मायक्रोफोन कसा काम करतो, मायक्रोफोनचे प्रकार

ध्वनी कंपनांना विद्युत प्रवाहात रूपांतरित करण्यासाठी मायक्रोफोन नावाची विशेष इलेक्ट्रो-अकॉस्टिक उपकरणे वापरली जातात. या उपकरणाचे नाव दोन ग्रीक शब्दांच्या संयोगाशी संबंधित आहे, ज्याचे भाषांतर "लहान" आणि "आवाज" असे केले जाते.

मायक्रोफोन हा हवेतील ध्वनिक कंपनांचे विद्युतीय कंपनांमध्ये रूपांतर करणारा आहे.

मायक्रोफोनच्या ऑपरेशनचे तत्त्व असे आहे की ध्वनी कंपने (वास्तविक हवेच्या दाबातील चढउतार) डिव्हाइसच्या संवेदनशील पडद्यावर परिणाम करतात आणि आधीच पडद्याच्या कंपनांमुळे विद्युत कंपनांची निर्मिती होते, कारण हा पडदा भागाशी जोडलेला असतो. विद्युत प्रवाह व्युत्पन्न करणारे उपकरण, ज्याचे उपकरण विशिष्ट मायक्रोफोनच्या प्रकारावर अवलंबून असते.

एक प्रकारे किंवा दुसर्‍या प्रकारे, आज मायक्रोफोनचा वापर विज्ञान, तंत्रज्ञान, कला इत्यादींच्या विविध क्षेत्रात मोठ्या प्रमाणावर केला जातो. ते ऑडिओ उपकरणांमध्ये, मोबाइल गॅझेट्समध्ये, व्हॉइस कम्युनिकेशनमध्ये, व्हॉइस रेकॉर्डिंगमध्ये, वैद्यकीय निदानामध्ये आणि अल्ट्रासाऊंड संशोधनात वापरले जातात.ते सेन्सर म्हणून काम करतात आणि मानवी क्रियाकलापांच्या इतर अनेक क्षेत्रांमध्ये, एक किंवा दुसर्या स्वरूपात मायक्रोफोनशिवाय करू शकत नाही.

मायक्रोफोन्सचे डिझाइन वेगवेगळे असतात, कारण वेगवेगळ्या प्रकारच्या मायक्रोफोन्समध्ये विविध भौतिक घटना विद्युत दोलन निर्माण करण्यासाठी जबाबदार असतात, मुख्य म्हणजे: विद्युत प्रतिकार, इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक प्रेरण, क्षमतेत बदल आणि पायझोइलेक्ट्रिक प्रभाव... आज, उपकरणाच्या तत्त्वानुसार, तीन मुख्य प्रकारचे मायक्रोफोन ओळखले जाऊ शकतात: डायनॅमिक, कंडेनसर आणि पायझोइलेक्ट्रिक. तथापि, आतापर्यंत काही ठिकाणी कार्बन मायक्रोफोन देखील उपलब्ध आहेत आणि आम्ही त्यांचे पुनरावलोकन सुरू करू.

कार्बन मायक्रोफोन

1856 मध्ये, एक फ्रेंच शास्त्रज्ञ Du Monsel ग्रेफाइट इलेक्ट्रोड्सच्या संपर्क क्षेत्रामध्ये थोडासा बदल करूनही, विद्युत प्रवाहाच्या प्रवाहाला त्यांचा प्रतिकार लक्षणीयरित्या बदलतो हे दाखवून देणारे संशोधन प्रकाशित केले.

वीस वर्षांनंतर, एक अमेरिकन शोधक एमिल बर्लिनर या प्रभावावर आधारित जगातील पहिला कार्बन मायक्रोफोन तयार केला. हे 4 मार्च 1877 रोजी घडले.

बर्लिनर मायक्रोफोनचे ऑपरेशन तंतोतंत प्रवाहकीय संपर्क क्षेत्रामध्ये बदल झाल्यामुळे सर्किटचा प्रतिकार बदलण्यासाठी कार्बन रॉडशी संपर्क साधण्याच्या मालमत्तेवर आधारित होते.

आधीच मे 1878 मध्ये, शोधाचा विकास देण्यात आला होता डेव्हिड ह्यूजेस, ज्याने टोकदार टोकांसह ग्रेफाइट रॉड स्थापित केला आणि कार्बन कपच्या जोडीमध्ये एक पडदा लावला.

जेव्हा पडदा त्यावरील ध्वनीच्या क्रियेने कंपन करतो तेव्हा कपांसह रॉडचा संपर्क क्षेत्र देखील बदलतो आणि त्याचप्रमाणे रॉड जोडलेल्या इलेक्ट्रिकल सर्किटचा प्रतिकार देखील बदलतो. परिणामी, ध्वनीच्या कंपनानंतर सर्किटमधील विद्युत् प्रवाह बदलला.

थॉमस अल्वा एडिसन आणखी पुढे गेला - त्याने रॉडची जागा कोळशाच्या धूळने घेतली. कार्बन मायक्रोफोनच्या सर्वात प्रसिद्ध डिझाइनचे लेखक आहेत अँथनी व्हाईट (1890). हे मायक्रोफोन आहेत जे अद्याप जुन्या अॅनालॉग टेलिफोनच्या हेडसेटमध्ये आढळू शकतात.

कार्बन मायक्रोफोन खालीलप्रमाणे डिझाइन केला आहे आणि कार्य करतो. सीलबंद कॅप्सूलमध्ये बंद केलेले कार्बन पावडर (ग्रॅन्यूल) दोन धातूच्या प्लेट्समध्ये असते. कॅप्सूलच्या एका बाजूला असलेल्या प्लेट्सपैकी एक झिल्लीशी जोडलेली असते.

जेव्हा ध्वनी झिल्लीवर कार्य करते तेव्हा ते कंप पावते, कंपन कार्बन धूळमध्ये प्रसारित करते. धूळ कण कंपन करतात, वेळोवेळी एकमेकांशी संपर्काचे क्षेत्र बदलतात. अशाप्रकारे, मायक्रोफोनचा विद्युतीय प्रतिकार देखील चढ-उतार होतो, ज्या सर्किटमध्ये तो जोडला जातो त्या सर्किटमध्ये विद्युत प्रवाह बदलतो.

पहिले मायक्रोफोन मालिकेत जोडलेले होते गॅल्व्हॅनिक बॅटरीसह व्होल्टेज स्त्रोत म्हणून.

जेव्हा असा मायक्रोफोन ट्रान्सफॉर्मरच्या प्राथमिक वळणाला जोडलेला असतो, तेव्हा त्याच्या दुय्यम वळणावरून पडद्यावर क्रिया करणार्‍या आवाजासह वेळेत चढउतार होणारा आवाज काढून टाकणे शक्य होते. विद्युतदाब… कार्बन मायक्रोफोनमध्ये उच्च संवेदनशीलता आहे, ज्यामुळे काही प्रकरणांमध्ये अॅम्प्लीफायरशिवाय देखील ते वापरणे शक्य होते. जरी कार्बन मायक्रोफोनमध्ये लक्षणीय कमतरता आहे - लक्षणीय गैर-रेखीय विकृती आणि आवाजाची उपस्थिती.

कंडेनसर मायक्रोफोन

कंडेन्सर मायक्रोफोन (जे ध्वनीच्या प्रभावाखाली विद्युत क्षमता बदलण्याच्या तत्त्वावर आधारित आहे) एका अमेरिकन अभियंत्याने शोधले होते. एडवर्ड वेंटे 1916 मध्येकॅपेसिटरची त्याच्या प्लेट्समधील अंतरावरील बदलानुसार कॅपेसिटन्स बदलण्याची क्षमता त्या वेळी आधीच ज्ञात आणि अभ्यासली गेली होती.

तर, कंडेन्सर प्लेट्सपैकी एक पातळ जंगम पडदा आवाजास संवेदनशील म्हणून येथे कार्य करते. पडदा त्याच्या पातळपणामुळे हलका आणि संवेदनशील होतो, कारण सोन्याचा किंवा निकेलचा पातळ थर असलेले पातळ प्लास्टिक पारंपारिकपणे त्याच्या उत्पादनासाठी वापरले जाते. त्यानुसार, दुसरा कॅपेसिटर प्लेट स्थिर असणे आवश्यक आहे.

जेव्हा अल्टरनेटिंग ध्वनी दाब पातळ प्लेटवर कार्य करते, तेव्हा ते कंप पावते-किंवा दुसऱ्या कॅपेसिटर प्लेटच्या दिशेने, नंतर दूर जाते. या प्रकरणात, अशा प्रकारच्या व्हेरिएबल कॅपेसिटरची विद्युत क्षमता बदलते आणि बदलते. परिणामी, इलेक्ट्रिकल सर्किटमध्ये ज्यामध्ये हे कॅपेसिटर समाविष्ट आहे, वीज झिल्लीवर पडणाऱ्या ध्वनी लहरीच्या आकाराची पुनरावृत्ती करणारी दोलन.

प्लेट्समधील ऑपरेटिंग इलेक्ट्रिक फील्ड एकतर बाह्य व्होल्टेज स्त्रोताद्वारे (उदा. बॅटरी) किंवा प्लेट्सपैकी एकासाठी कोटिंग म्हणून ध्रुवीकृत सामग्री लागू करून तयार केले जाते (इलेक्ट्रेट मायक्रोफोन हा कंडेनसर मायक्रोफोनचा एक प्रकार आहे).

येथे प्रीएम्प्लिफायर वापरणे आवश्यक आहे, कारण सिग्नल खूप कमकुवत आहे, कारण आवाजातील कॅपेसिटन्समधील बदल अत्यंत लहान असल्याचे दिसून येते, झिल्ली अगदी स्पष्टपणे कंपन करते. जेव्हा प्रीअॅम्प्लीफायर सर्किट ऑडिओ सिग्नलचे मोठेपणा वाढवते, तेव्हा आधीच वाढवलेला सिग्नल नंतर मार्गस्थ केला जातो अॅम्प्लीफायरला… त्यामुळे कंडेन्सर मायक्रोफोनचा पहिला फायदा — अगदी उच्च फ्रिक्वेन्सीवरही ते अतिसंवेदनशील असतात.

डायनॅमिक मायक्रोफोन

डायनॅमिक मायक्रोफोनचा जन्म हे जर्मन शास्त्रज्ञांचे श्रेय आहे Gervin Erlach आणि वॉल्टर स्कॉटकी… 1924 मध्ये त्यांनी एक नवीन प्रकारचा मायक्रोफोन, डायनॅमिक मायक्रोफोन सादर केला, ज्याने रेखीयता आणि वारंवारता प्रतिसादाच्या बाबतीत कार्बनच्या पूर्ववर्तीपेक्षा जास्त कामगिरी केली आणि मूळ इलेक्ट्रिकल पॅरामीटर्समध्ये कंडेनसर समकक्षाला मागे टाकले. त्यांनी चुंबकीय क्षेत्रात अतिशय पातळ (सुमारे 2 मायक्रॉन जाडीची) अॅल्युमिनियम फॉइलची नालीदार रिबन ठेवली.

1931 मध्ये, अमेरिकन शोधकांनी मॉडेल सुधारित केले. टोरेस आणि वेंटे… त्यांनी डायनॅमिक मायक्रोफोन ऑफर केला प्रेरक सह… हा उपाय अजूनही रेकॉर्डिंग स्टुडिओसाठी सर्वोत्तम मानला जातो.

डायनॅमिक मायक्रोफोनवर आधारित आहे इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक इंडक्शनची घटना… हा पडदा कायम चुंबकीय क्षेत्रात हलक्या प्लास्टिकच्या नळीभोवती गुंडाळलेल्या पातळ तांब्याच्या ताराला जोडलेला असतो.

ध्वनी कंपने झिल्लीवर कार्य करतात, पडदा कंपन करतो, ध्वनी लहरीच्या आकाराची पुनरावृत्ती करतो, त्याच्या हालचाली वायरमध्ये प्रसारित करताना, वायर चुंबकीय क्षेत्रात फिरते आणि (विद्युत चुंबकीय प्रेरणाच्या नियमानुसार) विद्युत प्रवाह प्रेरित होतो. वायरमध्ये, आवाजाच्या आकाराची पुनरावृत्ती करणे, पडद्यावर पडणे.

प्लॅस्टिक सपोर्ट असलेली वायर हे अगदी हलके बांधकाम असल्याने, ते खूप मोबाइल आणि अतिशय संवेदनशील असल्याचे दिसून येते आणि इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक इंडक्शनद्वारे प्रेरित पर्यायी व्होल्टेज महत्त्वपूर्ण आहे.

इलेक्ट्रोडायनामिक मायक्रोफोन्स कॉइल मायक्रोफोन्स (चुंबकाच्या कंकणाकृती अंतरामध्ये डायाफ्रामसह सुसज्ज), रिबन मायक्रोफोन्स (ज्यामध्ये कोरुगेटेड अॅल्युमिनियम फॉइल कॉइल मटेरियल म्हणून काम करतात), आयसोडायनामिक इत्यादींमध्ये विभागलेले आहेत.

क्लासिक डायनॅमिक मायक्रोफोन विश्वासार्ह आहे, ऑडिओ फ्रिक्वेन्सी श्रेणीमध्ये विस्तृत प्रमाणात संवेदनशीलता आहे आणि निर्मितीसाठी स्वस्त आहे. तथापि, ते उच्च फ्रिक्वेन्सीवर पुरेसे संवेदनशील नसते आणि ध्वनी दाबातील अचानक बदलांना खराब प्रतिक्रिया देते - हे त्याचे दोन मुख्य दोष आहेत.

डायनॅमिक रिबन मायक्रोफोनमध्ये फरक आहे की चुंबकीय क्षेत्र खांबाच्या तुकड्यांसह कायम चुंबकाने तयार केले जाते, ज्यामध्ये एक पातळ अॅल्युमिनियम पट्टी असते, जी तांब्याच्या तारेचा पर्याय आहे.

टेपमध्ये उच्च विद्युत चालकता आहे, परंतु प्रेरित व्होल्टेज लहान आहे, म्हणून ते सर्किटमध्ये जोडणे आवश्यक आहे स्टेप अप ट्रान्सफॉर्मर… अशा सर्किटमध्ये ट्रान्सफॉर्मरच्या दुय्यम विंडिंगद्वारे एक उपयुक्त श्रवणीय सिग्नल काढला जातो.

रिबन डायनॅमिक मायक्रोफोन पारंपारिक डायनॅमिक मायक्रोफोनपेक्षा एकसमान वारंवारता श्रेणी प्रदर्शित करतो.

कायमस्वरूपी चुंबक सामग्री म्हणून, मायक्रोफोन्स उच्च अवशिष्ट इंडक्शनसह कठोर चुंबकीय मिश्र धातु वापरतात (उदा. NdFeB). शरीर आणि अंगठी मऊ चुंबकीय मिश्र धातुंनी बनलेली असते (उदा. इलेक्ट्रिकल स्टील किंवा परमॅलॉइड).

पायझोइलेक्ट्रिक मायक्रोफोन

ऑडिओ तंत्रज्ञानातील एक नवीन शब्द रशियन शास्त्रज्ञ रझेव्हकिन आणि याकोव्हलेव्ह यांनी 1925 मध्ये बोलला होता. त्यांनी ध्वनीला वर्तमान दोलनांमध्ये रूपांतरित करण्यासाठी मूलभूतपणे नवीन दृष्टीकोन प्रस्तावित केला - एक पायझोइलेक्ट्रिक मायक्रोफोन. ध्वनी दाबाची क्रिया उघड आहे पायझोइलेक्ट्रिक क्रिस्टल.

ध्वनी रॉडशी जोडलेल्या झिल्लीवर कार्य करतो, जो यामधून पायझोइलेक्ट्रिकला जोडलेला असतो. पीझो क्रिस्टल रॉडच्या कंपनांच्या क्रियेखाली विकृत होतो आणि त्याच्या टर्मिनल्सवर एक व्होल्टेज दिसून येतो, घटना ध्वनीच्या आकाराची पुनरावृत्ती होते. हे व्होल्टेज उपयुक्त सिग्नल म्हणून वापरले जाते.