Cómo funciona un micrófono, tipos de micrófonos
Se utilizan dispositivos electroacústicos especiales llamados micrófonos para convertir las vibraciones del sonido en corriente eléctrica. El nombre de este dispositivo está relacionado con una combinación de dos palabras griegas, que se traducen como "pequeño" y "voz".
Un micrófono es un convertidor de vibraciones acústicas en el aire en vibraciones eléctricas.
El principio de funcionamiento del micrófono es que las vibraciones sonoras (en realidad fluctuaciones de la presión del aire) afectan a la membrana sensible del dispositivo, y ya las vibraciones de la membrana provocan la generación de vibraciones eléctricas, ya que es la membrana la que está conectada a la pieza del dispositivo que genera corriente eléctrica, cuyo dispositivo depende del tipo de micrófono específico.
De una forma u otra, hoy en día los micrófonos son ampliamente utilizados en diversos campos de la ciencia, la tecnología, el arte, etc. Se utilizan en equipos de audio, en dispositivos móviles, en comunicación de voz, grabación de voz, en diagnóstico médico y en investigación de ultrasonido.sirven como sensores, y en muchas, muchas otras áreas de la actividad humana, uno simplemente no puede prescindir de un micrófono de una forma u otra.
Los micrófonos tienen diferentes diseños, debido a que en los diferentes tipos de micrófonos diferentes fenómenos físicos son los encargados de generar las oscilaciones eléctricas, siendo los principales: resistencia eléctrica, inducción electromagnética, cambio de capacidad y efecto piezoeléctrico... Hoy, según el principio del dispositivo, se pueden distinguir tres tipos principales de micrófonos: dinámicos, de condensador y piezoeléctricos. Sin embargo, los micrófonos de carbono también están disponibles en algunos lugares hasta el momento, y comenzaremos nuestra revisión con ellos.
Micrófono de carbono
En 1856, un científico francés Du Monsel publicó su investigación, que demostró que incluso con un pequeño cambio en el área de contacto de los electrodos de grafito, su resistencia al flujo de corriente eléctrica cambia de manera bastante significativa.
Veinte años después, un inventor estadounidense Emil Berliner creó el primer micrófono de carbono del mundo basado en este efecto. Esto sucedió el 4 de marzo de 1877.
El funcionamiento del micrófono Berliner se basaba precisamente en la propiedad de contactar varillas de carbono para cambiar la resistencia del circuito debido a un cambio en el área de contacto conductivo.
Ya en mayo de 1878 se dio el desarrollo del invento david hughes, quien instaló una varilla de grafito con extremos puntiagudos y una membrana fijada a ella entre un par de copas de carbono.
Cuando la membrana vibra por la acción del sonido sobre ella, también cambia la zona de contacto de la varilla con las copas, así como la resistencia del circuito eléctrico al que está conectada la varilla. Como resultado, la corriente en el circuito cambió después de las vibraciones del sonido.
Thomas Alva Edison fue aún más lejos: reemplazó la varilla con polvo de carbón. El autor del diseño más famoso del micrófono de carbono es antonio blanco (1890). Son estos micrófonos los que todavía se pueden encontrar en los auriculares de los viejos teléfonos analógicos.
El micrófono de carbono está diseñado y funciona de la siguiente manera. El polvo de carbono (gránulos) encerrado en una cápsula sellada se encuentra entre las dos placas de metal. Una de las placas de un lado de la cápsula está conectada a la membrana.
Cuando el sonido actúa sobre la membrana, esta vibra, transmitiendo las vibraciones al polvo de carbón. Las partículas de polvo vibran, cambiando el área de contacto entre sí de vez en cuando. Así, la resistencia eléctrica del micrófono también fluctúa, cambiando la corriente en el circuito en el que está conectado.
Los primeros micrófonos se conectaron en serie. con una batería galvánica como fuente de voltaje.
Cuando dicho micrófono se conecta al devanado primario del transformador, es posible eliminar el sonido que fluctúa en el tiempo con el sonido que actúa sobre la membrana desde su devanado secundario. Voltaje… El micrófono de carbono tiene una alta sensibilidad, lo que permite en algunos casos usarlo incluso sin amplificador. Aunque el micrófono de carbono tiene un inconveniente importante: presencia de distorsiones no lineales significativas y ruido.
Micrófono de condensador
El micrófono de condensador (que se basa en el principio de cambiar la capacidad eléctrica bajo la influencia del sonido) fue inventado por un ingeniero estadounidense. Eduardo Wente en 1916La capacidad del capacitor para cambiar la capacitancia dependiendo del cambio en la distancia entre sus placas ya era bien conocida y estudiada en ese momento.
Entonces, una de las placas del condensador actúa aquí como una delgada membrana móvil sensible al sonido. La membrana resulta ser ligera y sensible debido a su delgadez, ya que tradicionalmente se utiliza para su producción plástico fino con la capa más fina de oro o níquel. En consecuencia, la segunda placa de condensadores debe estar fija.
Cuando la presión de sonido alterna actúa sobre una placa delgada, hace que vibre, o se mueva hacia la segunda placa del condensador y luego se aleje de ella. En este caso, la capacidad eléctrica de este tipo de condensador variable varía y cambia. Como resultado, en el circuito eléctrico en el que se incluye este condensador, electricidad oscilación que repite la forma de la onda sonora que cae sobre la membrana.
El campo eléctrico operativo entre las placas se crea mediante una fuente de voltaje externa (por ejemplo, una batería) o aplicando inicialmente un material polarizado como revestimiento para una de las placas (un micrófono electret es un tipo de micrófono de condensador).
Aquí se debe usar un preamplificador, ya que la señal es muy débil, ya que el cambio en la capacitancia del sonido resulta ser extremadamente pequeño, la membrana vibra apenas perceptiblemente. Cuando el circuito del preamplificador aumenta la amplitud de la señal de audio, la señal ya amplificada se enruta al amplificador… De ahí la primera ventaja de los micrófonos de condensador: son súper sensibles incluso a frecuencias muy altas.
Micrófono dinámico
El nacimiento de un micrófono dinámico es mérito de científicos alemanes Gervin Erlach y walter schottky… En 1924 introdujeron un nuevo tipo de micrófono, el micrófono dinámico, que superó con creces a su predecesor de carbono en términos de linealidad y respuesta de frecuencia, y superó a su homólogo de condensador en sus parámetros eléctricos originales. Colocaron una cinta corrugada de papel de aluminio muy delgado (unas 2 micras de espesor) en un campo magnético.
En 1931, el modelo fue mejorado por inventores estadounidenses. Tøres y Venta… Ofrecieron un micrófono dinámico con un inductor… Esta solución todavía se considera la mejor para estudios de grabación.
El micrófono dinámico se basa en fenómeno de la inducción electromagnética… La membrana está unida a un alambre de cobre delgado envuelto alrededor de un tubo de plástico liviano en un campo magnético permanente.
Las vibraciones sonoras actúan sobre la membrana, la membrana vibra, repitiendo la forma de la onda sonora, mientras transmite sus movimientos al hilo, el hilo se mueve en un campo magnético y (de acuerdo con la ley de inducción electromagnética) se induce una corriente eléctrica en el alambre, repitiendo la forma del sonido, cayendo sobre la membrana.
Dado que un cable con un soporte de plástico es una construcción bastante liviana, resulta ser muy móvil y muy sensible, y la tensión alterna inducida por la inducción electromagnética es significativa.
Los micrófonos electrodinámicos se subdividen en micrófonos de bobina (equipados con un diafragma en el espacio anular del imán), micrófonos de cinta (en los que el papel de aluminio corrugado sirve como material de la bobina), isodinámicos, etc.
El micrófono dinámico clásico es confiable, tiene un amplio rango de sensibilidad de amplitud en el rango de frecuencia de audio y es económico de fabricar. Sin embargo, no es lo suficientemente sensible a altas frecuencias y reacciona mal a cambios repentinos en la presión del sonido; estos son dos de sus principales inconvenientes.
Un micrófono dinámico de cinta se diferencia en que el campo magnético es creado por un imán permanente con piezas polares, entre las cuales hay una delgada tira de aluminio, que sustituye al alambre de cobre.
La cinta tiene una alta conductividad eléctrica, pero el voltaje inducido es pequeño, por lo que debe agregarse al circuito. transformador elevador… Una señal audible útil es eliminada en dicho circuito por el devanado secundario del transformador.
Un micrófono dinámico de cinta exhibe un rango de frecuencia muy uniforme a diferencia de un micrófono dinámico convencional.
Como material de imán permanente, los micrófonos utilizan aleaciones magnéticas duras con alta inducción residual (por ejemplo, NdFeB). El cuerpo y el anillo están hechos de aleaciones magnéticas blandas (por ejemplo, acero eléctrico o permaloid).
Micrófono piezoeléctrico
Los científicos rusos Rzhevkin y Yakovlev pronunciaron una nueva palabra en tecnología de audio en 1925. Propusieron un enfoque fundamentalmente nuevo para convertir el sonido en oscilaciones actuales: un micrófono piezoeléctrico. La acción de la presión del sonido está expuesta a cristal piezoeléctrico.
El sonido actúa sobre una membrana conectada a una varilla, que a su vez está unida a un piezoeléctrico. El cristal piezoeléctrico se deforma bajo la acción de las vibraciones de la varilla, y aparece un voltaje en sus terminales, repitiendo la forma del sonido incidente. Este voltaje se utiliza como una señal útil.