea culorilor (ca în fotografie), deoarece sunt identice ca aspect (dacă sunt de același tip și serie) [4] .