Микрофон

Микрофон

Тип компоненте	пасивна (електромагнет)
Принцип рада	претворба звука у напон
Изумитељ	Емиле Берлинер
Прва производња	1870-их
Електронски симбол

Микрофон (енг. мицропхоне) је електрични претварач који претвара звук у електрични сигнал. Неке се врсте микрофона претежно примјењују за пријенос говора или глазбе, а друге у мјерне сврхе (на примјер за мјерење буке, за акустичку анализу и слично).

Као изумитељ првог микрофона спомиње се Емиле Берлинер, док је први квалитетнији микрофон изумио Алеxандер Грахам Белл. W. Сиеменс изумио је 1878. електродинамички микрофон с титрајном завојницом (на том начелу најчешће раде и данашњи микрофони).

Ријеч микрофон потјече од енглеске ријечи мицропхоне (која пак потјече од двије грчке ријечи - микрос што значи мали, и пхоне што значи звук). Назив микрофон први је употријебио C. Wхеатстоне.

Микрофони имају више примјена, примјерице у телефонима, снимачима, радијским и телевизијским студијима, рачуналима, ВоИП технологији и тако даље.

Принцип рада

Претворба звука у измјенични електрични напон одвија се у два корака: мембрана се звучним валовима побуђује на механичко титрање, а оно се с помоћу механичко-електричнога претворника, спојенога с мембраном, претвара у електрични напон. Према начину уградње мембране, конструкцији претворника и његовим својствима, разликују се поједини типови и изведбе микрофона, па и њихова фреквенцијска и усмјерна карактеристика и друге значајке (осјетљивост, изобличење, импеданција, корисност, омјер сигнал/сметња).

Микрофони могу бити тлачни или градијентни, што овиси о томе дјелује ли тлак звучних валова (такозвани звучни тлак) на мембрану само с једне или с обију страна, док се према типу претворника дијеле на угљене, електродинамичке, кристалне, кондензаторске и друге.

Врсте

Угљени

Угљени микрофон.

Тхомас Алва Едисон је у ожујку 1877. патентирао први угљени микрофон, а тај је до појаве електронских цијеви био једина направа која је претварала звук у електрични сигнал. Користио се у телекомуникацијама од самих почетака па све до осамдесетих година 20. стољећа. Предности су му биле једноставност, ниска цијена, механичка отпорност и висока разина излазног сигнала. Међутим, релативно велика нелинеарна изобличења и висок шум онемогућили су му ширу примјену. Начин рада угљеног микрофона заснива се на појави промјене електричног отпора зрнаца графита смјештених у кућиште микрофона. Услијед промјенљивог звучног тлака испред мемебране микрофона долази до промјене електричног отпора угљенога микрофона и својеврсне "модулације" истосмјерне електричне струје овисно о амплитуди звучног тлака. Измјенична компонента струје на другом крају струјног круга узроковала је титрање мембране у електромагнетној слушалици која је на тај начин претварала електрични сигнал у звук.

Угљени микрофон састоји се од металне кутије затворене мембраном и испуњене угљеним зрнцима. Електрични отпор слоја зрнаца овиси о тлаку којим мембрана тлачи зрнца приликом титрања. Тиме је, у фреквенцији звучних валова, модулирана истосмјерна струја која тече кроз микрофон. Тренутачна вриједност измјеничне компоненте индуциранога напона, који настаје због промјене отпора, овиси о елонгацији мембране, а не о фреквенцији. Угљени се микрофон због прикладне осјетљивости користи у телефонији, оптеретног електричног отпора 600 Ω.

Динамички

Електродинамички микрофон.

Приказ рада електродинамичког микрофона: 1. звучни вал, 2. мембрана, 3. покретна завојница, 4. магнет, 5. електрични сигнал.

Електродинамички микрофон ради на принципу електромагнетске индукције гдје звучни валови на погодан начин узрокују гибање титрајне завојнице или траке. Отпоран је на влагу, механички издржљив, задовољавајућих пријеносних карактеристика и релативно јефтин. Изведе ли се као електродинамички микрофон с титрајном завојницом има задовољавајући излазни напон за непосредан прикључак на предпојачало. Изведе ли се, међутим, као електродинамички микрофон с траком, излазни се напон редовито повећава на одговарајућем микрофонском трансформатору са сврхом постизавања што бољега односа сигнала и шума.

У електродинамичком микрофону мембрана је спојена с титрајном завојницом или врпцом. У електричном водичу, који је смјештен у зрачном распору сталног (перманентнога) магнета, приликом титрања мембране индуцира се напон који је управно размјеран титрајној брзини. Фреквенцијска карактеристика титрајне брзине овиси о фактору квалитете титрајнога сустава. Уз константан тлак звучних валова добивена електромоторна сила мора бити неовисна о фреквенцији, па и титрајна брзина мора бити константна за подручје константнога тлака звучних валова.

Динамички микрофони су прилично отпорни на механичка оштећења и влагу и имају висок ГБФ (Гаин Бефоре Феедбацк), тако да им је главна примена озвучавање концерата. Микрофон АКГ Д112 је познат по употреби при снимању или озвучавању бас бубња, док се Схуре СМ58 често користи за озвучавање и снимање добоша и понекад вокала.

Кондензаторски

Унутрашњост кондензаторског микрофона.

Приказ рада кондензаторског микрофона: 1. звучни вал, 2. предња мембрана, 3. стражња арматура, 4. извор струје, 5. отпорник, 6. електрични сигнал.

Кондензаторски, односно електростатски микрофон израђује се тако да је мембрана микрофона једна од плоча електричног кондензатора изведеног у облику капсуле. Кондензатор може бити спојен на два начина: ако је спојен у истосмјерни електрични струјни круг, тада се титрањем мембране мијења електрични капацитет кондензатора у електричном струјном кругу и ствара одговарајућа измјенична струју, односно измјенични пад напона на отпорнику врло великога отпора. Ако се пак кондензатор спаја у круг осцилатора довољно високе фреквенције, тада се титрањем мембране мијења фреквенција осцилатора, те се након фреквенцијске демодулације постиже одговарајући тонски сигнал. Кондензаторски микрофони производе се у широком спектру намјена, од релативно јефтиних комерцијалних микрофона па све до професионалних микрофона намијењених студијским снимањима. Једини им је недостатак потреба за посебним извором напајања, но тај недостатак надокнађују својом квалитетом. Кондензаторски микрофони изводе се и с двије мембране које остварују различите усмјерне карактеристике.

У кондензаторском микрофону титрањем електрички водљиве мембране мијења се електрични капацитет кондензатора, а тиме и измјенична струја пуњења и пражњења кондензатора, па она на радном отпорнику узрокује измјенични пад напона размјеран (пропорционалан) елонгацији мембране. У кондензаторском се микрофону увијек примјењује истосмјерни поларизацијски напон, обично између 12 и 200 V. Импеданција је микрофона капацитивна и одређена је електричним капацитетом (око 50 пФ). Ако се између електрода кондензаторскога микрофона стави унапријед поларизирани диелектрик, електрет, избјегава се потреба за поларизирајућим напоном, а капацитет се повећава десетак пута. Тиме се добива електретски микрофон, којему су својства идентична својствима кондензаторскога микрофона или боља од њих.

Кристални

Приказ рада кристалног микрофона.

Кристални микрофон.

Кристални или пиезоелектрични микрофон користи својства неких кристала да под повећаним тлаком стварају електрични напон. Робусни су и јефтини, но релативно висока нелинеарна изобличења и карактеристичан фреквенцијски одзив ограничили су њихову упорабу само на нека подручја. У кристалном микрофону електрични напон настаје при савијању плочица кристала Сеигнеттове соли (калијев натријев тартарат фероелектричних својстава) или некога сличнога пиезоелектричног материјала под утјецајем тлака звучних валова, а електромоторна је сила пропорционална елонгацији мембране. Отпоран је на влагу и повишену температуру, а унутарњи отпор овиси о електричном капацитету, који износи 500 до 4 000 пФ.

Карактеристике

Усмјерна карактеристика

Усмјерна карактеристика показује осјетљивост микрофона у овисности од смјера доласка звука гледано у водоравној равнини. Разне усмјерне карактеристике постижу се различитим механичким изведбама микрофона (заслонима, апсорпцијским материјалима и тако даље) те изведбом микрофона с двије, електрички спојене мембране. Усмјерна карактеристика може бити:

• кружна, гдје микрофон има једнаку осјетљивост са свих страна (0 то 360°),
• кардиоидна, гдје је осјетљивост микрофона с предње стране нешто већа у односу на стражњу,
• хиперкардиоидна, гдје је осјетљивост са стражње стране још више умањена,
• у облику "осмице" гдје је осјетљивост микрофона једнака с предње и стражње стране, али је умањена с бочних страна.

Нелинеарна изобличења

Податак о висини укупних нелинеарних изобличења (ТХД, енг. тотал хармониц дистортион) даје се уз податак о максималном звучном тлаку који је карактеристичан за такво нелинеарно избличење. На примјер, податак: "142 дБ СПЛ ("соунд прессуре левел")  ТХД < 0,5%" односи се на звучни тлак од 142 дБ изнад прага чујности при чему ће укупна нелинеарна изобличења бити мања од 0,5%.

Динамички опсег

Динамички опсег микрофона даје податак о разлици максималнога звучнога тлака и прага шума те на извјестан начин говори знатно мање о микрофону у односу на податак о максималном тлаку за одређену разину нелинеарних изобличења и о разини унутарњег шума микрофона израженој у децибелима у односу на праг чујности.

Осјетљивост

Микрофон Радио Београда, Неуманн M-49 из 1940. године

Осјетљивост микрофона говори о излазном напону микрофона у односу на одговарајући звучни тлак испред микрофона, а на одређеној удаљености испред микрофона (1 м). Микрофон с већом осјетљивости имат ће већи излазни напон за исти звучни тлак те ће се моћи прикључити на појачало с мањим појачањем. Изражава се у мВ/Па (миливолта/пасцалу) при фреквенцији звучног вала од 1 кХз. Нешто старији начин је изражавање осјетљивости у дБ, а у односу на референтну осјетљивост од 1В/Па. Осјетљивост микрофона од -60 дБ је у том смислу већа од осјетљивости микрофона од -70 дБ.

Импеданција

Динамички микрофони с унутарњом импеданцијом мањом од 600 Охма сматрају се микрофонима с малом унутарњом (излазном) импеданцијом, од 600 до отприлике 10 000 Охма микрофонима са средњом импеданцијом, а микрофоне с импеданцијом већом од 10 000 Охма сматрамо микрофонима с високом унутарњом импеданцијом. Микрофони с ниском излазном импеданцијом користе се у увјетима гдје су спојни водови између микрофона и улазног ступња појачала релативно врло дуги. У том случају користи се редовито симетрични прикључак микрофона на појачало. Микрофони с високом излазном импеданцијом прикључују се на појачало знатно краћим водовима (неколико метара) и тада се редовито користи асиметричан прикључак микрофона на појачало.

Пријеносни фреквенцијски опсег

Пријеносни фреквенцијски опсег се у квалитетнијих микрофона приказује графички, одговарајућом пријеносном амплитудном фреквенцијском карактеристиком у подручју од 20 Хз до 20 кХз, а за звук који долази с предње стране микрофона. Фреквенцијски опсег јефтинијих микрофона може се дати и као податак: "30 Хз–16 кХз ±3 дБ", гдје произвођач гарантира да амплитудна фреквенцијска карактеристика у подручју од 30 Хз до 16 кХз не одступа више од ±3 дБ од неке средње вриједности амплитуде.

Литература

• Едерхоф, Андреас: Дас Микрофонбуцх, Мüнцхен: Царстенсен, 2006. ИСБН 3-910098-28-2
• Гöрне, Тхомас: Микрофоне ин Тхеорие унд Праxис. Аацхен: Електор, 1994. ИСБН 3-928051-76-8
• Хеил, Б.: Тхе Мицропхоне: А Схорт Илустратед Хисторy, у: QСТ - НЕWИНГТОН; 90, 6; 50-52
• Јелаковић, Тихомил / Вујновић, Момир: Микрофони, Загреб: Школска књига, 1996.
• Сцхнеидер, Мартин: Микрофоне, у: Wеинзиерл, Стефан (изд.): Хандбуцх дер Аудиотецхник, Берлин: Спрингер Верлаг, 2008. ИСБН 978-3-540-34300-4

Повезано

• Звук
• Звучник

Екстерни линкови

Мицропхонес на Wикимедијиној остави

• Основне информације о микрофонима
• Основе микрофона Архивирано 2009-10-16 на Wаyбацк Мацхине-у
• Претварач микрофонске осјетљивости - дБ ре 1 V/Па и пријеносни фактор