МИКРОФОН, аппарат, служащий для преобразования звуковых колебаний в электрич. колебания той жо частоты. М. используется при передаче звука на расстояние — в телефонии и радиовещании, при записи звука (на кинопленку, граммпластинку и т. п.), а также в нек-рых специальных случаях, напр., при улавливании звука в военном деле. Первой самостоятельной конструкцией такого рода, названной ее изобретателем микрофоном, был угольный М., предложенный Юзом (Hughes) в 1876. Работу М. характеризуют: а) чувствительность М., т. е. величина развиваемого им электрич. напряжения на единицу звукового давления; б) полоса звуковых частот, воспроизводимая М. ; в) степень равномерности чувствительности М. в этой полосе (отношение максимальной к средней чувствительности; это отношение выражается обычно в децибелах); г) величина нелинейных искажений, даваемых М., оценивается т. н. клирфактором, т. е. процентным отношением эффективной суммы амплитуд, возникающих в М. гармоник к амплитуде основного тона; д) уровень шума М., т. е. отношение электродвижущей силы (эдс) шума на выходе М. к напряжению, развиваемому М. при звуковом давлении 1 бар; е) характеристика направленности М., т. е. зависимость чувствительности М. от угла падения звуковой волны. — По принципу действия и по конструктивному признаку М. могут быть разбиты на след. группы: 1) электромагнитные (см. Телефон), 2) угольные, 3) конденсаторные: а) низкочастотные и б) высокочастотные, 4) электродинамические: а) ленточные и б) катушечные, 5) пьезоэлектрические, 6) тепловые, 7) газовые, 8) световые. Последние три группы М. пока не получили практич. применения. Все перечисленные группы М.
Рис. 1. можно разделить в свою очередь на три группы, отличающиеся своими характеристиками направленности: 1) М. давления, у к-рых сила, действующая на подвижную систему, определяется звуковым давлением. Чувствительность этих М. одинакова для всех углов падения звука, характеристика их направленности имеет форму круга (кривая 1; рис. 1);
Рис. 2а. Угольный М. для телефона: — колодка, — диафрагма, — угольный порошок. 2) М. градиента звукового давления, или М. скорости, у к-рых сила, действующая на подвижную систему, определяется градиентом звукового давления (или скоростью частиц в звуковой волне); характеристика направленности этих М. (кривая 2; рис. 1) имеет вид «восьмерки» (двусторонняя биполярная направленность); 3) комбинированные М., которые являются комбинацией М. давления и М. скорости; характеристика их направленности и представляет кардиоиду (кривая 3; рисунок 1).
В зависимости от области применения различают М. для телефонии, обладающие низкими качественными показателями, но высокой чувствительностью, и М. для радиовещания, обладающие высокими качественными показателями, но сравнительно низкой чувствительностью. Наконец, по габаритному признаку следует выделить специальную группу т. н. нагрудных М., отличающихся малыми размерами и укрепляемых обычно в петлице пиджака говорящего. Эти М. применяются исключительно в звукоулавливающих устройствах и при радиорепортаже.
Угольный (контактный) М. состоит из камеры,
Рис. 2б. в к-рую насыпаны зерна угольного порошка. Одна стенка камеры является диафрагмой, колебания которой под действием звуковых волн вызывают переменные сжатия угольных зерен, что вызывает соответствующие изменения тока, подводимого к М. от батареи. Угольный микрофон для телефонии показан на рис. 2а, для радиовещания (типа Ройс) — на рисунке 26. Этот М. состоит из мраморного кубика , имеющего на передней стенке углубление , в которое засыпан угольный порошок, прикрытый тонкой пленкой из прорезиненного шелка; — угольные электроды, по которым подводится ток к угольному порошку. — Конденсаторный микрофон низкочастотного типа, (рисунок 3) предложен в 1917 Ренте (США). К конденсатору с тонкой (толщиной 0,01 мм) сильно натянутой дуралюмипиевой обкладкой-диафрагмой — через высокоомное сопротивление подводится поляризующее напряжение от батареи.
Рис. 3. Колебание диафрагмы вызывает изменение емкости конденсатора и, следовательно, переменный ток в цепи, питаемой батареей. Недостатком конденсаторных М. является сильная неравномерность чувствительности (10—12 децибел). — Электродинамический ленточный М. (давления) состоит из тонкой (толщиной 1—2 ) гофрированной ленточки, колеблющейся под действием звуковых волн; ленточка подвешена между полюсами постоянного магнита. Колебания ленточки в магнитном поле вызывают появление на ее зажимах переменной электродвижущей силы. М. снабжен повышающим трансформатором. — Электродинамический ленточный М. скорости предложен в 1931 Олсоном (США). Ленточка Л М. доступна звуковым волнам с обеих сторон. Полюсные наконечники, между к-рыми она помещена, имеют вырезы В (рис. 4), свободно пропускающие
Рис. 4. звуковые волны. — Электродинамический катушечный М. (давления) состоит из сферической алюминиевой диафрагмы , к к-рой приклеена намотанная из проволоки катушечка , расположенная в кольцевой щели между полюсами постоянного магнита М (рис. 5). При колебаниях диафрагмы с катушкой в последней возникает переменная электродвижущая сила.
В пьезоэлектрическом М. используется явление возникновения электрического напряжения в кристаллах при действии на них давления. Только с изобретением в 1931 Сойером (США)
Рис. 5. «биморфного пьезоэлектрического элемента» были построены практически пригодные пьезоэлектрические М. Два таких элемента Э, разделенные воздушным промежутком и вделанные в бакелитовую рамочку Р, образуют т. н. звуковую ячейку (рис. 6). Современный пьезоэлектрический М., представляющий набор включенных последовательно-параллельным способом звуковых ячеек, обладает высокими качественными . показателями. На рис. 7 приведены частотные характеристики различных микрофонов.
Наибольшей неравномерностью характеристики обладает угольный микрофон
Рис. 6., имеющий также высший уровень шума и дающий сильные нелинейные искажения. Преимущество этого микрофона — сравнительно высокая чувствительность, которая и заставляет еще во многих случаях прибегать к его использованию. Электродинамические катушечные микрофоны и ленточные микрофоны скорости в радиовещании и звуковом кино ряда стран (США, Англия) совершенно вытеснили другие типы. Катушечные и ленточные М. обладают сравнительно невысокой чувствительностью — порядка 0,1 mV/бар (80 децибел) — и требуют поэтому значительных усилений (связанных с возможностью возникновения шума в схемах). Область применения ленточных М. обусловливается их направленным действием, позволяющим путем соответствующей ориентировки М. «выделить» звук одного или группы источников, расположенных в определенном направлении, и «отстроиться» от нежелательного
Рис. 7. Частотные характеристики различных М.: 1 — угольного М. (Телефунка), 2 — конденсаторного М. давления, 3 — ленточного М. скорости, 4 — катушечного М., 5 — пьезоэлектрического М. звука. Особенно удобны эти М. при трансляциях из театров и концертных зал, а также звуковом кино. Пьезоэлектрические М., обладающие высокими качественными показателями не получили пока особенно широкого распространения, гл. обр., вследствие их высокоговнутреннего сопротивления.
Лит.: Харкевич А. А., Электроакустическая аппаратура, Л. — М., 1933; Дрейзен И. Г., Электроакустика в широковещании, М., 1932; Сухаревский Ю. М., Современная электроакустика и вещание по проводам, М., 1936; Olson Н. F. and Massa F., Applied acoustics, Philadelphia, 1934.