Микрофон
Микрофóн — устройство ввода, которое преобразует звуковые колебания в электрический сигнал. (от греч. mikrós — малый, маленький, phōnē — звук). Он используется для записи и передачи звука на различные устройства, такие как компьютеры, смартфоны, музыкальные инструменты и аудиосистемы[1].
Микрофон является предметом первой необходимости для музыкантов, звукорежиссёров, журналистов, и многих других профессий, связанных с записью и усилением звука. Существуют такие микрофоны, у которых имеется строго определённое предназначение и конкретные задачи, которые он призвать решать.
История[править]
История микрофона началась в XIX веке, когда учёные и изобретатели начали активно исследовать способы записи и передачи звука. Первые устройства, похожие на микрофоны, появились ещё в 1820-х годах. Они представляли собой ящик с мембраной и иглой, которая записывала звуковые колебания на вращающийся барабан, покрытый оловом или воском. Это были несовершенные устройства, которые не могли точно передавать звук[1].
В 1876 году американский изобретатель Эмиль Берлинер разработал первый микрофон, который использовал угольный порошок для преобразования звуковых волн в электрический сигнал. Этот микрофон стал основой для развития современных микрофонов[2].
Следующим важным этапом в истории микрофонов стало изобретение в 1924 году электродинамического микрофона, который использует катушку с проволокой, прикреплённую к мембране. Когда звуковые волны воздействуют на мембрану, катушка перемещается в магнитном поле, создавая электрический сигнал. Электродинамические микрофоны стали популярными благодаря своей надёжности и простоте использования[1].
Во время Второй мировой войны были разработаны новые типы микрофонов, такие как ленточные микрофоны. В них используется тонкая лента из фольги или плёнки, которая колеблется под воздействием звуковых волн, создавая переменный ток. Ленточные микрофоны обеспечивают высокое качество звука и используются в профессиональной аудиотехнике[2].
После Второй мировой войны развитие микрофонов продолжилось. Были созданы новые технологии, такие как конденсаторные микрофоны, которые используют конденсатор для преобразования звуковых колебаний в электрический сигнал. Конденсаторные микрофоны обладают высокой чувствительностью и широким диапазоном частот, что делает их идеальными для записи музыки и речи[2].
Сегодня микрофоны продолжают развиваться и совершенствоваться. Они используются в различных областях, от звукозаписи и радиовещания до мобильных устройств и видеоконференций. Современные микрофоны могут быть очень маленькими и лёгкими, но при этом обеспечивать высокое качество звука.
Устройство микрофона[править]
Микрофон состоит из нескольких основных компонентов, которые работают вместе, чтобы преобразовать звуковые волны в электрические сигналы. Ключевыми элементами являются диафрагма или мембрана, которая вибрирует под воздействием звуковых волн, и различные методы преобразования этих механических колебаний в электрические сигналы в зависимости от типа микрофона. Например, в конденсаторном микрофоне диафрагма и неподвижная пластина вместе образуют конденсатор, изменение ёмкости которого соответствует звуковому сигналу, а в динамическом микрофоне катушка, прикреплённая к диафрагме, движется в магнитном поле, создавая электрический сигнал. Также важными компонентами являются проводник, обычно представляющий собой катушку с проволокой или другой элемент, который генерирует электрический сигнал при движении, корпус, защищающий внутренние компоненты от внешних воздействий, поп-фильтр, для снижения уровня шума и защиты от взрывных звуков, капсюль, содержащий все основные элементы микрофона, звуковая катушка, расположенная в зазоре магнитного сердечника, преобразователь, для преобразования механических колебаний диафрагмы в электрический сигнал и усилитель для усиления слабого электрического сигнала до уровня, пригодного для дальнейшей обработки или передачи[2].
Типы микрофонов[править]
Типы микрофонов по принципу действия:
Динамический микрофон[править]
В 1890-х годах Эмиль Берлинеp (Emile Berliner) — американский изобретатель немецкого происхождения, который внёс значительный вклад в развитие технологий записи звука, разработал первый динамический микрофон. Такой тип микрофона преобразует звуковые колебания в электрический сигнал с помощью динамического капсюля. Он состоит из мембраны, которая колеблется под воздействием звуковых волн, и катушки, которая перемещается в магнитном поле. Принцип работы микрофона заключается в том, что звуковые волны вызывают колебания мембраны, которые приводят к перемещению катушки в магнитном поле, создавая переменное напряжение, соответствующее звуковому сигналу. Преимуществом такого устройства является высокая устойчивость к перегрузкам, надёжность, простота конструкции. Из недостатков стоит отметить ограниченный частотный диапазон, не очень высокая чувствительность[2].
Конденсаторный микрофон[править]
Джон Селден (John S. T. Selen) и Эдвард Венте (Edward C. Wente) — американские изобретатели, которые работали над созданием конденсаторных микрофонов в 1930-х годах. Они разработали первые практические модели конденсаторных микрофонов, ставшие основой для современных устройств. Это более сложный по сравнению с динамическим тип микрофона, который использует конденсатор для преобразования звуковых колебаний в электрический сигнал. Принцип работы такого микрофона предполагает, что мембрана конденсатора колеблется под воздействием звуковых волн, изменяя ёмкость конденсатора, что приводит к изменению напряжения на обкладках конденсатора, соответствующего звуковому сигналу. Преимуществом является очень высокая чувствительность, широкий частотный диапазон, что в свою очередь обеспечивается более сложной конструкцией, более высокая стоимость, такой микрофон очень чувствительность к перегрузкам[2][2].
Пьезоэлектрический микрофон[править]
Пьер Кюри (Pierre Curie) и его брат Жак Кюри (Jacques Curie) — французские физики, открывшие пьезоэлектрический эффект в 1880 году, ставший основой для создания советскими учёными С. Н. Ржевкиным и А. И. Яковлевым в 1925 пьезоэлектрических микрофонов. Такой микрофон, часто используется в бытовых устройствах, игрушках, датчиках. Принципом работы является то, что пьезоэлектрический материал, под воздействием звуковых волн, генерирует электрический заряд, соответствующий звуковому сигналу. Главным преимуществом такого типа микрофона стала простота конструкции, низкая стоимость. Недостатком является невысокая чувствительность и ограниченный частотный диапазон[1].
Ленточный микрофон[править]
Оскар Хейл (Oscar Heil) — немецкий инженер, разработавший ленточный микрофон в 1920-х годах, заложил основу для дальнейшего развития этого типа микрофонов. Это достаточно редкий тип микрофона, использующий тонкую металлическую ленту для преобразования звуковых колебаний в электрический сигнал. Принцип работы следующий: лента подвешена между двумя полюсами магнита и колеблется под воздействием звуковых волн, вызывая изменение магнитного поля и возникновение электрического тока. Звук такого микрофона мягкий и тёплый, имеет высокую чувствительность. Главным недостатком является хрупкость, дополненная сложностью конструкции и, соответственно, высокая стоимость. Используется только на профессиональных студиях звукозаписи[2].
Угольный микрофон[править]
М. Махальский — русский изобретатель, создал в 1878 году первый порошковый угольный микрофон. Независимо от него в 1883 году такое же устройство разработал П. М. Голубицкий. Принцип действия: угольная или металлическая мембрана под действием звуковых волн колеблется, изменяя плотность и электрическое сопротивление находящегося в капсюле угольного порошка, это приводит к изменению силы тока, который протекает через микрофон, создавая пульсирующий ток, который вызывает колебания мембраны телефона, соответствующие колебаниям мембраны микрофона. Преимущество такого устройства заключается в простоте конструкции, относительная дешевизна производства. Недостатки, как правило, проявляющиеся при длительном использовании — это ограниченный срок службы из-за износа угольного порошка и чувствительность к влажности и температуре окружающей среды. За годы усовершенствования конструкции и электрических параметров микрофона с угольным порошком был создан микрофон капсюльного типа, широко применяемый в телефонии[1].
Цифровой микрофон[править]
Изобретателем, который стоял у истоков создания современных цифровых микрофонов, можно считать Александра Грэма Белла, чьи работы в области телефонии и передачи звука заложили основу для развития электронных микрофонов в целом. В дальнейшем, с развитием цифровых технологий, микрофоны стали оснащаться встроенными аналого-цифровыми преобразователями (АЦП) и процессорами для обработки звука, что позволило им достичь нового уровня качества и функциональности. Цифровой микрофон — это высокотехнологичное устройство, предназначенное для преобразования звуковых колебаний в цифровой сигнал. Его работа основана на использовании чувствительных элементов, таких как микроэлектронные преобразователи или пьезоэлектрические материалы, которые реагируют на изменения давления воздуха, вызванные звуковыми волнами. Полученный аналоговый сигнал затем преобразуется в цифровую форму с помощью встроенного аналого-цифрового преобразователя. Одним из ключевых преимуществ цифровых микрофонов является их способность обеспечивать высокое качество звука с минимальными искажениями и шумами. Это достигается благодаря использованию передовых технологий обработки сигналов и шумоподавления. Кроме того, цифровые микрофоны обычно предлагают широкий диапазон частот и возможность настройки параметров записи, что делает их универсальными инструментами для различных аудиоприложений. Однако у цифровых микрофонов есть и некоторые недостатки. Во-первых, они могут быть более дорогими по сравнению с аналоговыми микрофонами, особенно если речь идёт о профессиональных моделях с расширенными функциями. Во-вторых, сложность их внутренней структуры может затруднить ремонт или модификацию в случае возникновения проблем. Цифровые микрофоны находят применение в самых разных областях, от профессиональной звукозаписи и вещания до любительского аудиопроизводства и видеосъёмки, широко используются в студиях звукозаписи, на концертах и мероприятиях, а также в телевизионных и радиовещательных компаниях. Благодаря своей точности и гибкости, цифровые микрофоны позволяют записывать звук с высокой детализацией и качеством, что особенно важно для задач, требующих профессионального подхода к аудиозаписям[2].
Параметры микрофонов[править]
Микрофоны любого типа оцениваются следующими характеристиками[3]:
Чувствительность[править]
Чувствительность определяет способность микрофона преобразовывать акустическую энергию в электрическую. Чем выше чувствительность, тем больше амплитуда выходного сигнала при одинаковом уровне звукового давления. Это означает, что микрофон с высокой чувствительностью может улавливать более слабые звуковые волны и создавать более сильный электрический сигнал. Чувствительность измеряется в децибелах (дБ) и обычно указывается на корпусе микрофона или в технической документации. Например, микрофон с чувствительностью −34 дБ будет иметь меньшую амплитуду выходного сигнала, чем микрофон с чувствительностью −20 дБ при одинаковом звуковом давлении.
Частотная характеристика чувствительности[править]
Частотная характеристика чувствительности показывает, как микрофон реагирует на звуки разных частот. Она представляет собой график, на котором по горизонтальной оси отложены частоты звука в герцах (Гц), а по вертикальной оси — чувствительность микрофона в дБ. Частотная характеристика позволяет определить, какие частоты микрофон усиливает, а какие ослабляет. Например, если микрофон имеет пик чувствительности в диапазоне низких частот, он будет лучше улавливать басы, но хуже — высокие частоты.
Акустическая характеристика микрофона[править]
Акустическая характеристика микрофона описывает его способность передавать звуковые колебания без искажений. Она зависит от конструкции микрофона и материала, из которого он изготовлен. Акустическая характеристика определяется такими параметрами, как частотный диапазон, уровень собственных шумов, динамический диапазон и др. Например, микрофоны с широким частотным диапазоном могут передавать звуки различных частот без искажений, а микрофоны с низким уровнем собственных шумов обеспечивают более чистое звучание.
Характеристика направленности[править]
Характеристика направленности определяет, как микрофон реагирует на звуковые волны, исходящие из разных направлений. Существует несколько типов направленности:
Всенаправленный микрофон[править]
Всенаправленный микрофон одинаково чувствителен к звукам, поступающим со всех сторон. Он подходит для записи источников звука, расположенных близко к микрофону, например, речи или музыкальных инструментов.
Кардиоидный микрофон[править]
Кардиоидный микрофон наиболее чувствителен к звуковым волнам, поступающим спереди, и менее чувствителен к звукам сзади и сбоку. Он используется для записи одного источника звука, например, голоса или инструмента.
Суперкардиоидный микрофон[править]
Суперкардиоидный микрофон имеет более узкую направленность, чем кардиоидный, и более чувствителен к звукам сбоку. Он применяется для записи нескольких источников звука, находящихся рядом друг с другом. Характеристика направленности определяется формой диаграммы направленности микрофона, которая показывает зависимость чувствительности от направления прихода звуковой волны.
Уровень собственных шумов микрофона[править]
Уровень собственных шумов микрофона характеризует минимальные звуковые колебания, регистрируемые микрофоном в отсутствие внешних источников звука. Он обеспечивает лучшее качество записи, измеряется в дБ и обычно составляет от −60 до −80 дБ. Микрофоны с более низким уровнем шумов имеют более чистый звук.
Виды подключения микрофонов[править]
_and_accessories.png)
Виды подключения микрофонов:[4]
1. XLR. Профессиональный трёхконтактный разъём, который обеспечивает надёжное соединение и минимизирует внешние шумы. Используется в основном в студиях звукозаписи и на концертах. Подходит для динамических и конденсаторных микрофонов.
2. Jack (TS, TRS). Разъём с двумя или тремя контактами, часто используется в бытовой аудиотехнике и для подключения некоторых типов микрофонов, например, динамических. Может быть подвержен внешним помехам.
3. USB. Микрофоны с USB-подключением удобны для использования с компьютерами и другими устройствами, поддерживающими USB. Они обычно имеют встроенный предусилитель и не требуют дополнительных внешних устройств.
4. Беспроводное подключение. Некоторые микрофоны используют радиочастоты или инфракрасные сигналы для передачи звука. Это позволяет свободно перемещаться во время выступления или записи без ограничений, связанных с проводами. Однако такие системы могут страдать от задержек сигнала и возможных помех.
5. Bluetooth. Современные микрофоны могут подключаться к устройствам через Bluetooth, что обеспечивает удобство и мобильность. Этот способ подходит для использования микрофона с различными устройствами на расстоянии до 10-15 метров.
Примечания[править]
- ↑ 1,0 1,1 1,2 1,3 1,4 Большая советская энциклопедия Микрофон. М. : Советская энциклопедия. Проверено 18 ноября 2024.
- ↑ 2,0 2,1 2,2 2,3 2,4 2,5 2,6 2,7 2,8 «Микрофоны. От первых изобретений к современным разработкам».
- ↑ Основы электроакустики. Проверено 19 ноября 2024.
- ↑ «Цифровые микрофоны: от спецификации к готовому изделию».
 | Одним из источников, использованных при создании данной статьи, является статья из википроекта «Знание.Вики» («znanierussia.ru») под названием «Микрофон», расположенная по следующим адресам:
Материал указанной статьи полностью или частично использован в Циклопедии по лицензии CC-BY-SA 4.0 и более поздних версий. Всем участникам Знание.Вики предлагается прочитать материал «Почему Циклопедия?». |
|---|