Принцип работы микрофона: конструкция, какие бывают микрофоны

Многие важнейшие изобретения человечества, создаваемые для передачи звука на расстояние, будь то радио или телефон, не могли обойтись без устройства для приема звуковых волн. Изобретение микрофона было необходимо на столько, что он изобретался одновременно в разных частях планеты. И до сих пор до конца не ясно, кого же из ученных можно назвать родоначальником устройства. Сегодня устройства используются практически во всех сферах жизни, начиная от сложных исследований космоса, заканчивая разговором не о чем двух домохозяек по телефону. При этом мало кто задумывается, как выглядит это, казалось бы, нехитрое устройство изнутри.

Разновидности конструкций микрофонов

Среди микрофонов встречаются конденсаторные, электретные, угольные, оптоакустические, катушечные, ленточные, динамические, пьезоэлектрические устройства. По назначению их делят на:

• сценические;
• репортерские;
• студийные.

Группа сценических приспособлений в свою очередь делится на беспроводные и проводные. Все они оборудованы рукояткой для удержания руками и фиксации в стойке-держателе.

Репортерские типы микрофонов часто используются на улице, поэтому защищены от попадания влаги, не боятся высоких и низких температур и сильных порывов ветра. Они крепятся на голове, держатся в руках, бывают скрытыми. Студийные микрофоны отличаются малыми габаритами. Они крепятся на петлицах на специальных стойках.

Угольный

В угольных моделях в качестве рабочего состава используется порошок угля. Во время работы он способен изменять сопротивление. Это оказывает влияние на модуляцию колебаний, происходящих в цепи. Устройства являются самыми первыми в мире, имеют низкие характеристики и практически не применяются в современной жизни.

Ленточный

Микрофон ленточного вида имеет внутри тончайшую алюминиевую ленточку (примерно 2 мкм), благодаря которой запись звука проходит более точно. Устройство требует особых условий хранения. Лежащий на боку долгое время аппарат может отказать в работе. Обладает большими по сравнению с аналогами весом и размерами.

Катушечный

Схема устройства этого типа имеет мембрану, соединенную с катушкой и вставленную в магнитное поле. Звуковая волна колеблет диафрагму, катушка своими витками пересекает линии магнитного поля. В ней возникает переменная ЭДС. Такой микрофон распространен в сфере звукозаписи. Он превосходит ленточный тип более компактными размерами и высоким сопротивлением.

Динамический

Принцип действия микрофона основан на преобразовании звуковых волн в электрические с помощью применения небольшого динамика. Используется на сцене, в работе репортеров, т.к. обладает большой надежностью. Качество записи немного ниже, чем у конденсаторных аппаратов. По конструкции прибор похож на динамический громкоговоритель.

Динамические микрофоны имеют положительные стороны:

• Выдерживают высокие перегрузки, поэтому записывают громкие шумы без риска повреждения.
• Обладают прочной конструкцией, не боятся падений и ударов.
• Используются как в закрытом помещении, так и на природе.
• Невосприимчивы к посторонним помехам и шумам.

Недостатки:

• Чистота записи хуже, чем при работе с конденсаторными приборами.
• Узкий диапазон частот.
• Тембр голоса передается неточно.

Катушечной и ленточной разновидностью динамического микрофона пользуются артисты и репортеры.

Конденсаторный

В прибор встроен конденсатор, преобразующий звуковые колебания под воздействием электрического тока. Питание, называемое фантомным, подается от отдельного источника. Электрод с мембраной изготавливаются из материала, обладающего электропроводностью. Друг от друга они отделяются изолирующим кольцом.

Детали в сборе напоминают строение конденсатора. Во время работы мембрана колеблется относительно электрода, закрепленного неподвижно. Звуковые колебания вызывают изменение емкости в корпусе и электрического тока в цепи, который является сигналом с микрофона.

Плюсы устройств конденсаторного типа:

• расширенный диапазон частот;
• возможность миниатюризации записывающих устройств;
• записываемые звуки имеют высокое качество.

К минусам относятся:

• Необходимость обеспечения микрофона фантомным питанием, что не дает использовать его на улице.
• Боязнь ударов, температурных перепадов и влажности.

Эти минусы не мешают пользоваться устройствами на сцене.

Электретный

Данный тип оборудования является разновидностью конденсаторных устройств. Роль фантомного питания в нем выполняет заряд электрета, сохраняющийся более 30 лет. Для снижения потерь сигнала при записи в микрофон вставлен повторитель. Более толстая, чем у конденсаторных устройств, мембрана немного уступает в характеристиках. Конструкция позволяет получать миниатюрные изделия, применяемые в смартфонах, ноутбуках, планшетах, умных часах и в других гаджетах.

Пьезомикрофон

В этих изделиях используется пьезоэлектрический эффект. Рабочий элемент — пластина, изготовленная из искусственных кристаллов. При деформации на ее поверхностях появляются электрические заряды разной величины. Используются такие микрофоны редко, т.к. можно выбрать более качественное оборудование конденсаторного или динамического типа.

Существует много других способов записи звука, примером которых могут являться ларингофоны у летчиков, гидрофоны у подводников и иные специфичные микрофоны.

Что это такое?

Сложно найти человека, который не знал бы, как выглядит микрофон, и каково его обычное использование. Можно встретить огромное разнообразие таких устройств. Но все они подчиняются общему определению — электроакустические приборы. Поступающая на «вход» звуковая волна преобразуется в электрический сигнал. По его характеристикам другая аппаратура сможет воспроизвести изначальное звучание.

Микрофон может транслировать звук на:

• обычные домашние колонки;
• компьютер;
• телевизор;
• магнитофон;
• проигрыватель;
• концертное оборудование;
• студийную звукозаписывающую аппаратуру.

Важные характеристики и их описание

В характеристику звукозаписывающего оборудования входят:

• чувствительность;
• диапазон частот;
• питание;
• звуковое давление;
• уровень шума;
• номинальное сопротивление;
• радиус действия;
• тип подключения;
• материал корпуса.

Чувствительность — характеристика уровня звука, записываемого устройством. Чем меньшим количеством децибел он обозначается, тем микрофон более чувствительный.

Частота — уровень шума, достаточный для записи устройством. Для трели или грохота барабана требуется от 30 до 15000 Гц, для человеческого голоса — 80-15000 Гц.

Питание микрофона осуществляется с помощью встроенного аккумулятора или поступает по кабелю

Уровень давления звука — показатель наибольшей громкости, выдерживаемой аппаратом. Чаще всего он равен 100-130 Дб.

Уровень шума или сигнала — это параметр, значение которого для оборудования среднего класса — 64-66 Дб. Профессиональные микрофоны характеризуются показателем более 72 Дб.

Сопротивление, или импеданс — характеристика, которая описывает возможности подключения аппарата. Цифровые данные отмечаются на профессиональных образцах.

Радиус действия указывается для беспроводных экземпляров техники. Для проводных обозначают длину кабеля. Чем цифры больше, тем удобнее пользоваться микрофоном, можно перемещаться на более длинные расстояния.

Оборудование подключается к разным интерфейсам с помощью специальных разъемов. Наиболее часто встречаются: mini-XLR и XLR, Jack и mini-Jack, USB, TA4F или Lighting/30-pin.

Материал для изготовления корпуса чаще представляет собой разные сорта пластика или стали. Пластик — более дешевый и легкий, но прочность его мала. Металл более прочный, но тяжелый и дорогой.

При выборе микрофонов нужно внимательно рассматривать все характеристики и приобретать технику, которая отвечала бы поставленным перед нею задачам.

Похожие статьи

Steelseries arctis 7

Iphone 5s не работает микрофон

Гарнитура для телефона на одно ухо с микрофоном беспроводная

Особенности динамического микрофона

История создания

Микрофоны в XXI столетии представляют собой очень продвинутые устройства. Но основные моменты в их работе поменялись с момента изобретения. Считается, что первый подступ к созданию микрофона сделал французский исследователь Дю Монсель. В 1856 году он установил, что графитовый электрод может существенно менять степень электрического сопротивления. Для этого нужно только незначительно изменить площадь контакта проводников.

Но первый практически работающий микрофон изобрел и представил в 1877 году Эмиль Берлинер. Через год другой житель США Дэвид Хьюз модернизировал первоначальную конструкцию Берлинера. К одному из угольных стержней добавилась мембрана. Решающий шаг сделал легендарный Эдисон. Именно он придумал заменить стержни из угля на порошкообразную угольную массу; такое решение продолжает применяться в некоторых устройствах и сегодня.

Только в 1916 году, и вновь в США, точнее, в Bell Labs появляется конденсаторная схема. Через несколько лет в Японии представили подвид конденсаторных устройств — электретные микрофоны. А в Германии создают динамическое микрофонное устройство. Оно уже опережало по ряду характеристик и угольные, и конденсаторные модели. А наши соотечественники Яковлев и Ржевкин в 1925 году представили миру пьезоэлектрическую схему.

Она завоевала очень большую популярность, и даже активно используется в гидрофонах. В 1931 году очередной ход делают в США. Там разработали динамический тип микрофона с катушкой. Это устройство обладает превосходными частотными параметрами. Недаром его продолжают применять на звукозаписывающих студиях в разных уголках нашей планеты.

Устройство и принцип работы

В целом микрофон устроен довольно просто. И схема принципиальная почти не зависит от вида аппарата. Когда на тонкую мембрану воздействует звук, движение этой мембраны порождает электрические волны. В зависимости от того, каким образом работает устройство, генерация электрических колебаний происходит за счет:

• перемены емкости конденсаторов;
• явления электромагнитной индукции;
• пьезоэлектрического процесса.

В описании того, как сделан микрофон, важно подчеркнуть, что свойства его зависят от особенностей взаимодействия звука и диафрагмы. Микрофоном давления называют устройство, в котором звуковая волна давит только на одну из сторон диафрагмы. Используются также и аппараты, в которых она воздействует на всю поверхность приемника.

Внимание: на вторую сторону диафрагмы в микрофонах давления действуют не прямые волны, а подвергшиеся какому-либо сопротивлению. Это сопротивление может носить механический, акустический характер, либо создаваться за счет задержки по времени.

В последнем случае говорят, что это асимметричный микрофон с градиентным давлением. Конденсаторный микрофонный аппарат, кроме ввода, состоит еще из специально подобранных электрических конденсаторов. Их подключают электрически последовательно к источнику постоянного тока и нагрузочному сопротивлению.

Строение электретных устройств отличается мало. Поддержание заряда в них обеспечивает слой особого вещества — электрета, который способен проработать не менее 20 лет. Так как у них есть встроенный транзистор, обязательно необходима подача электропитания извне. При этом поляризующее напряжение не требуется. Что касается динамических устройств, то они работают так же, как и динамики, но с точностью до наоборот. Необходимости в фантомном питании нет.

Катушечный тип подразумевает жесткую механическую связку мембраны со специальной катушкой, которую располагают внутри кольцевого зазора магнитной системы.

А также встречаются (но реже):

• ленточные;
• угольные;
• оптоакустические;
• пьезоэлектрические;
• комбинированные (сочетающие несколько описанных выше решений) аппараты.

Но полезно остановиться еще на некоторых особенностях разных устройств. Так, в динамической системе диафрагма подсоединяется к катушке и магниту. Вместе они формируют небольшой генератор электричества. Работает он как будто от звукового привода. Для создания магнитного поля, окружающего катушку, используется постоянный магнит. Большая сила для него не нужна, на первом месте надежность и точность работы.

Динамические микрофоны сравнительно просты, и при этом очень надежны. Они смогут гарантировать превосходный звук практически для любой повседневной задачи. Подобные системы могут успешно работать даже с очень громким звуком, который другое акустическое оборудование сильно изнашивает. Устойчивость к влажности и высокой температуре тоже очень важна.

Потому именно динамический микрофон чаще всего выбирают для организации массовых уличных мероприятий.

Конденсаторный тип — это сборка из заряженной диафрагмы и неподвижной пластины, и в целом конструкция выступает звукочувствительным конденсатором. Мембрана обычно делается из металла, хотя встречаются варианты, когда она металлизирована, а основная часть сделана из пластика. Для звукоусиления обычно применяют электретный подвид конденсаторного микрофона.

Все такие модели включают активные контуры, что позволяет согласовывать выход элемента с базовыми микрофонными входами.

Характеристики

Принципиально важная характеристика микрофона — это так называемая амплитудно-частотная характеристика. Для большей простоты в документах и специальных текстах ее обозначают как АЧХ. Специалистов и любителей также часто интересует направленность приема звуковых волн. А вот электрические характеристики и конструктивные особенности не так уж и важны, как кажется. Для конденсаторной схемы принципиально значимы параметры фантомного питания.

Стоит обратить внимание на так называемый переходный отклик.

Нетрудно понять, что перемещение диафрагмы звуковой волной приводит к тому, что эта волна затрачивает энергию. А в сумме масса диафрагмы и катушки у динамического устройства в 1000 раз выше, чем при конденсаторном исполнении. Как начало движения, так и его окончание происходит медленнее. Это неизбежно влияет на качество звука.

Возвращаясь к АЧХ, надо сказать, что это еще и отношение уровня выходного сигнала ко всему диапазону рабочих частот. Редкий производитель избегает описания АЧХ, вообще, обычно же она приводится в некотором диапазоне. Чаще всего используют график, демонстрирующий выходной уровень при изменении частоты. Пологая линия графика обычно характерна для микрофонов расширенного диапазона. Они не искажают самые разные звуки; рельефная АЧХ подбирается не для максимально точного воспроизведения, а для решения строго специфических задач.

• децибелы;
• направленность;
• подавление пространственных шумов;
• поворотный эффект;
• импеданс;
• выходной электрический уровень.

Виды

Все микрофоны можно классифицировать по нескольким параметрам.

По назначению

Довольно широкое применение находят специальные эстрадные микрофоны. Вопреки названию, их активно используют не только в театре, на концертах. Такая техника нужна везде, где одного или нескольких человек должна услышать большая масса зрителей в зале. Эстрадные микрофоны могут иметь различное внешнее исполнение. Но они обязательно фиксируются накрепко в стоечных держателях.

Репортерский приемник звука, как нетрудно догадаться, предназначен для журналистов. И для других людей, которым нужно записывать (транслировать) собственный или чужой голос в самых различных местах. Разумеется, это мобильное устройство, часто с автономным источником питания. Такие аппараты рассчитываются обычно на скрытое ношение. Конструкторы предусматривают возможность их использования даже в ветреную погоду.

Основная функция студийных микрофонов — эксплуатация в телевизионных студиях. Чаще всего это плоские и сравнительно малозаметные устройства. Акустический блок в них всегда высокой чувствительности. Большой частотный диапазон не требуется, как и передача разнообразных звуков. Студийная техника работает главным образом с голосами, но при этом она должна обеспечить четкую, бесперебойную их передачу.

А вот студийный вещательный микрофон будет интересен не только для телеканала, но и для радиостанции. Все подобные устройства оборудуют переключателями, чтобы легко менять направленность приема звука.

Следующий важный вид — микрофон для звукозаписи в студии. Обычно его монтируют на специально подготовленные стойки. Подобное оборудование воспримет все тонкости звучания, даже при серьезных помехах.

По принципу действия

Современная промышленность по большей части делает конденсаторные и динамические микрофоны. Прочие разновидности тоже можно купить, но они в основном нужны для узкоспециальных задач. У динамического варианта всегда идеальные рабочие параметры. За удобство и отсутствие необходимости в электропитании его ценят как корреспонденты телеканалов, так и певцы, юмористы, конферансье. А вот конденсаторный микрофон выдает более приятный звук, причем это не зависит от частоты.

Довольно большой популярностью пользуются головные микрофоны. Они закрепляются на голове говорящего и имеют обычно весьма узкую направленность. Снятие посторонних звуков практически исключается. Такую технику широко применяют актеры, различные инструкторы, комментаторы, руководители туристических групп и так далее.

Петличный микрофон, он же «петличка», максимально незаметен, и подойдет для тех случаев, когда нет желания кого-то тревожить его наличием.

Еще могут выделяться такие модели:

• для видеосъемки («пушки»);
• накамерные;
• стерео;
• пограничного слоя (востребованы при переговорах);
• подвесные;
• гусиные шеи;
• измерительные микрофоны.

Критерии выбора

Правильно выбрать хороший микрофон, ориентируясь только на громкость, вряд ли получится. Очень важно попросить показать изделие в действии. Если на первом плане точное воспроизведение звука, то надо отдавать предпочтение конденсаторному варианту. Но использовать такое решение можно лишь там, где избыточное звуковое давление не окажет воздействия на результат записи. Потому за пределами студий чаще всего применяют динамические образцы.

Независимо от механизма фиксации, надо разобраться, каким должен быть размер мембраны. Мелкомембранный формат способен очень точно и четко зарегистрировать высокие частоты. Но он очень чувствителен даже к незначительным колебаниям воздуха.

Крупномембранный микрофон при меньшей удельной чувствительности за счет большой площади приема обеспечивает отличную восприимчивость. Недостаток только один — более сильное эхо.

Достоинства и недостатки среднемембранных микрофонов определить довольно трудно. У них сочетаются в разной степени свойства мелкомембранной и крупномембранной техники. Потому к каждому устройству нужно подходить со своей, особой меркой. Что касается чувствительности микрофона, то тут не все однозначно. Очень высокая чувствительность может помешать, если комната или иное место для записи подготовлены плохо.

Однонаправленный микрофон может уловить волны, исходящие с одного направления. Он рекомендован для эксплуатации на концертах, в ходе театральных спектаклей. Двунаправленные модели (восьмеричные и некоторые другие) концентрируют звук, идущий с противоположных сторон. Это решение подойдет для интервью на телевидении или для записи в крупном концертном зале. Сразу получится записать еще и реакцию аудитории на выступление.

Всенаправленный тип микрофона запишет звуки со всех сторон. Звучание в таком случае наиболее естественно. Однако применять подобную технику стоит только в хорошо оборудованных помещениях. Посторонние звуки крайне пагубно могут сказаться на записи. Кроме перечисленных нюансов, стоит учитывать:

• тип питания микрофона;
• вид его разъема;
• возможности регулировки громкости;
• возможность прекратить запись вовсе.

Лучшие модели

Безусловно, в число привлекательных версий микрофонов попадает Sennheiser Handmic Digital. Симпатичный черный цвет — отнюдь не единственное достоинство динамического ручного микрофона. У него есть крепкий корпус из металла. Можно использовать устройство для интервью и записи музыки через аппараты стандарта iOS. К разработке модели привлекли специалистов компании Apogee – одного из фаворитов цифровой акустики.

Конструкторы позаботились о профилактике задувания и воздействия боковых шумов. Полученную запись почти всегда удается сразу же опубликовать. А в остальных случаях понадобится только несложное редактирование аудиозаписи. Исполнение очень прочное, микрофон надежно защищен от ударов.

Инженеры сделали все возможное, чтобы минимизировать наводки от сотовых телефонов.

Технические параметры следующие:

• кардиоидная диаграмма;
• взвешенный эквивалентный уровень шума 74 дБ;
• кнопки отключения записи нет;
• разъем формата microUSB;
• частоты от 0,04 до 16 кГц;
• допустимое звуковое давление до 99 дБ;
• 2-метровый USB-кабель.

Внимания заслуживает и модель E835 того же производителя. Конструкция оптимально выстроена, чтобы можно было озвучить вокал и бэк-вокал. Предусматривается защита от звуков, идущих не по оси направленности. Есть также и защита от появления обратной паразитной связи. Есть антишоковая подвеска на капсюле; бесшумный выключатель оборудован фиксатором.

Практические свойства:

• сбалансированная отдача по всем частотам;
• «теплый» баланс по тонам;
• кардиоидная диаграмма;
• кнопки Mute нет;
• номинал сопротивления 350 Ом;
• наименьшее сопротивление нагрузки 1000 Ом;
• разъем XLR;
• обработка частот от 40 до 16000 Гц;
• уровень чувствительности 2,7 мВ/Па;
• диапазон рабочих температур от 0 до + 40 градусов Цельсия.

Огромной популярностью пользуется и VideoMic NTG. Его ценят прежде всего за универсальность. Кольцевая линейная трубка со специальной перфорацией гарантирует необыкновенную прозрачность и натуральность звука. При помощи цифрового переключения можно получить доступ к фильтру высоких частот и специальному каналу безопасности. Реализована опция PAD – 20 дБ.

Автоматический выход диаметром 3,5 мм отлично подходит для присоединения к видеокамере или мобильному телефону. Предотвратить произвольное обрезание звука помогает обновленный, более комфортный индикатор количества децибел. Фильтр верхних частот может быть настроен на значение 75 либо 150 Гц. Усиление регулируется в бесступенчатом режиме.

Внимания точно заслуживает и конденсаторный микрофон Rode TF-5 с малой диафрагмой. Для него характерна кардиоидная диаграмма получения звука. Капсула сконструирована заново. При ее проектировании точность деталей составляет менее микрона. Производитель обещает внушительную четкость звука и его уникальную теплоту.

Даже иные микрофоны Rode с небольшой диафрагмой заметно уступают модели TF-5. Гарантируется очень ясное, «воздушное» звучание. К нему добавляется насыщенность теплыми тонами. Звуковое сопряжение очень добротно выполнено.

Устройство рекомендуют как стереопару в самых сложных записях, а также при захвате тончайших нюансов звука.

Еще одна притягательная модель — Shure 55SH Series II. Конструкция выполнена сознательно в стилистике 1950-60-х годов. При этом корпус динамического микрофона вполне современен. Он позволяет воспроизвести самый добротный вокал без лишних проблем. Кардиоидная диаграмма звучания очень помогает этому. Диапазон обрабатываемых частот составляет от 50 Гц до 15 кГц.

Прочие параметры:

• успешная отработка речи;
• импеданс заявлен 150 Ом (по мнению экспертов, 270 Ом);
• стандартный разъем XLR;
• напряжение по открытой цепи при частоте 1000 Гц – 58 дБ;
• хромированный литой корпус;
• сопротивление на входе 75-300 Ом;
• габариты 5,6х18,8х7,8 см.

Завершить обзор стоит на модели Shure beta 87. Производитель позиционирует свою разработку, как «идеальный конденсаторный микрофон для вокала». Он сможет передать все богатство звуков, избегая внеосевых добавок. Частотная характеристика сигнала максимально полога. Конструкция отличается:

• повышенной устойчивостью к шумам;
• востребованностью среди профессиональных исполнителей;
• расширенным частотным разбросом (0,05-18 кГц);
• однонаправленной суперкардиоидной диаграммой;
• электрическим сопротивлением 150 Ом;
• выходным сигналом на уровне 74 дБ.

В следующем видео вы узнаете, как правильно выбрать микрофон для съёмки видео на смартфон.

Какие бывают микрофоны

Помимо наиболее распространенных динамических и конденсаторных микрофонов, существуют и другие виды.

За счет сложности конструкции, дороговизны производства или не достаточных качественных показателей, они менее распространены. К ним относят угольные (Микрофон Юза), оптоакустический, пьезоэлектрические и другие, в основном применяемые в очень узконаправленных научных экспериментах.
Красивая мелодия, звучащая в плеере, голос любимого человека, которого нет рядом — все это было бы невозможно без маленького помощника, умеющего создавать из звука поток электронов в проводах.