Com funciona un micròfon, tipus de micròfons
S'utilitzen dispositius electroacústics especials anomenats micròfons per convertir les vibracions sonores en corrent elèctric. El nom d'aquest dispositiu està relacionat amb una combinació de dues paraules gregues, que es tradueixen com "petit" i "veu".
Un micròfon és un convertidor de vibracions acústiques de l'aire en vibracions elèctriques.
El principi de funcionament del micròfon és que les vibracions sonores (en realitat les fluctuacions de la pressió de l'aire) afecten la membrana sensible del dispositiu, i ja les vibracions de la membrana provoquen la generació de vibracions elèctriques, ja que és la membrana la que està connectada a la peça. del dispositiu que genera corrent elèctric, el dispositiu del qual depèn del tipus de micròfon específic.
D'una manera o altra, avui dia els micròfons s'utilitzen àmpliament en diversos camps de la ciència, la tecnologia, l'art, etc. S'utilitzen en equips d'àudio, en aparells mòbils, en comunicació de veu, enregistrament de veu, en diagnòstic mèdic i en investigació d'ultrasons.serveixen com a sensors, i en moltes i moltes altres àrees de l'activitat humana, no es pot prescindir d'un micròfon d'una forma o una altra.
Els micròfons tenen diferents dissenys, perquè en diferents tipus de micròfons diferents fenòmens físics són els responsables de generar oscil·lacions elèctriques, les principals són: resistència elèctrica, inducció electromagnètica, canvi de capacitat i efecte piezoelèctric... Avui, segons el principi del dispositiu, es poden distingir tres tipus principals de micròfons: dinàmics, de condensador i piezoelèctrics. Tanmateix, els micròfons de carboni també estan disponibles en alguns llocs fins ara i començarem la nostra revisió amb ells.
Micròfon de carboni
El 1856, un científic francès Du Monsel va publicar la seva investigació, que va demostrar que fins i tot amb un petit canvi en l'àrea de contacte dels elèctrodes de grafit, la seva resistència al flux de corrent elèctric canvia de manera bastant significativa.
Vint anys més tard, un inventor nord-americà Emil Berliner va crear el primer micròfon de carboni del món basat en aquest efecte. Això va passar el 4 de març de 1877.
El funcionament del micròfon Berliner es basava precisament en la propietat de posar-se en contacte amb barres de carboni per canviar la resistència del circuit a causa d'un canvi en l'àrea de contacte conductora.
Ja el maig de 1878 es va donar el desenvolupament de la invenció David Hughes, que va instal·lar una vareta de grafit amb extrems punxeguts i una membrana fixada a ella entre un parell de copes de carboni.
Quan la membrana vibra per l'acció del so sobre ella, l'àrea de contacte de la vareta amb les tasses també canvia, i també ho fa la resistència del circuit elèctric al qual està connectada la vareta. Com a resultat, el corrent al circuit va canviar després de les vibracions del so.
Thomas Alva Edison va anar encara més enllà: va substituir la vareta per pols de carbó. L'autor del disseny més famós del micròfon de carboni és Antoni Blanc (1890). Són aquests micròfons els que encara es poden trobar als auriculars dels telèfons analògics antics.
El micròfon de carboni està dissenyat i funciona de la següent manera. La pols de carboni (grànuls) tancada en una càpsula segellada es troba entre les dues plaques metàl·liques. Una de les plaques d'un costat de la càpsula està connectada a la membrana.
Quan el so actua sobre la membrana, aquesta vibra, transmetent les vibracions a la pols de carboni. Les partícules de pols vibren, canviant l'àrea de contacte entre si de tant en tant. Així, la resistència elèctrica del micròfon també fluctua, canviant el corrent del circuit al qual està connectat.
Els primers micròfons es van connectar en sèrie amb una bateria galvànica com a font de tensió.
Quan aquest micròfon està connectat al bobinatge primari del transformador, és possible eliminar el so que fluctua en el temps amb el so que actua sobre la membrana del seu bobinatge secundari. voltatge… El micròfon de carboni té una alta sensibilitat, que permet en alguns casos utilitzar-lo fins i tot sense amplificador. Tot i que el micròfon de carboni té un inconvenient important: presència de distorsions i soroll no lineals importants.
Micròfon de condensador
El micròfon de condensador (que es basa en el principi de canviar la capacitat elèctrica sota la influència del so) va ser inventat per un enginyer nord-americà Edward Wente el 1916La capacitat del condensador per canviar la capacitat en funció del canvi en la distància entre les seves plaques ja era ben coneguda i estudiada en aquell moment.
Per tant, una de les plaques del condensador actua aquí com una fina membrana mòbil sensible al so. La membrana resulta lleugera i sensible per la seva primesa, ja que tradicionalment s'utilitza plàstic prim amb la capa més fina d'or o níquel per a la seva producció. En conseqüència, la segona placa del condensador s'ha de fixar estacionària.
Quan la pressió sonora alterna actua sobre una placa prima, fa que vibri o es mogui cap a la segona placa del condensador, i després allunyar-la. En aquest cas, la capacitat elèctrica d'aquest tipus de condensador variable varia i canvia. Com a resultat, en el circuit elèctric en què s'inclou aquest condensador, electricitat oscil·lació que repeteix la forma de l'ona sonora que cau sobre la membrana.
El camp elèctric de funcionament entre les plaques es crea ja sigui per una font de tensió externa (per exemple, una bateria) o aplicant inicialment un material polaritzat com a recobriment per a una de les plaques (un micròfon electret és un tipus de micròfon de condensador).
Aquí s'ha d'utilitzar un preamplificador, ja que el senyal és molt feble, ja que el canvi de capacitat del so resulta ser extremadament petit, la membrana vibra amb prou feines perceptible. Quan el circuit del preamplificador augmenta l'amplitud del senyal d'àudio, el senyal ja amplificat s'encamina a l'amplificador… D'aquí el primer avantatge dels micròfons de condensador: són súper sensibles fins i tot a freqüències molt altes.
Micròfon dinàmic
El naixement d'un micròfon dinàmic és el mèrit dels científics alemanys Gervin Erlach i Walter Schottky… El 1924 van introduir un nou tipus de micròfon, el micròfon dinàmic, que va superar amb escreix el seu predecessor de carboni en termes de linealitat i resposta de freqüència, i va superar el seu homòleg de condensador en els seus paràmetres elèctrics originals. Van col·locar una cinta ondulada de paper d'alumini molt prima (d'unes 2 micres de gruix) en un camp magnètic.
El 1931, el model va ser millorat pels inventors nord-americans. Tøres i Vente… Van oferir un micròfon dinàmic amb un inductor… Aquesta solució encara es considera la millor per als estudis de gravació.
Es basa en el micròfon dinàmic fenomen de la inducció electromagnètica... La membrana s'uneix a un fil de coure prim envoltat al voltant d'un tub de plàstic lleuger en un camp magnètic permanent.
Les vibracions sonores actuen sobre la membrana, la membrana vibra, repetint la forma de l'ona sonora, mentre transmet els seus moviments al cable, el cable es mou en un camp magnètic i (d'acord amb la llei de la inducció electromagnètica) s'indueix un corrent elèctric. al fil, repetint la forma del so, caient sobre la membrana.
Com que un cable amb suport plàstic és una construcció força lleugera, resulta molt mòbil i molt sensible, i la tensió alterna induïda per la inducció electromagnètica és significativa.
Els micròfons electrodinàmics es subdivideixen en micròfons de bobina (equipats amb un diafragma a l'espai anular de l'imant), micròfons de cinta (en els quals el paper d'alumini ondulat serveix com a material de bobina), isodinàmics, etc.
El micròfon dinàmic clàssic és fiable, té una àmplia gamma de sensibilitat d'amplitud en el rang de freqüències d'àudio i és barat de fabricar. Tanmateix, no és prou sensible a freqüències altes i reacciona malament als canvis sobtats de pressió sonora: aquests són dos dels seus principals inconvenients.
Un micròfon dinàmic de cinta es diferencia en què el camp magnètic és creat per un imant permanent amb peces polars, entre les quals hi ha una fina tira d'alumini, que és un substitut del fil de coure.
La cinta té una alta conductivitat elèctrica, però la tensió induïda és petita, per la qual cosa s'ha d'afegir al circuit intensificar el transformador… Un senyal acústic útil s'elimina en aquest circuit pel bobinatge secundari del transformador.
Un micròfon dinàmic de cinta presenta un rang de freqüència molt uniforme a diferència d'un micròfon dinàmic convencional.
Com a material d'imant permanent, els micròfons utilitzen aliatges magnètics durs amb alta inducció residual (per exemple, NdFeB). El cos i l'anell estan fets d'aliatges magnètics suaus (per exemple, acer elèctric o permaloide).
Micròfon piezoelèctric
Els científics russos Rzhevkin i Yakovlev van pronunciar una paraula nova en tecnologia d'àudio el 1925. Van proposar un enfocament fonamentalment nou per convertir el so en oscil·lacions actuals: un micròfon piezoelèctric. S'exposa a l'acció de la pressió sonora cristall piezoelèctric.
El so actua sobre una membrana connectada a una vareta, que al seu torn està unida a un piezoelèctric. El cristall piezoelèctric es deforma sota l'acció de les vibracions de la vareta, i apareix una tensió als seus terminals, repetint la forma del so incident. Aquesta tensió s'utilitza com a senyal útil.