Избранные главы из истории микрофонов. Часть первая

Микрофон — если это, так сказать, ярко выраженный микрофон, вроде тех, которыми пользуются журналисты и музыканты, может быть самой заметной вещью в доме. Тот же самый инструмент, впрочем, есть в любой телефонной трубке, и при этом про него как-то не вспоминают. Откуда взялось это устройство и его название?

Собственно, первым термин "микрофон" предложил использовать британский изобретатель Сэр Чарльз Уитстоун (Charles Wheatstone) в 1827 году. Его нехитрый инструмент для усиления слабых звуков — две тонкие рейки, сообщавшие механические колебания ушам, не имел ничего общего с тем, что теперь называется микрофоном.

 

 

Ничего, кроме названия.

Микрофон как устройство для преобразования акустического сигнала в электрический с сохранением волновых характеристик — появился в 1876 году. Правда, назывался он совершенно иначе — liquid transmitter (жидкостный передатчик).

Считается, что впервые человеческая речь была передана с его помощью вечером 10 марта 1876 года. Александр Бэлл (Alexander Bell), изобретатель телефона, умудрился разлить некоторое количество кислоты, которая использовалась в передатчике, и ему пришлось звать со второго этажа своего ассистента — Томаса Уотсона (Thomas Watson): "Мистер Уотсон, подойдите пожалуйста, вы мне нужны".

По легенде, поскольку линия была односторонней, Уотсон сбежал вниз и закричал: "Мистер Бэлл, я чётко слышал каждое сказанное вами слово".

Александер Бэлл, изобретатель.

По некоторым сведениям, впрочем, это не совсем правда. Данная версия "микрофона" использовалась Бэллом уже намного позднее, во время экспериментов с передатчиками на основе переменного сопротивления.

На самом же деле Бэлл использовал довольно грубое устройство, которое Уотсон собрал после возвращения Бэлла из Вашингтона, где он получил свой второй патент в сфере развития телеграфка (патент номер 174465, выдан 7 марта 1876 года).

Принцип работы жидкостного передатчика достаточно прост. В трубообразный резервуар налито немного воды, на которой "плавает" пергаментная диафрагма.

К диафрагме присоединён провод — так, чтобы лишь едва соприкасаться с водой. В воду добавлено небольшое количество кислоты, чтобы улучшить её электропроводимость.

	"Жидкостный передатчик" Бэлла — дедушка нынешних микрофонов.

Когда человек что-то говорит в трубку, диафрагма начинает колебаться, так что провод соприкасается с водой то больше, то меньше. Соответственным образом изменяется сопротивление электрической цепи.

При качественной сборке, жидкостный передатчик оказывался весьма чувствительным.

Летом того же 1876 года, на филадельфийской выставке, посвящённой столетнему юбилею американской революции, изобретение Бэлла увидел некий Эмиль Берлинер (Emile Berliner).

Это изделие привело его в восторг и он решил сделать что-то подобное, но только более совершенное. В 1877 году Берлинер изобрёл свой собственный микрофон. Угольный.

Причём использовал он его также для создания вариаций на тему телефонии: в его доме была налажена телефонная линия Берлинер — домохозяйка, вслед за чем последовали тяжбы с Бэллом и Эдисоном за приоритеты.

Суд встал на сторону Берлинера.

Эмиль Берлинер, создатель первого угольного микрофона.

Бэлл и его компания поступили по принципу "если не можешь справиться с соперником, дружи с ним". Патент, выданный Берлинеру, был выкуплен за $50 тысяч (целое состояние в ту пору), а сам изобретатель был принят в Bell Telephone Company на постоянное жалование в качестве главного специалиста по телефонной технике.

В 1878 году американский физик Дэвид Юз (или Хьюз — David Hughes) изобрёл микрофон с угольной палочкой, который за счёт своей высокой чувствительности позволил значительно увеличить дальность связи.

Характерно, что Хьюз отказался патентовать своё изобретение — в принципе. Естественно, компании Бэлла не упустила случая ухватиться за столь значительное усовершенствование, тем более что никаких денег Хьюзу отстёгивать не пришлось.

По некоторым сведениям, русский инженер М. Михальский предложил более совершенный вариант угольного микрофона — порошковый. Колеблющаяся под воздействием звуковых волн мембрана изменяла плотность порошка, тем самым увеличивая или уменьшая его электрическую сопротивляемость.

Ленточный микрофон RCA 44A. Весил 3,5 килограмма (фото www.neweraantiques.com).

Первый "ленточный" микрофон "44А" изобретён в 1942 году сотрудниками американской компании RCA. Ему суждено было стать одним из самых популярных микрофонов для студийных записей.

Собственно говоря, больше он нигде и не применялся: слишком тяжёл (3,5 килограмма). Однако он обладал и рядом заметных преимуществ: например, высокая чувствительность и узкая направленность, за счёт чего отсекались посторонние шумы.

В микрофоне использовалась лента длиной 50 мм и шириной 2,4 мм, которая двигалась в магнитном поле в соответствии со звуковым давлением.

Впоследствии вес ленточных микрофонов значительно уменьшился, а качество выросло.

По чувствительности микрофоны такого типа уступают многим другим, но инженеры нашли способ бороться с этим недугом — для этого используются два ленточных капсюля сразу.

По тому же принципу работали и появившиеся значительно позже динамические микрофоны, где вместо ленты использовались мембрана и металлическое кольцо, подвешенное в магнитном поле.

Компания AKG в том же 1947 году представила свой первый конденсаторный микрофон модели C1.

Таких микрофонов было выпущено всего шесть штук. Вообще же считается, что электретные (или конденсаторные) микрофоны были придуманы ещё в 1920-е, но до 1962 года, когда в 1962 году Bell Labs не начали выпускать свою версию таких микрофонов, особой популярностью они не пользовались.

К концу 1970-х годов приблизительно треть всех выпускаемых в мире микрофонов были конденсаторными.

В отличие от динамического микрофона, конденсаторный требует дополнительного питания.

	Схема устройства конденсаторного (электретного) микрофона (с сайта bell-labs.com).

В роли конденсатора выступает воздушная прослойка между пластиковой и позолоченной керамической пластинами.

На диафрагму подаётся постоянный ток напряжением от 9 до 48 вольт, причём источником питания могут служить как батарейки в самом корпусе микрофона, так и устройство, в которое микрофон воткнут.

Так же как и в динамическом микрофоне, мембрана колеблется под воздействием акустического сигнала, что соответственным образом влияет на заряд подложки. Заряд очень мал, так что для увеличения амплитуды сигнала используется транзисторный усилитель.

В динамических микрофонах преобразование звука в электросигнал происходит следующим образом.

Немецкий угольный микрофон времён Второй мировой войны — предок динамических микрофонов, наследник произведений Берлинера и Хьюза (с сайта coolmicrophones.com).

Под воздействием акустического сигнала колеблется мембрана, которая в свою очередь вызывает колебания "звукового кольца" — собственно говоря, это подвижная обмотка магнита.

Колебания обмотки в магнитном поле образует электрические сигналы, соответствующие акустическим.

Динамические микрофоны довольно надёжны и крепки — во всяком случае, крепче конденсаторных.

Поэтому их, в основном, и используют на концертах (ведь среди музыкантов до сих пор немало любителей покидаться подручными предметами).

Но в связи с тем, что масса подвижных элементов в динамических микрофонах больше, чем в конденсаторных, их чувствительность заведомо ниже.

Некоторые музыканты потому и предпочитают динамические микрофоны конденсаторным.

	Вокалист U2 Боно предпочитает везде пользоваться динамическими микрофонами — и на сцене, и в студии.

Микрофоны второго типа имеют тенденцию записывать звук как он есть, так что все огрехи и недостатки вылезают наружу.

С другой стороны, динамические микрофоны уже вызывают ассоциации с более "жирным" концертным звучанием. Поэтому даже те, кто способен петь "вживую" безупречно, например, Боно, лидер U2, предпочитают даже в студии использовать динамические микрофоны.

Продолжение следует.

Статья о науки и техники получена: Membrana.ru