Το εξάρτημα: μικρόφωνο

Γενικά για μικρόφωνα

Μικρόφωνα είναι συσκευές που μετατρέπουν τα ηχητικά κύματα σε ηλεκτρικά σήματα. Χρησιμοποιούνται ευρέως στα στούντιο καταγραφής φωνής, στους ραδιοτηλεοπτικούς σταθμούς, στην κινητή και σταθερή τηλεφωνία.

Έγινε αντιληπτό ότι η ποιότητα του αναπαραγόμενου ήχου έχει άμεση σχέση με την ποιότητα του μικροφώνου που χρησιμοποιείται στην ηχογράφηση. Η έρευνα που αναπτύχτηκε  στην κατασκευή του μικροφώνου, έχει σαν αποτέλεσμα να κυκλοφορούν σήμαρα στην αγορά μικρόφωνα σε ευρέα περιοχή τιμών ανάλογα την ποιότητα του μικροφώνου.

Ανάλογα μεν τον τρόπο μετατροπής της  ηχητικής ενέργειας σε ηλεκτρική ενέργεια διακρίνουμε τα μικρόφωνα σε α)Μικρόφωνα άνθρακα β)Μικρόφωνα κρυσταλλικά γ)Μικρόφωνα πυκνωτή δ)Μικρόφωνα δυναμικά  ε)Μικρόφωνα επαφής.

Μικρόφωνα πυκνωτή

Το μικρόφωνο πυκνωτή στηρίζει τη λειτουργία του στη μεταβολή της χωρητικότητας ενός πυκνωτή καθώς προσπίπτουν τα ηχητικά κύματα σ'αυτόν. Πιο αναλυτικά: Καθώς τα ηχητικά κύματα φθάνουν στο μικρόφωνο κτυπούν στον μπροστινό οπλισμό του πυκνωτή που υπάρχει στο εσωτερικό του. Αποτέλεσμα να πάλεται ο οπλισμός του πυκνωτή με συνέπεια να μεταβάλλεται η απόσταση των οπλισμών του πυκνωτή.

Επειδή η χωρητικότητα είναι αντιστρόφως ανάλογη με την απόσταση των οπλισμών του πυκνωτή, η προσκρουση του ήχου σε ένα μικρόφωνο πυκνωτού έχει σαν συνέπεια την μεταβολή της χωρητικότητας του πυκνωτή που βρίσκεται στο εσωτερικό του αναλογικά με το ηχητικό κύμα που φτάνει σ' αυτόν.

Η χωρητικότητα του πυκνωτή είναι πολύ μικρή, περίπου 30-40pF ενώ μικρή είναι και η μεταβολή της χωρητικότητας και όχι μεγαλύτερη από 10%, δηλαδή 3-4pF. Σε αυτό το γεγονός οφείλεται και το ασθενές σήμα στην έξοδο του πυκνωτή. Γι' αυτό μέσα στο μικρόφωνο αυτού του τύπου υπάρχει ένα τρανζίστορ FET το οποίο έχει μεγάλη αντίσταση εισόδου για την ενίσχυση του σήματος του πυκνωτή.

Πλεονεκτήματα του μικροφώνου πυκνωτή είναι η καλή πιστότητα, η καλή απόκριση συχνοτήτων, ενώ μειονεκτήματα μικρό σήμα εξόδου, μεγάλη σύνθετη αντίσταση, ανάγκη παροχής τάσης τροφοδοσίας για τον εσωτερικό ενισχυτή.

Κρυσταλλικά μικρόφωνα

Η λειτουργία των κρυσταλλικών μικροφώνων στηρίζεται στο πιεζοηλεκτρικό φαινόμενο. Το μικρόφωνο αυτού του τύπου αποτελείται από ένα πλακίδιο πιεζοηλεκτρικού κρυστάλλου του οποίου οι δυο επιφάνειες είναι επιμεταλλωμένες. Το σύστημα βρίσκεται σε θήκη που περιέχει μεμβράνη η οποία πάλλεται με τα προσπίπτον ηχητικά κύματα και συνδέεται με την επιμεταλλωμένη πλευρά του κρυστάλλου.

Πλεονεκτήματα αυτού του τύπου μικροφώνου είναι η καλή απόκριση συχνότητας, η υψηλή τάση εξόδου ενώ μειονεκτήματα είναι η μικρή ευαισθησία και η ευαισθησία τους στις μεταβολές της θερμοκρασίας και της υγρασίας.

Μικρόφωνα άνθρακα

Η λειτουργία τους είναι απλή και στηρίζεται στη μεταβολή της αντίστασης που παρουσιάζει μια ποσότητα κόκκων άνθρακα, όταν μεταβάλλεται η πίεση που ασκείται σ' αυτούς.

Τα μικρώφωνα άνθρακα αποτελούνται από ένα θάλαμο γεμάτο κόκκους άνθρακα, που η μια πλευρά καλύπτεται από μια μεμβράκη στην οποία είναι προσαρμοσμένο ένα ηλεκτρόδιο προς το εσωτερικό μέρος των κόκκων. Ένα δεύτερο ηλεκτρόδιο είναι στερεωμένο στην απέναντι πλευρά του θαλάμου.

Το σύστημα είναι συνδέεται με ένα μετασχηματιστή δια μέσου μιας πηγής τάσης στο οποίο διαρρέεται από μικρό συνεχές ρεύμα. Όταν φτάνουν ηχητικά κύματα στη μεμβράνη, αυτή πάλλεται ασκώντας πιέσεις στους κόκκους άνθρακα. Αποτέλεσμα το ρεύμα του κυκλώματος να μεταβάλλεται με αποτέλεσμα την εμφάνισης επαγωγικής τάσης στο δευτερεύον του μετασχηματιστή. Το ηλεκτρικό σήμα από το δευτερεύον ενισχύεται και χρησιμοποιείται κατάλληλα.

Η αντίσταση του άνθρακα είναι μικρή, κυμαίνεται από 50 έως 200Ω και μπορεί να μεταβάλλεται λόγω των ηχητικών πιέσεων έως και 50%.

Πλεονεκτήματα του μικροφώνου άνθρακα είναι η καλή ευαισθησία, το μεγάλο ηλεκτρικό σήμα στην έξοδο και το χαμηλό κόστος. Μειονεκτήματα τους είναι η μεγάλη παραμόρφωση, η ανάγκη συνεχούς πηγής τροφοδοσίας και η κακή απόκριση συχνότητας, συγκεκριμένα έχουν ικανοποιητική απόδοση για ένα εύρος συχνοτήτων από 100Hz έως 5500Hz.

Επειδή στην τηλεφωνία το εύρος συχνοτήτων των ακουστικών σημάτων είναι που χρησιμοποιούνται είναι στενό, συγκεκριμένα από 100Hz έως 3400Ηz, τα μικρόφωνα άνθρακα χρησιμοποιούνται αποκλειστικά στις συσκευές τηλεφώνων.

Δυναμικά μικρόφωνα

Το μικρόφωνο αυτό αποτελείται από ένα πηνίο στερεωμένο πάνω σε μια εύκαμπτη μεμβράνη. Το πηνίο τοποθετείται μέσα σε ισχυρό μαγνητικό πεδίο που δημιουργείται από ένα μόνιμο μαγνήτη και στο οποίο μπορεί να κινείται ελεύθερα. Καθώς τα ηχητικά κύματα κτυπούν την μεμβράνη, αυτή μαζί με το πηνίο ταλαντώνονται και καθώς το πηνίο βρίσκεται μέσα στο μαγνητικό πεδίο εμφανίζεται επαγωγική τάση στα άκρα του ανάλογη με το ηχητικό κύμα που προκαλεί τις ταλαντώσεις.

Μειονεκτήματα αυτού του τύπου μικροφώνου είναι η χαμηλή σύνθετη αντίσταση 50-200Ω και ότι επηρεάζονται από ισχυρά πεδία που μπορεί να δημιουργούνται από μετασχηματιστές ισχύος ή ηλεκτρομαγνήτες.

Μικρόφωνα επαφής

Αυτά διαφέρουν από τα προηγούμενα γιατί μετατρέπουν τις δονήσεις ενός μέσου, όχι του αέρα, σε ηλεκτρικές μεταβολές. Πρέπει να εφάπτονται στο δονούμενο σώμα, γι' αυτό και ονομάστηκαν μικρόφωνα επαφής.

Χρησιμοποιούνται σε περιπτώσεις που θέλουμε το ηλεκτρικό σήμα που θα έχουμε στην έξοδο του μικροφώνου να είναι απαλαγμένο τελείως από τους θορύβους του περιβάλλοντος.

Αυτου του τύπου μικρόφωνα χρησιμοποιούνται στα μουσικά όργανα ή στα ιατρικά μηχανήματα. Είναι ιδανικά για τα μουσικά όργανα ειδικά όταν μας ενδιαφέρει ανεξάρτητη καταγραφή ήχου από κάθε μια πηγή ή ομάδα οργάνων.

Ασύρματα μικρόφωνα

Στα ασύρματα μικρόφωνα ή μετάδοση του σήματος γίνεται ασύρματα. Το ίδιο το μικρόφωνο περιέχει μικροπομπό για την μετάδοση του σήματος με την χρήση ραδιοκυμάτων. Λίγο πιο πέρα βρίσκεται ο δέκτης για τη λήψη αυτών των ραδιοκυμάτων. Τα ασύρματα μικρόφωνα δεν διαφέρουν από τα ενσύρματα μικρόφωνα στον τρόπο μετατροπής της ηχητικής ενέργειας σε ηλεκτρική.

Χαρακτηριστικά μεγέθη των μικροφώνων

Ευαισθησία είναι η ικανότητα του μικροφώνου να μετατρέπει μικρές ηχητικές πιέσεις που ασκούνται στην επιφάνεια του σε μεταβολές τάσης μα ικανοποιητικό πλάτος.

Απόκριση συχνοτήτων είναι το μέγεθος εκείνο που δείχνει την ομοιομορφία της ευαισθησίας του μικροφώνου για ολόκληρη την περιοχή ακουστικών συχνοτήτων από 16Ηz έως 20000Hz

Πιστότητα είναι η ικανότητα του μικροφώνου να μετατρέπει τις μεταβολές της ηχητικής πίεσης σε μεταβολές τάσης χωρίς αυτή η μετατροπή να επιφέρει μεταμορφώσεις.

Σύνθετη αντίσταση είναι η αντίσταση που παρουσιάζει ένα μικρόφωνο, που μπορεί να κυμαίνεται από 50Ω έως 50kΩ ανάλογα το μικρόφωνο. Η σύνθετη αντίσταση του μικροφώνου παίζει ρόλο στη προσαρμογή αντιστάσεων μεταξύ μικροφώνου και ενισχυτή.