Mikrofons

Mikrofons (microphone) ir ierīce akustisku svārstību pārvēršanai elektriskās svārstībās skaņas pastiprināšanas, pārraidīšanas, ierakstīšanas vai mērīšanas nolūkos. Pirmais praktiski lietojamais mikrofons bija oglekļa mikrofons un to lietoja telefoniem.

Gandrīz visi mikrofoni sastāv no vieglas membrānas, kas var svārstīties skaņas iedarbībā, šīs svārstības tiek pārveidotas elektriskā signālā. Šī pārveidošanas metode ir viens no mikrofonu iedalījuma kritērijiem. Dinamiskajiem mikrofoniem pie membrānas ir piestiprināta viegla spolīte, kas atrodas virs liela magnēta un skaņas svārstību rezultātā tur inducējas strāva. Kondensatora mikrofoniem membrāna ir metalizēta un atrodas netālu no liela metāla elektroda. Šie abi komponenti veido kondensatoru, kura kapacitāte mainās skaņas svārstību iedarbībā. Pjezoelektriskajiem mikrofoniem starp membrānu un pamatni iestiprina pjezoelementu. Membrānas svārstību iedarbībā tas veido spriegumu, kas ir proporcionāls skaņas svārstībām.

Vēsture 

1877. gada martā Tomass Edisons, tā paša gada jūnijā Emīls Berliners veica patenta pieteikumus ogles mikrofonam. Ilgā prāvā uzvaru guva Edisons, un Berlinera patents tika atcelts gan ASV, gan Lielbritānijas tiesās.

Sastāvdaļas 

Jutīgā mikrofona daļa vai pārvades elements mikrofonā tiek saukts par tā elementu vai kapsulu. Mikrofons satur arī elementu, kurš novada signālu no tā uz pārējām detaļām un shēmas, kas ļauj mikrofonu pieslēgt ārējām iekārtām. Bezvadu mikrofons satur radio raidītāju.

Mikrofonu veidi

Elektriskā kondensatora mikrofons 

Elektriskā kondensatora mikrofons ir kondensatoru mikrofonu veids, ko izgudrojuši Gerhards Sesslers (Gerhard Sessler) un Džims Wests (Jim West) Bell laboratorijā 1962.gadā. Ārēji lādēts metāls, kas atradās zem kondensatora, tika aizstāts ar nepārtraukti lādētu elektreta materiālu. Elektrets ir feroelektrisks materiāls, kurs ir nepārtraukti elektriski lādēts vai polarizēts. Šis vārds cēlies no elektro-statisks un magnet-isks. Statiskais lādiņš tiek ievietots elektromateriālā, lielākoties magnētisms šeit tiek iegūts, iestrādājot metāla gabalos magnētus.Sakarā ar mikrofonu labo veiktspēju un ražošanas vieglumu un ar zemām izmaksām, lielākā daļa no mikrofoniem šodien ir elektriskā kondensatora mikrofoni, mikrofoni ar pusvadītāju ikgadējo apgrozījumu sasniedz ap 1 biljonu gabalu.

Dinamiskie mikrofoni 

Dinamiskie mikrofoni darbojas ar elektromagnētisko indukciju. Tie ir jaudīgi, salīdzinoši lēti un izturīgi pret mitrumu. Tas padara dinamiskos mikrofonus par ideāli piemērotiem izmantošanai uz skatuves.
Pastāvīgā magnētiskā laukā ir novietota neliela Indukcijas spole, kas piesaistīta diafragma. Skaņas radītajām gaisa svārstībām nokļūstot mikrofonā caur tā priekšējo sieniņu, diafragma skaņas viļņu ietekmē vibrē. Diafragmai vibrējot, spole kustas magnētiskajā laukā radot elektrisko signālu. Viena dinamiskā membrāna nevar uztvert visas audio frekvences. Šī iemesla dēļ dažos mikrofonos tiek izmantotas vairākas membrānas audio spektra dažādām daļām, kā arī, lai kombinētu iegūtos signālus. Pareizi apvienot vairākus signālus ir sarežģīti, bet ir vairāki mikrofonu veidi, kas domāti noteiktām tembra daļām, kā piemēram basa uztverei. Mikrofons AKGD 112, piemēram, ir paredzēts basa toņu uztveršanai. Audio speciālisti bieži  izmanto vairākus mikrofonus vienlaikus, lai iegūtu vislabākos rezultātus.

Lentes mikrofoni 

Lentes mikrofonos izmanto plānu, parasti gofrēta metāla lenti, ko ietver magnētiskais lauks. Lente ir elektriski savienota ar mikrofona izvadi, un tās vibrācijas magnētiskajā laukā rada elektrisko signālu. Lentes mikrofoni ir ļoti līdzīgi spoles mikrofoniem, jo abi izmanto elektromagnētisko indukciju. Pamatā lentes mikrofoni izmanto (bi-directional modeli — kas izskatās kā skaitlis astoņi), jo lente, kas ir atvērta gan priekšā, gan aizmugurē, reaģē uz spiediena gradientu, nevis skaņas spiedienu. Gan priekša, gan aizmugure var traucēt skaņas uztverē, parasti stereo ieraksta augstspiediena puses, Bet šīs problēmas var izmantot arī savā labā, novietojot lentes mikrofonu horizontāli, tā lai skaņa šķērsotu skaitli 8.
Dažādu veidu modeļos ir vienā pusē deflektors, kas ļauj skaņu uztvert tikai vienā pusē. Classic RCA tipa 77 DX mikrofonam ir vairākas ārēji regulējamas pozīcijas, iekšējā trokšņa slāpētājs, ļaujot izvēlēties vairākas pozīcijas labākas skaņas ieguvei. Daži vecie lentes mikrofoni, no kuriem daži vēl arvien nodrošina augstas kvalitātes skaņas ierakstus, savulaik tika novērtēti šī paša iemesla dēļ, bet labu zemas frekvences reakciju varēja iegūt tikai, kad lente tika pārtraukta, kas padarīja to samērā nestabilu.

Ogles mikrofons 

Ogles mikrofons pazīstams arī kā pogu mikrofons. Tajā tiek lietojas kapsulas vai pogas, kas satur ogles granulas starp divām metāla plāksnēm, kā Berlinera un Edisona mikrofonos. Spriegums tiek laists cauri metāla plāksnēm, izraisot nelielu strāvas plūsmu caur ogli. Viens no šķīvjiem, diafragma, vibrē, liekot granulām deformēties, deformējoties granulas maina savu blīvumu, liekot elektriskajai masai rezonēt. Ogles mikrofoni tikuši arī izmantoti telefonos, bet tiem bijusi pārāk zema kvalitāte un tie esot darbojušies mazā frekvenču lokā.
Atšķirībā no citu mikrofonu tipiem, ogles mikrofonu var izmantot arī kā pastiprinātāju, izmantojot nelielu daudzumu skaņas enerģijas.

Ūdens mikrofons 

Sākumā ūdens mikrofoni neveidoja saprotamu runu, līdz brīdim, kad Aleksandrs Greiems Bells veica to uzlabojumus, tostarp manīja pretestību mikrofonam. Bella šķidruma raidītājs sastāvēja no metāla kausa, kurš bija piepildīts ar ūdeni un pievienots neliels daudzums sērskābes. Skaņas viļņi izraisīja diafragmas kustības, liekot adatai pārvietoties uz augšu un uz leju. Elisha Gray iesniedza vēlāku versiju, kur tika izmantota misiņa adata. Dažādi nelieli uzlabojumi un variācijas tika piedāvāti vēlākos gados, šos uzlabojumus veica: Majoranna, Chambers, Vanni Sykes un Elisha Gray, un viena versija tika patentēta 1903,gadā kuru piedāvāja Reginald Fessenden. Šie bija pirmie strādājošie mikrofoni, kaut tiem nebija komerciāla pielietojuma. Slavenā pirmā telefona saruna, kas norisinājās starp Bellu un Watsonu notika, izmantojot ūdens mikrofonu.

Mikroelektromehāniskais mikrofons 

Mikrofons MEMS (MicroElectrical-Mechanical System) tiek dēvēts arī par mikrofona mikroshēmu vai silīcija mikrofonu. Spiedienjūtīgā diafragma ir iestrādāta tieši silikona mikroshēmā ar MEMS paņēmieniem, un parasti ir saistīta ar integrētu pastiprinātāju. Lielākā daļa MEMS mikrofonu tiek veidoti pēc kondensatoru mikrofonu parauga. Lielākie ražotāji MEMS silīcija mikrofonu jokmā ir Wolfson Microelectronics (WM7xxx), Analog Devices, Akustica (AKU200x), Infineon (SMM310 produkts), Knowles Electronics, Memstech (MSMx), NXP Semiconductors, Sonion MEMS, AAC Acoustic Technologies un Omron.

Atsauces

Ārējās saites 
 Machine-History.com
 lloydmicrophoneclassics.com
 stokowski.org
 shure.com

Skaņa
Sensori