Звук (а точнее энергия колеблющихся частиц, которую мы слышим при движении звуковых волн) способен преодолеть лишь небольшое расстояние до тех пор, пока не рассеется в пространстве вокруг нас. До самого конца девятнадцатого века, пока не изобрели электрические микрофоны, люди не располагали возможностью передавать звуки на большие расстояния. Единственное, что можно было сделать - крикнуть погромче, но и это ненамного улучшало результат. Нельзя, находясь, например, в Владивостоке, крикнуть так громко, чтобы вас услышали в Калининграде. Нельзя было и сохранить сказанное в 1715 году так, чтобы это можно было услышать сотню лет спустя. Однако в наше время это вполне возможно: преобразуя энергию звуковых волн в электрическую, а затем в информацию, пригодную для хранения, современные микрофоны помогают пересылать звуки голосов, музыку, окружающий нас шум не только в другое место, но и в другое время. Как же устроены микрофоны? Давайте разберёмся!
Микрофон – это громкоговоритель наоборот
Внешне микрофоны очень отличаются от громкоговорителей, поэтому большинство людей и представить себе не могут, насколько они похожи. Если вы знакомы с принципом работы громкоговорителя, можно сказать, что вы постигли и принцип работы микрофона. Ведь микрофон - это громкоговоритель, в котором всё устроено наоборот!
Внутри громкоговорителя электричество подается на катушку, на которую намотан тонкий медный провод, также проходящий вокруг или напротив постоянного магнита. Переменный электрический ток в катушке создает вокруг нее магнитное поле, которое взаимодействует с постоянным магнитом. В результате катушка начинает двигаться. Катушка соединена с большим плоским диском - диффузором (диафрагмой). Так что, когда катушка движется, приходит в движение и диффузор. Движущийся вперед-назад диффузор как бы выталкивает воздух, создавая те самые звуковые волны, которые мы слышим.
В микрофоне присутствуют почти те же самые детали, однако работают они совершенно наоборот.
Как работают микрофоны
Как же микрофон трансформирует звуковую энергию в электрическую? Примерно так:
- Когда вы говорите, звуковая энергия посредством звуковых волн достигает микрофона. Напомню вам, что любой звук, который мы слышим, - это энергия колебаний частиц воздуха, в котором распространяются звуковые волны.
- Внутри микрофона мембрана из очень тонкого пластика и гораздо меньшего размера, чем диффузор в громкоговорителе, колеблется под воздействием звуковых волн.
- Катушка, прикрепленная к мембране, тоже приходит в движение.
- Постоянный магнит создает магнитное поле, проходящее сквозь катушку. Движущаяся вперед-назад в этом поле катушка порождает электрический ток.
- Из микрофона ток поступает в усилитель или в звукозаписывающее устройство. Вуаля, мы только что преобразовали звук в электричество! Направив ток в звукозаписывающую аппаратуру, можно сохранить звук на веки вечные. Или же можно увеличить силу тока и направить его в колонки, снова превратив электричество в звук, но куда большей громкости. Именно так работают системы местного оповещения, гитарные усилители и эстрадная акустика.
Типы микрофонов
Несмотря на то, что все микрофоны преобразуют звуковую энергию в электрическую, они делятся на несколько видов в зависимости от небольших различий в принципе работы.
Динамические микрофоны - это самые обычные микрофоны с мембранами, магнитами и катушками. В конденсаторных микрофонах мембрана приводит в движение пластины конденсатора (устройство, накапливающее заряд и энергию электрического поля), вследствие чего вырабатывается электричество. Большинство микрофонов - всенаправленные, они одинаково качественно улавливают звуковые волны со всех сторон. Если вам нужно записать, например, голос журналиста на оживленной улице или трель птицы, сидящей высоко на ветке, лучше использовать однонаправленный микрофон, который улавливает звуковые волны только конкретного направления. Кардиоидные и гиперкардиоидные микрофоны лучше всего воспринимают звуки, источник которых расположен впереди или сбоку от микрофона. Если начертить диаграмму направленности такого микрофона, она будет похожа на сердце, отсюда и название. Существуют также микрофоны-пушки, которые можно «нацелить» на конкретную область - они обладают очень высокой степенью направленности. Беспроводные микрофоны работают с помощью радиопередатчика, который передает сигналы к усилителю или другой звуковой аппаратуре (поэтому их часто называют радиомикрофоны).
Переговорные устройства
Переговорные устройства используются как в качестве детской радио-няни, так и в офисах, позволяя начальнику общаться с подчиненными (или наоборот). Стандартный набор включает в себя две телефонные трубки, расположенные в разных комнатах и соединенные между собой медным кабелем. В каждой трубке есть динамик и пара кнопок. Динамик используется как микрофон (поглощает звук) или как громкоговоритель (выдает звук) в зависимости от того, говорите вы или слушаете.
Давайте представим: Анна (начальник) и Виктор (секретарь) сидят в соседних комнатах. Виктору нужно предупредить Анну, что через полчаса состоится совещание, поэтому он берет трубку и нажимает кнопку вызова. Переговорное устройство Анны издает сигнал, и она нажимает кнопку «разговор». Динамик в трубке Анны сейчас работает как микрофон. Анна говорит в трубку, и звуковая энергия ее голоса трансформируется в переменный ток, передающийся по кабелю в телефонную трубку Виктора. Когда электрический ток достигает динамика трубки Виктора, электричество вновь превращается в звуковые волны, и Виктор слышит голос Анны. Когда Анна заканчивает говорить, наступает очередь Виктора. Он нажимает кнопку «разговор» на своей трубке, и динамики меняются своими функциями. Теперь динамик Виктора становится микрофоном, улавливая его голос и превращая его в электрическую энергию, которая возвращается по проводу в кабинет Анны. Динамик в трубке Анны становится громкоговорителем, и она слышит, что хочет сказать ей Виктор.
Беспроводные переговорные устройства
С научной точки зрения, такие устройства наиболее интересны: они наглядно показывают, что громкоговорители и микрофоны - это противоположности. С точки зрения пользователя, это просто более удобный тип переговорных устройств. Некоторые из них умещают в трубке и микрофон, и громкоговоритель, так что собеседники могут говорить одновременно. Беспроводные переговорные устройства больше похожи на портативные рации. Для работы им не нужны неудобные провода и кабели. Хотя есть и такие, которые подключаются в розетку и раздают сигналы по электрической сети. (Такой принцип работы чем-то похож на технологию BPL - технологию широкополосного доступа через линии электропередачи).
Сделайте свой собственный микрофон!
У вас нет микрофона? Все те знания о микрофонах, которые вы только что получили, позволят вам с легкостью собрать свой собственный. Вам понадобится лишь подключить вставные наушники к разъему для микрофона и попробовать что-либо сказать. Такой небольшой трюк сработает с аудио-аппаратурой, однако не факт, что ваш компьютер его воспримет. Всё потому, что ваши наушники имеют штекер типа «стерео-джек», а разъем для микрофона предусматривает моно-штекер (также как и звуковая карта вашего компьютера скорее всего обрабатывает моно-звук). Однако попробуйте и посмотрите, что выйдет. Возможно понадобится настроить звуковую карту с помощью панели управления на компьютере или в настройках звука. Если удача на вашей стороне, вы обнаружите, что один из наушников стал работать как микрофон, в то время как с другим ничего не произошло (из-за несоответствия между стерео-штекером и моно-разъемом). Мы подключали наушники прямо к разъему для микрофона на компьютере и получали отличный микрофон, который работает в скайпе, однако с помощью системы записи звука Windows звук не записывается. Если хотите записать стерео-звук на компьютер с помощью микрофона, лучше использовать внешнюю звуковую карту (например Defender Audio USB).