Микрофон — это устройство, которое улавливает звуковые колебания и преобразует их в электрические сигналы, что позволяет записывать, усиливать или передавать звук на расстояние.
История изобретения: от механического уха к угольному микрофону
История микрофона началась в 1861 году, когда немецкий учитель Филипп Рейс создал прообраз современного устройства. Его аппарат, который он назвал «телефоном», был скорее демонстрацией принципа работы человеческого уха, чем практическим прибором. Сконструированный из подручных материалов — проволоки, вязальной спицы, кожи и части корпуса скрипки — он имел кожаную диафрагму в качестве мембраны. Хотя изобретение Рейса было несовершенным, именно его идея легла в основу будущих разработок.
Значительный шаг вперед сделал американский профессор Дэвид Эдвард Юз. Проведя серию экспериментов в 1870-х годах (точная дата — 1878 год — оспаривается), он создал более эффективный аппарат. Юз обнаружил, что чувствительным элементом, преобразующим звук в электрический сигнал, могут служить металлические опилки, графит или уголь. Его работа привела к появлению прототипа угольного микрофона.
Принцип работы и эволюция угольного микрофона
Усовершенствованный угольный микрофон представлял собой герметичную капсулу, заполненную угольным порошком, который находился между двумя металлическими пластинами. Одна из пластин соединялась с гибкой мембраной. Когда звуковые волны воздействовали на мембрану, давление на угольный порошок менялось. Это приводило к изменению контакта между отдельными зернами угля, что, в свою очередь, меняло электрическое сопротивление между пластинами. При постоянном токе, протекающем через пластины, эти изменения сопротивления преобразовывались в переменное напряжение — электрический аналог звука.
Первый практичный угольный микрофон был создан Эмилем Берлинером в 1877 году, а наиболее распространенная и удачная конструкция принадлежит изобретателю Энтони Уайту (1890 год). Ключевым преимуществом угольных микрофонов была высокая выходная мощность — сигнал часто не требовал дополнительного усиления и мог напрямую подаваться на наушники или громкоговоритель. Благодаря этому они долгое время были сердцем телефонных аппаратов. Однако со временем их вытеснили более совершенные технологии из-за существенных недостатков: узкого частотного диапазона, низкой чувствительности и невысокого качества звука.
Современные типы микрофонов
Сегодня микрофоны классифицируют по принципу преобразования звука и по назначению. Основные типы по принципу действия — динамические, конденсаторные и электретные. По применению их делят на вокальные (голосовые) и инструментальные.
Конденсаторные микрофоны
В конденсаторном микрофоне тонкая металлизированная мембрана служит одной из обкладок конденсатора. Колебания мембраны под действием звука изменяют емкость этого конденсатора, что генерирует электрический сигнал. Поскольку выходной сигнал очень слаб и имеет высокий импеданс (сопротивление), внутри корпуса такого микрофона обязательно размещается предусилитель. Конденсаторные микрофоны ценятся за исключительно точную и детальную передачу звука, поэтому они являются стандартом в профессиональных студиях звукозаписи, на радио и телевидении. Их главные недостатки — высокая стоимость, хрупкость и чувствительность к перепадам влажности, температуры и механическим воздействиям.
Электретные микрофоны
Электретный микрофон — это разновидность конденсаторного, но с ключевым отличием: его мембрана или задняя пластина изготовлена из электрета — специального материала, способного долго сохранять постоянный электрический заряд. Это избавляет микрофон от необходимости во внешнем источнике поляризующего напряжения, что делает его конструкцию проще, дешевле и надежнее. Благодаря этому электретные микрофоны получили широчайшее распространение в бытовой технике: диктофонах, ноутбуках, гарнитурах и видеокамерах.
Динамические микрофоны
Принцип работы динамического микрофона основан на электромагнитной индукции. К мембране прикреплена легкая катушка из тонкого провода, которая помещена в поле сильного постоянного магнита. Когда звуковые волны колеблют мембрану, катушка движется в магнитном поле, и в ней наводится (индуцируется) электрический ток. Динамические микрофоны чрезвычайно надежны, устойчивы к перегрузкам и влаге, не требуют внешнего питания. Они идеально подходят для сценического использования, записи громких источников звука (например, ударных или гитарных усилителей) и работы в полевых условиях. Интересно, что принцип их работы обратим: если подать электрический сигнал на катушку динамического микрофона, он начнет работать как примитивный громкоговоритель.
Микрофоны по назначению: вокальные и инструментальные
Вокальные микрофоны предназначены для записи или усиления голоса. Они часто имеют удобную форму для удержания в руке и могут быть оснащены ветрозащитными поп-фильтрами. Инструментальные микрофоны имеют самые разнообразные формы и размеры, они предназначены для установки рядом с музыкальными инструментами (например, на стойке у барабана или у деки гитары).
На практике многие профессиональные модели являются универсальными. Такие микрофоны, как AKG C 414, Neumann U87 или Shure SM58, благодаря своим характеристикам успешно используются и для вокала, и для записи инструментов, что делает их экономичным и гибким выбором для звукорежиссеров.