Принцип роботи мікрофона: конструкція, які бувають мікрофони
Зміст
Багато найважливіших винаходів людства, створюваних для передачі звуку на відстань, чи то радіо або телефон, не могли обійтися без пристрою для прийому звукових хвиль. Винахід мікрофона був настільки необхідним, що він винаходився одночасно в різних частинах планети. І до цих пір до кінця не ясно, кого з науковців можна назвати родоначальником пристрою. Сьогодні пристрої використовуються практично у всіх сферах життя, починаючи від складних досліджень космосу, закінчуючи балачками ні про що двох домогосподарок по телефону. При цьому мало хто замислюється, як виглядає це, здавалося б, нехитрий пристрій зсередини.
Коротко:
- Будь-який мікрофон перетворює коливання повітря на електричний сигнал за допомогою тонкої діафрагми.
- Динамічний мікрофон — це маленький генератор: котушка рухається в полі магніту. Живлення йому не потрібне.
- Конденсаторному мікрофону потрібне живлення — фантомне 48 В, батарейка або USB; він чутливіший і краще передає високі частоти.
- У смартфонах, ноутбуках і навушниках сьогодні переважно стоять мініатюрні MEMS-мікрофони на кремнієвому кристалі.
Принцип роботи мікрофону
Завдання мікрофона – перетворення звукових хвиль в електричні імпульси. Вони записуються на носії, і після цього, завдяки спеціальним програмам, знову перетворюються в звук, даючи можливість прослухати записане. Щоб звукозапис став можливим, застосовуються різні типи мікрофонів. Найпростіші з них працюють за принципом барабанної перетинки. Коливання повітря, що створюються звуком, викликають вібрацію тонкої плівки, встановленої всередині пристрою. Ця діафрагма, в свою чергу, рухає індукційну котушку, намотану навколо постійного магніту, тобто перебуває в постійному магнітному полі.
За рахунок цього руху в котушці з'являються електричні імпульси, які йдуть по проводах на диктофон. Довжина і інтенсивність імпульсу безпосередньо залежить від гучності і часу впливу звукових хвиль на мембрану.
Увага! Існують і набагато більш складні види таких пристроїв, для яких використовуються мікросхеми і додаткові джерела живлення. Якість звуку, одержуваного при використанні більш досконалих технологій, у багато разів перевищує можливості найпростіших динамічних мікрофонів.
Конструкція мікрофону
Найбільш поширені і широко застосовувані мікрофони працюють таким чином:
- Класичний (динамічний). Є на сьогоднішній день найдоступнішим і, одночасно, найбільш простим за конструкцією. З допомогою дуже тонкої (в кілька мікрон) туго натягнутої паперової мембрани, він передає звукові коливання на котушку, що знаходиться в магнітному полі. За рахунок простоти свого пристрою, такі пристрої найбільш доступні за ціною. Проте якість передачі сигналу досить низька.
- Конденсаторний. Це більш досконала конструкція звукоприймального пристрою. В основі її лежить конденсатор, одна з пластин якого відіграє роль діафрагми, приймаючи звукові хвилі. Через коливання пластини, ємність конденсатора змінюється, створюючи імпульсні струми. Для роботи такого виду потрібне додаткове джерело живлення, наприклад батарейка, акумулятор або шнур для підключення до мережі. Подібного типу пристрої використовуються для професійного запису на студіях.
- Електретні. Є одним з різновидів конденсаторних пристроїв, для їх функціонування на мембрану наноситься спеціальний електретний склад, який і створює необхідну напругу. Такий склад здатний працювати більше 30 років. А будова дозволяє робити його дуже мініатюрним і використовувати їх у всіляких гаджетах – смартфонах, планшетах, ноутбуках, розумних годинниках.
Уточнення редакції. Діафрагму сучасних динамічних мікрофонів роблять не з паперу, а з легкої і жорсткої полімерної плівки: наприклад, Shure використовує в SM58 поліестерну плівку Mylar. Низька якість — теж не про весь клас: динамічні мікрофони витримують дуже гучний звук, удари, вологу й перепади температури, тому їх широко застосовують на сцені. Конденсаторним мікрофонам «шнур до мережі» зазвичай не потрібен: живлення до вбудованого підсилювача надходить кабелем від пульта чи звукової карти (фантомне живлення) або від батарейки. Електрет дає постійний заряд, але підсилювач усередині капсуля теж потребує невеликої напруги.
MEMS-мікрофони
MEMS — це мікроелектромеханічний мікрофон. Його чутливий елемент — діафрагма на кремнієвому кристалі, яка разом із нерухомою пластиною утворює конденсатор. Поруч у тому ж корпусі стоїть другий кристал — підсилювач, а цифрові версії одразу видають цифровий сигнал для процесора. Такі мікрофони можна паяти автоматично разом з іншими деталями плати, а їхня чутливість менше змінюється від температури, ніж в електретних. Тому MEMS-мікрофони витісняють електретні у смартфонах, планшетах, навушниках, слухових апаратах і розумних колонках.
Характеристики, на які варто дивитися
- Чутливість показує, наскільки сильний сигнал дає мікрофон при однаковому звуці. Конденсаторні мікрофони чутливіші за динамічні, але гірше переносять дуже гучні джерела.
- Спрямованість — як чутливість змінюється залежно від напрямку, звідки приходить звук. Кругова (всеспрямована) діаграма однаково чує з усіх боків. Кардіоїдна (у формі серця) чує переважно спереду і приглушує звук ззаду; є також суперкардіоїдна і гіперкардіоїдна.
- Частотний діапазон — які частоти мікрофон передає. Для динамічних моделей типовий діапазон приблизно 50–15 000 Гц; конденсаторні рівніше передають ширший діапазон, звук у них яскравіший.
Фантомне живлення
Фантомне живлення подається тим самим кабелем, яким іде сигнал; поширений стандарт — +48 В. Його вмикають на мікшерному пульті або аудіоінтерфейсі кнопкою «+48V». Збалансованому динамічному мікрофону воно зазвичай не шкодить, а от стрічковому мікрофону, за даними Shure, може зашкодити.
Таблиця: типи мікрофонів
| Тип | Принцип | Де застосовують |
|---|---|---|
| Динамічний | Котушка рухається в полі магніту | Сцена, вокал, гучні джерела, ефіри в шумному приміщенні |
| Конденсаторний | Змінюється ємність між діафрагмою і пластиною, потрібне живлення | Студійний запис голосу й інструментів, озвучування |
| Електретний | Конденсатор з постійно зарядженою діафрагмою і вбудованим підсилювачем | Петлички, гарнітури, недорогі настільні мікрофони |
| MEMS | Кремнієва діафрагма і підсилювач в одному корпусі | Смартфони, ноутбуки, навушники, розумні колонки |
Як вибрати мікрофон для дому і стримів
- Для відеодзвінків і нарад досить вбудованого мікрофона ноутбука або гарнітури.
- Для стримів у звичайній кімнаті зручний динамічний мікрофон з кардіоїдною діаграмою: він менше чує шум і відлуння кімнати.
- Для запису голосу в тихій, акустично обробленій кімнаті підійде конденсаторний мікрофон.
- USB-мікрофон живиться від комп'ютера; для мікрофона з роз'ємом XLR потрібен аудіоінтерфейс, а для конденсаторного — ще й увімкнене фантомне живлення.
Які бувають мікрофони
Крім найбільш поширених динамічних і конденсаторних мікрофонів, існують і інші види.
За рахунок складності конструкції, дорожнечі виробництва або недостатніх якісних показників, вони менш поширені. До них відносять вугільні (мікрофон Юза), оптоакустичні, п'єзоелектричні та інші, в основному застосовуються в дуже вузьконаправлених наукових експериментах.
Питання і відповіді
Чому конденсаторний мікрофон мовчить?
Найчастіше не увімкнено фантомне живлення +48 В на пульті чи аудіоінтерфейсі або сіла батарейка.
Чи можна підключити студійний мікрофон до телефона?
Лише через відповідний адаптер або аудіоінтерфейс, який дає потрібне живлення.
Який мікрофон менше чує клавіатуру і вулицю?
Динамічний з кардіоїдною або суперкардіоїдною діаграмою, розташований близько до рота.
Красива мелодія, яка звучить в плеєрі, голос коханої людини, якого немає поруч — все це було б неможливо без маленького помічника, який вміє створювати зі звуку потік електронів в проводах.