ميکروفون ها

[LaDy Ds DeMoNa]

ميكروفونهاي ذغالي (كربن دار)
ميكروفونهاي ذغالي (كربن دار)

ميكروفون هاي ذغالي تشكيل شده از يك مخزن ذرات ذغال، اين ذرات ذغال ممكن است به اشكال مختلف هندسي تهيه شود. روي ذرات ذغال يك شاخكي قرار دارد كه به ديافراگم يا ممبران متصل است كه اگر در مقابل اين ممبران يل ديافراگم صوت ايجاد كنيم مرتعش مي گردد. ارتعاشات حاصل در ممبران، دقيقاً همان مشخصات ارتعاشات منبع صوت را دارا مي باشد. و اين تغييرات فشار عيناً به شاخك انتقال مي يابد. تغييرات ايجاد شده در ممبران يا شاخك باعث تغيير مقدار فشردگي ذرات ذغال به يكديگر شده كه در نتيجه مقاومت الكتريكي مجموعه مخزن تغيير مي يابد. و مشاهده مي كنيم كه متناسب با همان تغييرات فشار وارده روي ممبراتن جريان I كه از مدار عبور مي كند تغيير مي يابد. يعني توانسته ايم تغييرات فشار صورت را تبديل به جريان الكتريسيته نمائيم. كه اين جريان متغيير را مي توان بصورت فشار الكتريكي از دو سر مقاومت باز دريافت كرد.

اين ساده ترين و ارزانترين ميكروفون است كه از سال 1984 تا كنون از آن استفاده مي شود. اين ميكروفون داراي بازده با راندمان زيادي است. بنابراين بدون طبقات تقويت كننده مي توان از آن استفاده نمود. ولي در شرايط حرفه اي از آن استفاده نمي شود چون از نظر پهناي باند فركانسي مطلوب نمي باشد يعني پهناي باند آن وسيع نيست و كيفيت مطلوب و خوبي را دارا نمي باشد بنابراين از آن فقط براي انتقال سخن در تلفن و در راديو فقط در ارتباطات داخلي بين افراد استفاده مي شود. در شكل زير نمونه اي از يك پهناي باند فركانسي در يك ميكروفون ذغالي با فشار ثابت ديده مي شود.
ميكروفون ذغالي از لحاظ پاسخي فركانسي Frequency Response داراي دو اشكال اساسي و مهم مي باشد.
1-عرض باند آن (پهناي باند فركانسي) محدود است به اين ترتيب كه هم از نظر فركانس هاي بالا و پايين در عبورش محدوديت دارد. پهناي باند فركانسي اين ميكروفون بين HZ300 تا HZ3500 نيز مي باشد.
2-همين عرض باند نيز خطي نيست. منظور از خطي نبودن همان تغييرات سطح دامنه باند فركانسي نيز مي باشد. همانطور كه بيانم شد از اين ميكروفون در صنعت تلفن استفاده مي شود چرا كه در اين جا، فقط هدف ما رساندن پيام مي باشد و كيفيت صدا براي ما مطرح نيست



ميكروفونهاي ديناميكي (Moving Coil Nie)



ميكروفونهاي ديناميكي تشكيل شده از يك ممبران از جنس سبك نظير كاغذ، پلاستيك و با آلومينيوم كه يك سيم پيچ به ممبران (ديافراگم) متصل است و اين سيم پيچ مي تواند در داخل شكاف قطبين يك آهن ربا حركت نمايد. بنابراين وقتي كه فشار صوتي روي اين ممبران وارد مي آيد ممبران و در نتيجه سيم پيچ متصل به آن با همان ريتم تغييرات صوتي نوسان مي نمايند، از حركت سيم پيچ در داخل ميدان مغناطيسي يك جريان الكتريكي روي سيم پيچ القا مي گردد كه ريتم تغييرات اين جريان درست با ريتم تغييرات فشار وارده روي ممبران است.
اين ميكروفون، اولين خانواده ميكروفوني است كه بطور حرفه اي استفاده مي شود و در اين ميكروفون مغناطيس ثابت و سيم پيچ (Coil) متحرك و جرياني حدود دهم ميلي ولت ايجاد مي شود و در ميكروفون هاي حرفه اي حدود mv2/0 است.
علت اينكه اين ميكروفون ها در مصارف حرفه اي استفاده مي شود داشتن عرض باند خطي وسيعي است ولي قيمت آن بسيار گران مي باشد. اين ميكروفون ها نسبت به ميكروفون ذغالي راندمان كمتري دارد ولي داراي كيفيت بهتري است و در صنايع حرفه يا مخصوصاً در صدا و سيما بنحو احسن استفاده مي گردد و از اين ميكروفون براي ضبط گفتار استفاده مي شود. ضمناً براي زياد كردن راندمان اين نوع ميكروفون با قرار دادن سوراخ در پشت ديافراگم كه به فضاي خارج متصل باشد و با محاسبه سطح و طول سوراخ يك مقدار از انرژي صوتي را با 180 درجه اختلاف فاز به پشت ديافراگم منتقل مي نمايند اين فيدبك به حركت به ممبران كمك كرده و راندمان ميكروفون زياد مي شود.



حساسيت ولتاژ مدار باز اين ميكروفون با پيچك متحرك (سيم پيچ) تقريباً برابر با 5-10×4/2 ولت بر ميكروبار، و يا db4/92 – دسي بل مي باشد و نسبت به ميكروفون خازني كريستالي (بعداً توضيح داده مي شود) از حساسيت كمتري برخوردار مي باشد. امپدانس خروجي ميكروفون حدود 10 اهم است كه نسبت به ميكروفونهاي خازني و كريستالي خيلي ناچيز است و بوسيله ترانسفورماتور بالابرنده ولتاژ در بدنه ميكروفون عمل تطبيق امپدانس را انجام ميدهد. در ضمن ميكروفون الكتروديناميكي بدون تقويت كننده مقدماتي استفاده مي شود و مي توان با كابل نسبتاً طولاني سيگنال را از آن انتقال داد.
پاسخ فركانس اين نوع ميكروفون حدود 10 تا 14 كيلوهرتز مي باشد و در ضبط صداي گوينده و رپرتاژ و تئاتر و ... از آن استفاده مي شود.



ميكروفونهاي الكترومغناطيسي (Moving Magnet Mic)


اين ميكروفونها از يك آهن رباي نعلي تشكيل يافته كه دور قطبين آن سيم پيچ قرار دارد و ممبران آن از جنس فولاد است و وقتي كه بر اثر ارتعاشات صوتي ممبران مرتعش مي گردد صفحه فولاد به دو قطب آهن ربا دور و نزديك مي شود، بنابراين ميدان مغناطيسي در دو قطب تغيير مي يابد و اين ميدان در داخل آهن ربا تغيير مي كند و روي سيم پيچها يك جريان الكتريكي القا مي گردد كه ريتم تغييرات ارتعاشات صوتي است كه روي ممبران وارد گرديده است. نوعي ديگر از اين ميكروفونها بدين صورت است كه بخشي از ممبران را كه در برابر قطبهاي آهن رباي NS دائمي است با پولكي از آهن رباي نرم مي پوشانند تا از لرزشهاي اين پولك آهني مقاومت مغناطيسي شكاف هوائي را تغيير دهد. بنابراين لرزش ممبران باعث ايجاد جرياني در سيم پيچهاي روي آهن ربا مي گردد.
راندمان اين ميكروفون ميكروفونهاي ذغالي است ولي باند فركانسي وسيع تري دارد. اين ميكروفون بعلت وزن زياد آن در حال حاضر استفاده زيادي ندارد. و همچنين وزن زياد ممبران بازدهي ميكروفون را در فركانسهاي بالا كاهش مي دهد.

ميكروفونهاي پيزوالكتريك (كريستالي) (Pizoelectric Mic)


بعضي از عناصر مانند بلور كوارتز، نمك راشل و دي هيدروفسفاتت آمونيم و مواد سراميكي ريخته شده از قبيل تيتانات دوباريم، داراي خاصيت پيزوالكتريك هستند. يكي از بلورها كه در مقابل حرارت پايدار و بصورت خطي كار مي نمايد. بلور كوارتز مي باشد كه در الكتروآكوستيك از آن براي ساختن ميكروفون، بلندگو و پيكاپهاي گرام استفاده مي شود. نوع بلوري كه بيشتر بكار مي رود بلور با برش X ناميده يم شود كه مانند شكل از بلور طبيعي بريده ايم شود.
ميكروفون كريستالي، ميكروفوني مي باشد كه در آن از خاصيت پيزوالكتريك بعضي از كريستالها استفاده مي شود بدين معني كه تغييرات فشار وارد بر روي اين نوع كريستال جريان متناوبي متناسب با فشار وارده در دو سر كريستال ايجاد مي كند.

دو نوع ميكروفون كريستالي وجود دارد، يكنوع از آن فشار صوت مستقيماً بر صفحه كريستال تأثير مي نمايد كه داراي بازده بسيار كم در حدود 4/0 ولت براي هر ميكروبار مي باشد و نوع دوم، فشار صوت به يك ممبران فلزي وارد مي شود و حركات ممبران بوسيله ميله اي كه در پشت آن قرار دارد به كريستال منتقل مي شود كه البته اين نوع داراي بازده بيشتري در حدود يك تا دو ميلي ولت بر ميكروبار مي باشد. از ميكروفون پيزوالكتريك تا 8 سال پيش در ضبط صوتهاي خانگي استفاده ميشد. ولي هم اكنون ديگر استفاده نمي شود زيرا عرض باند آن حدود 7 تا 8 كيلوهرتز مي باشد كه پهناي باند آن كم است.
در نوع دوم ميكروفون كه ارتعاشات صوت توسط ديافراگم به كريستال منتقل مي شود و اختلاف پتانسيل دريافتي در خروجي زياد مي شود ولي پهناي باند نوار فركانس نسبت به حالت اول كمتر مي باشد.
پهناي باند نوار پاسخ فركانس ميكروفون كريستالي بين 20 تا 10000 هرتز كه حدود 5 دسي بل نسبت به حساسيت متوسط تغييرات دارد. حساسيت متوسط تغييرات دارد. حساسيت متوسط ميكروفون 50 دسي بل براي يك ولت در هر ميكروبار است.

ميكروفونهاي نواري

اين ميكروفون از يك نوار كه در داخل يك ميدان مغناطيسي دائم، بطور آزاد مي تواند حركت كند تشكيل شده است. طرز كار آن مثل ميكروفون الكتروديناميكي است فقط بجاي سيم پيچ از يك نوار استفاده شده است. اين ميكروفون بعلت سبكي ممبران (ديافراگم)، باند فركانس خوب و حساسيت زياد دارد و در موسيقي ميتوان از آن استفاده نمود ولي راندمان آن كم است.
بعلت اينكه در ميكروفون هاي نواري فشار صوت در دو طرف ممبران با فازهاي مختلف برخورد مي كند بنابراين اشكالي در پهناي باند فركانسي آن بوجود مي آيد. همانطور كه مي دانيم اختلاف فاز به ابعاد نوار و طول موج صدا بستگي دارد. بدين معني كه در طول موجهاي بلند ابعاد ممبران قابل صرفنظر كردن مي باشد در صورتيكه در طول موجهاي كوتاه ابعاد ممبران نسبت به طول موج قابل چشم پوشي نيم باشد. بنابراين پهناي باند فركانس بطور يكنواخت عمل نكرده و در فركانسهاي بالا دچار افت مي گردد. در اين صورت ضريب الاستيسيته را كاهش مي دهند و تا حدود 10 كيلوهرتز پهناي باند ادامه دارد البته در فركانسهاي پايين پاسخ فركانس حالت خطي را حفظ ميكند.
يك نوع ديگر ميكروفون نواري طراحي شده است كه بوسيله تغييراتي پهناي باند آن را افزايش داده اند. بدين صورت كه بوسيله قرار دادن موادي مانع ورود صدا به پشت ممبران مي شوند. در ضمن بوسيله تعبيه شوراخ فضاي پشت ممبران را به داخل متصل نموده و با فيدبك (بازگشت صدا به پشت) صدا را با اختلاف فاز لازم به فضاي پشت ممبران برگشت مي دهند. بطوريكه فشار صورت در هر دو طرف ممبران بطور هم فاز عمل مي كند. در اين حالت چون مسئله اختلاف وجود ندارد ميتوان پاسخ فركانس خطي 20 تا 20000 هرتز را از ميكروفون انتظار داشت. امپدانس اين نوع ميكروفون خيلي ناچيز است. بنابراين قراردادن ترانسفورماتور الزامي است. از اين ميكروفون قبل از ميكروفون خازني براي ضبط اركستر استفاده مي گرديد.
استفاده نمي شود.


ميكروفونهاي خازني (الكترواستاتيك) و يا (الكتروكاندستور)



ميكروفون خازني، ميكروفوني است كه از يك صفحه ثابت و يك صفحه متحرك كه بعنوان دو جوشن يك خازن عمل مي كند تشكيل شده است. اگر در مدار خازن يك ولتاژ و يك مقاومت قرار دهيم خازن شارژ مي شود حال اگر ارتعاشات صوتي به صفحه متحرك (ممبران) وارد آيد فاصله دو جوشن تغيير مي نمايد، بنابراين ظرفيت خازن متغير مي شود، البته تغييرات اين ظرفيت خازن تغيير مي كند جريان در مدار تغيير مي نمايد. با عبور جريان از مقاومت در دو سر اين مقاومت يك ولتاژ الكتريكي ظاهر مي شود باين وسيله توانسته ايم تغييرات فشار صوتي را به تغييرات فشار الكتريكي تبديل نمائيم.

ميكروفون الكترواستاتيك خيلي خوب مي تواند قابل مقايسه با يك ميكروفون الكترودايناميك خيلي خوب باشد وگرنه هر الكترواستاتيكي از هر الكترودايناميكي بهتر نيست. هرگاه در عمل ضبط صدا بهترين كيفيت ممكن مورد نظر باشد، مي توان از ميكروفونهاي الكترواستاتيكي يا الكتروكاندنستور (Condenser) استفاده نمود. چون حركت ديافراگم آن با جرم بسيار كم مي تواند در برابر كوچكترين ارتعاشات پاسخ سريع (Transienty Response) بدهد. و حتي اين ميكروفون مي تواند آنقدر سريع عمل مي كند كه صداي ضربه كوچك Impulse را مانند صداي يك جرقه و يا خزيدن مار برروي برگها ر ا دريافت نمايد، و اين يكي از دلايل برتري ميكروفون الكترواستاتيك بر الكترودايناميك است.
ميكروفون الكترواستاتيك (خازني) باعث مي شود كه صداي ترجمه شده يا تبديل شده خيلي نزديك به صداي اصلي باشد ولي ميكروفون الكترودايناميك صدا را تيره مي سازد.
توصيه خيلي مهم در باره اين ميكروفونها آن است كه به دليل نازك بودن ممبران آن، نبايد در ضبط انفجارات و صداهاي شديد از ان استفاده نمود. چون اين عمل باعث كاهش حساسيت آن و يا پاره شدن ممبران آن مي گردد.
بعلت امپدانس زياد و راندمان كم ميكروفوني خازني دامنه سيگنال خروجي ضعيف است بطوريكه مدار تقويت كننده الكترونيكي در بدنه ميكروفون و در ميكروفونهاي يقه اي دذ بيرون آن تعبيه مي شود. معمولاً در طراحي ميكروفون خازني سعي مي شود براي نوار وسيعي از فركانس طراحي شود. براي اين منظور بايستي ضريب كشش ديافراگم را زياد نمود و جرم آنرا كم انتخاب كرد. در نتيجه ميكروفون داراي پاسخ فركانس وسيع مي شود. البته راندمان آن با زياد كردن ضريب كشش، كاهش مي يابد كه بوسيله مدار تقويت كننده الكترونيكي به اندازه كافي تقويت مي شود.
راندمان ميكروفون خازني ميكروفون ذغالي است و پاسخ فركانس در پهناي نوار 20 تا 20000 هرتز خطي است و از اين ميكروفون براي ضبط موسيقي در استوديوها و آزمايشگاههاي تحقيقاتي آكوستيك استفاده مي شود. در شكل زير نمونه اي از يك مقطع ميكروفون يك جهته خازني و نوار پاسخ فركانس ميكروفون خازني ديده مي شود.
البته امروزه ميكروفون خازني بدون منبع تغذيه نيز ساخته شده بطوريكه در فاصله دو جوشن ماده اي قرار دارد كه بطور دائم بار الكتريكي در آن وجود دارد (الكتروولت) و بر اثر فشار صوت اختلاف پتانسيل در دو جوشن آن تغيير مي كند.