Fonctionnement d'un microphone, types de microphones
Des dispositifs électro-acoustiques spéciaux appelés microphones sont utilisés pour convertir les vibrations sonores en courant électrique. Le nom de cet appareil est lié à une combinaison de deux mots grecs, qui sont traduits par "petit" et "voix".
Un microphone est un convertisseur de vibrations acoustiques dans l'air en vibrations électriques.
Le principe de fonctionnement du microphone est que les vibrations sonores (en fait les fluctuations de la pression atmosphérique) affectent la membrane sensible de l'appareil, et déjà les vibrations de la membrane provoquent la génération de vibrations électriques, puisque c'est la membrane qui est reliée à la pièce de l'appareil qui génère du courant électrique, dont l'appareil dépend du type de microphone spécifique.
D'une manière ou d'une autre, les microphones sont aujourd'hui largement utilisés dans divers domaines de la science, de la technologie, de l'art, etc. Ils sont utilisés dans les équipements audio, dans les gadgets mobiles, utilisés dans la communication vocale, l'enregistrement vocal, le diagnostic médical et la recherche par ultrasons.ils servent de capteurs, et dans de nombreux autres domaines de l'activité humaine, on ne peut tout simplement pas se passer d'un microphone sous une forme ou une autre.
Les microphones ont des conceptions différentes, car dans différents types de microphones, différents phénomènes physiques sont responsables de la génération d'oscillations électriques, les principaux étant : résistance électrique, induction électromagnétique, changement de capacité et effet piézoélectrique... Aujourd'hui, selon le principe de l'appareil, on distingue trois principaux types de microphones : dynamique, à condensateur et piézoélectrique. Cependant, des microphones en carbone sont également disponibles dans certains endroits jusqu'à présent, et nous commencerons notre examen avec eux.
Micro carbone
En 1856, un savant français Du Monsel a publié ses recherches, qui ont démontré que même avec un petit changement dans la zone de contact des électrodes en graphite, leur résistance au flux de courant électrique change de manière assez significative.
Vingt ans plus tard, un inventeur américain Émile Berliner a créé le premier microphone en carbone au monde basé sur cet effet. Cela s'est passé le 4 mars 1877.
Le fonctionnement du microphone berlinois reposait précisément sur la propriété de mettre en contact des tiges de carbone pour modifier la résistance du circuit en raison d'une modification de la zone de contact conductrice.
Déjà en mai 1878, le développement de l'invention a été donné David Hugues, qui a installé une tige de graphite avec des extrémités pointues et une membrane fixée à celle-ci entre une paire de coupelles en carbone.
Lorsque la membrane vibre sous l'action du son sur elle, la zone de contact de la tige avec les coupelles change également, ainsi que la résistance du circuit électrique auquel la tige est connectée. En conséquence, le courant dans le circuit a changé après les vibrations du son.
Thomas Alva Edison est allé encore plus loin - il a remplacé la tige par de la poussière de charbon. L'auteur de la conception la plus célèbre du microphone en carbone est Antoine Blanc (1890). Ce sont ces micros que l'on retrouve encore dans les casques des anciens téléphones analogiques.
Le microphone en carbone est conçu et fonctionne comme suit. La poudre de carbone (granules) enfermée dans une capsule scellée est située entre les deux plaques métalliques. L'une des plaques d'un côté de la capsule est reliée à la membrane.
Lorsque le son agit sur la membrane, celle-ci vibre, transmettant les vibrations à la poussière de carbone. Les particules de poussière vibrent, modifiant de temps en temps la zone de contact les unes avec les autres. Ainsi, la résistance électrique du microphone fluctue également, modifiant le courant dans le circuit auquel il est connecté.
Les premiers microphones étaient connectés en série avec une batterie galvanique comme source de tension.
Lorsqu'un tel microphone est connecté à l'enroulement primaire du transformateur, il est possible d'éliminer le son qui fluctue dans le temps avec le son agissant sur la membrane depuis son enroulement secondaire tension… Le micro carbone a une sensibilité élevée, ce qui permet dans certains cas de l'utiliser même sans amplificateur. Bien que le microphone en carbone ait un inconvénient important — présence de distorsions non linéaires importantes et de bruit.
Microphone à condensateur
Le microphone à condensateur (qui repose sur le principe de la variation de capacité électrique sous l'influence du son) a été inventé par un ingénieur américain Edouard Wenté en 1916La capacité du condensateur à changer de capacité en fonction de la variation de la distance entre ses plaques était déjà bien connue et étudiée à cette époque.
Ainsi, l'une des plaques du condenseur agit ici comme une fine membrane mobile sensible au son. La membrane s'avère légère et sensible en raison de sa finesse, car le plastique mince avec la couche la plus mince d'or ou de nickel est traditionnellement utilisé pour sa production. Par conséquent, la deuxième plaque de condensateur doit être fixe.
Lorsque la pression acoustique alternative agit sur une plaque mince, elle la fait vibrer ou se déplacer vers, puis s'éloigner de la deuxième plaque de condensateur. Dans ce cas, la capacité électrique d'un tel type de condensateur variable varie et évolue. Par conséquent, dans le circuit électrique dans lequel ce condensateur est inclus, électricité oscillation répétant la forme de l'onde sonore tombant sur la membrane.
Le champ électrique de fonctionnement entre les plaques est créé soit par une source de tension externe (par exemple une batterie), soit en appliquant initialement un matériau polarisé comme revêtement pour l'une des plaques (un microphone à électret est un type de microphone à condensateur).
Un préamplificateur doit être utilisé ici, car le signal est très faible, car le changement de capacité du son s'avère extrêmement faible, la membrane vibre à peine perceptible. Lorsque le circuit préamplificateur augmente l'amplitude du signal audio, le signal déjà amplifié est alors acheminé à l'ampli… D'où le premier avantage des microphones à condensateur — ils sont super sensibles même aux très hautes fréquences.
Micro dynamique
La naissance d'un microphone dynamique est le mérite des scientifiques allemands Gervin Erlach et Walter Schottky… En 1924, ils ont introduit un nouveau type de microphone, le microphone dynamique, qui surpassait de loin son prédécesseur en carbone en termes de linéarité et de réponse en fréquence, et surpassait son homologue à condensateur dans ses paramètres électriques d'origine. Ils ont placé un ruban ondulé de papier d'aluminium très mince (environ 2 microns d'épaisseur) dans un champ magnétique.
En 1931, le modèle est amélioré par des inventeurs américains. Tores et Vente… Ils ont proposé un microphone dynamique avec un inducteur… Cette solution est toujours considérée comme la meilleure pour les studios d'enregistrement.
Le microphone dynamique est basé sur phénomène d'induction électromagnétique… La membrane est attachée à un fin fil de cuivre enroulé autour d'un tube en plastique léger dans un champ magnétique permanent.
Les vibrations sonores agissent sur la membrane, la membrane vibre en répétant la forme de l'onde sonore, tout en transmettant ses mouvements au fil, le fil se déplace dans un champ magnétique et (conformément à la loi de l'induction électromagnétique) un courant électrique est induit dans le fil, répétant la forme du son, tombant sur la membrane.
Un fil à support plastique étant une construction assez légère, il s'avère très mobile et très sensible, et la tension alternative induite par induction électromagnétique est importante.
Les microphones électrodynamiques sont subdivisés en microphones à bobine (équipés d'un diaphragme dans l'espace annulaire de l'aimant), microphones à ruban (dans lesquels une feuille d'aluminium ondulée sert de matériau de bobine), isodynamiques, etc.
Le microphone dynamique classique est fiable, a une large gamme de sensibilité d'amplitude dans la gamme de fréquences audio et est peu coûteux à fabriquer. Cependant, il n'est pas assez sensible aux hautes fréquences et réagit mal aux changements brusques de pression acoustique - ce sont deux de ses principaux inconvénients.
Un microphone à ruban dynamique diffère en ce que le champ magnétique est créé par un aimant permanent avec des pièces polaires, entre lesquelles se trouve une fine bande d'aluminium, qui remplace le fil de cuivre.
La bande a une conductivité électrique élevée, mais la tension induite est faible, elle doit donc être ajoutée au circuit transformateur élévateur… Un signal sonore utile est supprimé dans un tel circuit par l'enroulement secondaire du transformateur.
Un microphone dynamique à ruban présente une gamme de fréquences très uniforme contrairement à un microphone dynamique conventionnel.
En tant que matériau d'aimant permanent, les microphones utilisent des alliages magnétiques durs à induction résiduelle élevée (par exemple NdFeB). Le corps et la bague sont en alliages magnétiques doux (par exemple acier électrique ou permaloïde).
Microphone piézoélectrique
Un nouveau mot dans la technologie audio a été prononcé par les scientifiques russes Rzhevkin et Yakovlev en 1925. Ils ont proposé une approche fondamentalement nouvelle pour convertir le son en oscillations de courant - un microphone piézoélectrique. L'action de la pression acoustique est exposée à cristal piézoélectrique.
Le son agit sur une membrane reliée à une tige, elle-même fixée à un piézoélectrique. Le cristal piézo se déforme sous l'action des vibrations de la tige, et une tension apparaît à ses bornes, répétant la forme du son incident. Cette tension est utilisée comme signal utile.