Электретный микрофон что это такое

Что такое электретный микрофон

Электретный микрофон в основном устанавливается в современных смартфонах, ноутбуках и домофонах из-за их компактности. Однако устройство также используется в звукозаписывающих студиях и в качестве измерителей уровня шума.

Исторические сведения

Первое электретное устройство сделал японский изобретатель Егути в начале XX в. По принципу работы и схеме конструкции он похож на менее распространенный сейчас конденсаторный микрофон, но вместо неподвижной обкладки и источника электрического тока стоит пластина из электрета.

Что такое электретный микрофон

Электрет — это особый материал, который может долго оставаться поляризованным. Кроме того, у него есть свойство образовывать электромагнитное поле. Чтобы данный микрофон заработал, его нужно подсоединить к усилителю, обладающему повышенным сопротивлением, и электросети.

Устройство и параметры

Микрофон производится из:

1. Электретного капсюля.
2. Штекера Jack 3,5 для подключения к компьютеру.
3. Корпуса, который защищает провода.
4. Зажимов для фиксации и соединения деталей.
5. Тонкого провода длиной 1-1,5 м.
6. Источника питания.

Микрофоны характеризуются следующими параметрами:

1. Чувствительностью.
2. Частотным диапазоном
3. Разницей между наибольшей и наименьшей частотой.
4. Величиной электрического сопротивления.
5. Характеристикой направленности.

Принцип действия электретного микрофона

Прибор сделан из деталей, состоящих из жесткой части и мягкой — пленки. Электроны попадают в нее, но не могут свободно пройти. Из-за этого вокруг материала образуется электрический заряд, который сохраняется достаточно долго. Сверху пленка специально покрыта сталью, выступающей в качестве электрода. А рядом расположен железный цилиндр, повернутый плоской стороной к кольцу.

Мембрана передает акустические волны, после чего создается ток. Сила образованного тока слишком мала, а сопротивление для него большое. Это затрудняет передачу аудиосигнала. Чтобы согласовать все параметры устройства и заставить его работать, устанавливается специальный каскад. Он состоит из униполярных транзисторов. Работа микрофона основывается на способности некоторых материалов подстраивать электрический заряд.

Поскольку подобные микрофоны производятся с большим сопротивлением, их можно дополнительно подсоединить к ресиверам.

Чтобы проверить, возможно ли комбинировать устройства, достаточно сравнить значения, полученные с помощью мультиметра. Если после измерений величина составила 2-3 Вт, то они смогут работать вместе.

Достоинства и недостатки

Преимущества электретных микрофонов:

1. Низкая цена комплектующих и производства. Если сравнивать с другими моделями, то электретные дешевле на 20-30%.
2. Широкий спектр применения. Они устанавливаются в смартфоны, персональные компьютеры, гаджеты для прослушки.
3. Высокое качество звука. Устройства используют для измерения звука.
4. Возможность использовать разные типы подключения. Они поддерживают XLR, 3,5 мм и т.д.
5. Хорошая чувствительность и долговечность мембраны.
6. Устойчивость к повреждениям и воздействию воды.

1. Необходимость установки усилителей.
2. Потребность в дополнительном источнике питания.

Особенного подключения электретного микрофона

Электретный микрофон можно легко подсоединить к усилителю низкой частотности. Для этого к корпусу гаджета необходимо подключить элемент с отрицательным зарядом источника питания.

А положительный ставится в другой вывод через резистор с сопротивлением 1к-4к, а вывод звука с помощью электролитического конденсатора подсоединяется к УНЧ.

В чем разница между электретным микрофоном и конденсаторным

В электретной модели поляризующее напряжение создается с помощью такой процедуры, как электризация материала электрода. Подобный электрод покрывается сталью. Поляризация быстро снижается и через 2-3 года постоянного использования микрофона его придется заменить или провести еще 1 процедуру.

Электретный микрофон, если сравнивать с конденсаторным, не требует источника электричества. По механическим и акустическим характеристикам, как и по схеме конструкции, они почти не отличаются.

Что еще нужно учесть при покупке

Перед покупкой нужно учесть 4 параметра:

1. Уровень давления акустических волн.
2. Тип включения.
3. Частотный диапазон.
4. Направление.

Первый пункт отражает, звук какой силы будет записан. Чем он больше, тем меньше искажений произойдет во время записи. Сильный шум, подходящий для микрофона на 90 дБ, создает водопад, крупный концерт. Поэтому нужно заранее понять, для какой цели покупается устройство. Для общения с друзьями лучше выбрать со средней характеристикой (40 дБ).

Частотный диапазон указывает на качество захвата и обработки звуковых волн. Для стандартного разговора хватит гаджета с охватом до 10 тыс. Гц. А для микрофонов, использующихся на концертах, телевидении, для записи вокала охват должен быть больше.

Современные модели бывают 2 видов:

1. Проводные.
2. Беспроводные.

Последний вариант предпочтительнее покупать для караоке, чтобы человек не запутался в кабелях во время пения. Но может разрядиться аккумулятор или испортится качество звука из-за удаленности от подключенного компьютера. А первый лучше подойдет для случаев, где важна чистота звучания. Поэтому стоит обратить внимание на устройства, которые могут работать как от аккумулятора, так и от сети.

По направленности действия устройства подразделяются на:

1. Круговые. Они улавливают акустические колебания с любой стороны, поэтому их используют на концертах, в телефонах, а также в караоке. Однако их недостатком является то, что кроме нужных звуков записывается нежелательный шум.
2. Однонаправленные. Они обрабатывают звуки только с 1 стороны. Из-за этого их используют в съемках кино, записи вокала, где необходимо высокое качество. Человеку нужно говорить, не убирая микрофон далеко ото рта, но при этом посторонний шум не запишется.

Также при выборе нужно ориентироваться на стоимость, качественные комплектующие стоят дорого. Из-за этого микрофоны для караоке в магазинах не могут продаваться меньше чем за 5-10 тыс. руб., а приспособления для студийной записи — за 15-20 тыс. руб. Однако для общения в «Скайпе», «Дискорде» и т.д. можно приобрести модель за 700-1500 руб.

Что такое электретный микрофон

Микрофоны — устройства, усиливающие громкость звука, распространены повсеместно. Среди их разновидностей есть профессиональные, а также более простые варианты для домашнего пользования. Кроме этого, микрофоны бывают конденсаторного и электретного типа.

Что такое электретный микрофон

Чтобы лучше понять, что это за устройство, сначала необходимо уточнить, что такое электрет.

Электрет — специальный материал, способный довольно длительное время быть поляризованным. Помимо этого, он обладает свойством создавать электромагнитное поле.

Обычные конденсаторные микрофоны имеют довольно низкое сопротивление, а у электретного варианта, оно значительно выше. Поэтому такие устройства требуют подсоединения к усилителям, которые имеют довольно большое сопротивление. Также им необходим внешний блок питания.

В его корпусе находится усилитель и всё напряжение, поступающее на аппарат, требуется для его питания. В конденсаторных же вариантах, оно идёт на зарядку.

Принцип действия электретного микрофона

Устройство состоит из конденсаторов, у которых некоторая часть пластин произведена из плёнки. Эта плёнка натягивается на кольцо. Далее, она подвергается воздействию заряженных частиц. Электроны проникают в неё на небольшую глубину. В результате этого в пространстве вокруг них создаётся заряд. Этот заряд может существовать довольно длительное время.

Сверху плёнка покрыта слоем металла. Он также используется в качестве электрода. На небольшом расстоянии от неё располагается ещё один электрод — металлический цилиндр небольшого размера. Своей плоской стороной он повёрнут к плёнке.

Полиэтиленовая мембрана создаёт звуковые колебания, передающиеся на электроды, в результате чего вырабатывается ток. Сила получаемого тока крайне мала, тогда как выходное сопротивление имеет высокие значения. Поэтому передача аудиосигнала осуществляется довольно сложно. Чтобы небольшой по силе ток и большое сопротивление были согласованы, используется специальный каскад. Выполняется он в виде униполярного транзистора, а находится в корпусе устройства, в специальном капсюле.

Принцип работы электретного устройства базируется на способности отдельных видов материалов изменять свой поверхностный заряд под влиянием акустической волны. Материалы при этом должны обладать очень большой диэлектрической проницаемостью.

СПРАВКА! Поскольку данные устройства обладают очень высоким выходным сопротивлением, их можно без труда подключать к ресиверам и усилителям с входящим высоким сопротивлением. Чтобы удостовериться в том, можно ли использовать данный конкретный усилитель, необходимо подключить к нему мультиметр и посмотреть полученные значения. Если в результате измерений мультиметр показал значения, равные 2–3 Вольт, то данный усилитель можно подключать к электретному микрофону.

Сейчас практически вся аппаратура может работать с данным видом устройств.

Электретные микрофоны уже практически вытеснили другие варианты. Это обусловлено тем, что они имеют демократичную цену, но при этом надёжны в эксплуатации. Ещё одним плюсом являются их небольшой размер и масса.

Электретные микрофоны

Микрофоны служат для преобразования энергии звуковых колебаний в переменное электрическое напряжение. Согласно классификации, акустические микрофоны делятся на две большие группы:

• высокоомные (конденсаторные, электретные, пьезоэлектрические);

• низкоомные (электродинамические, электромагнитные, угольные).

Микрофоны первой группы условно можно представить в виде эквивалентных

переменных конденсаторов, а микрофоны второй группы – в виде катушек индуктивности с подвижными магнитами или в виде переменных резисторов.

Среди высокоомных более доступными являются электретные микрофоны. Их параметры нормируются в стандартном диапазоне звуковых частот, который имеет народное название «два по двадцать» (20 Гц . 20 кГц). Другие особенности: высокая чувствительность, широкая полоса пропускания, узкая диаграмма направленности, малые искажения, низкий уровень шумов.

Различают двух- и трёхвыводные электретные микрофоны (Рис. 1, а, б). Чтобы легче было идентифицировать выходящие из микрофона провода, их намеренно делают разноцветными, например, белый, красный, синий.

Рис.1. Внутренние схемы электретных микрофонов

Несмотря на имеющиеся внутри микрофона транзисторы, подавать сигнал с него прямо на вход МК недальновидно. Нужен предварительный звуковой усилитель. При этом без разницы, встроен ли усилитель в канал АЦП МК или он является отдельным внешним узлом, собранным на транзисторах или микросхемах.

Электретные микрофоны похожи на пьезодатчики вибрации, но в отличие от последних имеют линейную передаточную и более широкую частотную характеристики. Это позволяет без искажений обрабатывать звуковые сигналы человеческой речи, в чём, собственно, и состоит прямое назначение микрофона.

Если рассортировать электретные микрофоны производства стран СНГ в порядке улучшения их параметров, то получится следующий ряд: МД-38, МД-59,

МК-5А, МКЭ-3, МКЭ-5Б, МКЭ-19, МК-120, КМК-51. Диапазон рабочих частот составляет от 20. 50 Гцдо 15. 20 кГц, неравномерность амплитудно-частотной характеристики 4. 12 дБ, чувствительность на частоте 1 кГц – 0.63. 10 мВ/Па.

На Рис. 2, а, б показаны схемы непосредственного подключения электретных микрофонов к МК.

На Рис. 3, а. к показаны схемы с транзисторными усилителями, а на Рис. 4, а. п – с усилителями на микросхемах.

Рис. 2, а, б схемы непосредственного подключения электретных микрофонов к МК

Микрофон

Микрофо́н (от греч. μικρός — маленький, φωνη — голос) — электроакустический прибор, преобразовывающий звуковые колебания в колебания электрического тока. Служит первичным звеном в цепочке звукозаписывающего тракта или звукоусиления. Микрофоны используются во многих устройствах, таких как телефоны и магнитофоны, в звуко- и видеозаписи, на радио и телевидении.

Содержание

Устройство микрофона [ править ]

Принцип работы микрофона заключается в том, что давление звуковых колебаний воздуха, воды или твёрдого вещества действует на тонкую мембрану микрофона. В свою очередь, колебания мембраны возбуждают электрические колебания; в зависимости от типа микрофона для этого используются явление электромагнитной индукции, изменение ёмкости конденсаторов или пьезоэлектрический эффект.

Свойства акустико-механической системы сильно зависят от того, воздействует ли звуковое давление на одну сторону диафрагмы (микрофон давления) или на обе стороны, а во втором случае от того, симметрично ли это воздействие (микрофон градиента давления) или на одну из сторон диафрагмы действуют колебания, непосредственно возбуждающие её, а на вторую — прошедшие через какое-либо механическое или акустическое сопротивление или систему задержки времени (асимметричный микрофон градиента давления).

Большое влияние на характеристики микрофона оказывает его механоэлектрическая часть.

Классификация микрофонов [ править ]

Динамический микрофон [ править ]

Динамический микрофон — наиболее распространённый тип конструкции микрофона. Он представляет собой мембрану, соединённую с лёгким токопроводом, который помещен в сильное магнитное поле, создаваемое постоянным магнитом. Колебания давления воздуха (звук) воздействуют на мембрану и приводят в движение токопровод. Когда токопровод пересекает силовые линии магнитного поля, в нём наводится ЭДС индукции. ЭДС индукции пропорциональна как амплитуде колебаний мембраны, так и частоте колебаний.

Катушечный микрофон [ править ]

В электродинамическом микрофоне катушечного типа диафрагма соединена с катушкой, находящейся в кольцевом зазоре магнитной системы. При колебаниях диафрагмы под действием звуковой волны витки катушки пересекают магнитные силовые линии, и в катушке наводится переменная ЭДС. Такой микрофон надёжен в эксплуатации.

Ленточный микрофон [ править ]

В электродинамическом микрофоне ленточного типа вместо катушки в магнитном поле располагается гофрированная ленточка из алюминиевой фольги. Такой микрофон применяется главным образом в студиях звукозаписи.

Конденсаторный микрофон [ править ]

Конденсаторный микрофон основан на конденсаторе, одна из обкладок которого выполнена из эластичного материала (обычно — полимерная плёнка с нанесённой металлизацией); при звуковых колебаниях вибрации эластичной обкладки изменяют ёмкость конденсатора. Если конденсатор заряжен, то изменение ёмкости конденсатора приводит к возникновению токов заряда, которые и являются полезным сигналом, поступающим с микрофона на усилитель. Для работы такого микрофона между обкладками должно быть приложено поляризующее напряжение, 60-80 вольт в более старых микрофонах, а в моделях после 1960—1970-х годов — 48 вольт. Такое напряжение питания считается стандартом, именно с таким фантомным питанием выпускаются предусилители и звуковые карты. Конденсаторный микрофон имеет очень высокое выходное сопротивление. В связи с этим, в непосредственной близости к микрофону (внутри его корпуса) располагают предусилитель с высоким (порядка 1 ГОм) входным сопротивлением, выполненный на электронной лампе или полевом транзисторе.

Конденсаторные микрофоны обладают весьма равномерной амплитудно-частотной характеристикой и обеспечивают высококачественный захват звука, в связи с чем широко используются в студиях звукозаписи, на радио и телевидении. Недостатками их являются высокая стоимость, необходимость во внешнем питании и высокая чувствительность к ударам и климатическим воздействиям — влажности воздуха и перепадам температуры, что не позволяет использовать их в полевых условиях.

Электретный микрофон [ править ]

По принципу действия электретный микрофон схож с микрофоном конденсаторного типа, однако в качестве неподвижной обкладки конденсатора и источника постоянного напряжения используется пластина из электрета. Электретные материалы являются диэлектриками и способны длительное время сохранять поляризованное состояние, создавая в окружающем пространстве квазипостоянное электрическое поле.

Угольный микрофон [ править ]

Угольный микрофон — один из первых типов микрофонов. Содержит угольный порошок, размещённый между двумя металлическими пластинами и заключённый в герметичную капсулу. Стенки капсулы или одна из металлических пластин соединяется с мембраной. При изменении давления на угольный порошок изменяется площадь контакта между отдельными зёрнышками угля, в результате чего изменяется сопротивление между металлическими пластинами. Если пропускать между пластинами постоянный ток, напряжение между пластинами будет зависеть от давления на мембрану.

Пьезомикрофон [ править ]

В основе пьезомикрофона используется пьезоэлектрический эффект. При деформации некоторых кристаллов (например, кристаллов сегнетовой соли) на их поверхности возникают электрические заряды, величина которых пропорциональна деформирующей силе. Пластинки из искусственно выращенных кристаллов служат основным рабочим элементом пьезомикрофонов.

По своим электроакустическим и эксплуатационным свойствам пьезомикрофоны не могут обеспечить требований, предъявляемых к профессиональным студийным и трансляционным микрофонам. К недостаткам пьезомикрофонов следует отнести высокое внутреннее сопротивление, имеющее емкостный характер, значительную неравномерность частотной характеристики, недостаточную эксплуатационную надежность (хрупкость, гигроскопичность) и зависимость параметров от температуры. Достоинствами пьезомикрофонов являются простота устройства, малый вес и габариты, а также небольшая стоимость.

Характеристики микрофонов [ править ]

Чувствительность [ править ]

Чувствительность микрофона определяется отношением напряжения на выходе микрофона к звуковому давлению Р₀, как правило, в свободном звуковом поле, то есть при отсутствии влияния отражающих поверхностей. При распространении синусоидальной звуковой волны в направлении рабочей оси микрофона, это направление называется осевой чувствительностью:

Рабочей осью микрофона является направление его преимущественного использования и обычно совпадает с осью симметрии микрофона. Если конструкция микрофона не имеет оси симметрии, то направление рабочей оси указывается в технических условиях. Чувствительность современных микрофонов составляет от 1–2 (динамические микрофоны) до 10–15 (конденсаторные микрофоны) мВ/Па. Чем больше это значение, тем выше чувствительность микрофона. Стоит заметить, что качество микрофона не определяется исключительно его чувствительностью.

Амплитудно-частотная характеристика [ править ]

Амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) — зависимость амплитуды выходного сигнала от частоты. А также функция выражающая (описывающая) эту зависимость. А также — график этой функции. В различных областях применяются микрофоны с различными АЧХ. Для записи фортепиано или акустической гитары используются микрофоны с равномерной АЧХ на всём частотном диапазоне. У дикторских микрофонов наблюдается пик на графике АЧХ в области речевых частот.

Характеристика направленности [ править ]

Направленность микрофонов. Представление в полярных координатах

приемники давления
	Ненаправленный
приемники градиента давления
	Двунаправленный «Восьмёрка»
комбинированные
	Кардиоида
	Гиперкардиоида

Характеристикой направленности называют зависимость чувствительности микрофона от направления падения звуковой волны по отношению к оси микрофона. Она определяется отношением чувствительности М_α при падении звуковой волны под углом α относительно акустической оси микрофона к его осевой чувствительности:

Направленность микрофона означает его возможное расположение относительно источников звука. Если чувствительность не зависит от угла падения звуковой волны, то есть φ = 1, то микрофон называют ненаправленным, и источники звука могут располагаться вокруг него. А если чувствительность зависит от угла, то источники звука должны располагаться в пространственном угле, в пределах которого чувствительность микрофона мало отличается от осевой чувствительности.

Ненаправленные микрофоны [ править ]

В ненаправленных микрофонах (приёмниках давления) сила, действующая на диафрагму, определяется звуковым давлением у поверхности диафрагмы. Звуковое поле может действовать только на одну сторону диафрагмы. Вторая сторона конструктивно защищена. Если размеры микрофона малы по сравнению с длиной звуковой волны, то микрофон не изменяет звукового поля. Если размеры соизмеримы с длиной волны, тогда за счёт дифракции звуковых волн микрофон приобретает направленность. На частотах от 5000 Гц и ниже такие микрофоны являются ненаправленными. Преимуществом ненаправленных микрофонов является простота конструкции, расчёта капсюля и стабильности характеристик с течением времени. Ненаправленные капсюли часто используют в составе измерительных микрофонов, в быту могут быть использованы для записи разговора людей, сидящих за круглым столом.

Двунаправленные микрофоны [ править ]

В двунаправленных микрофонах (приёмниках градиента давления) сила, действующая на движущуюся систему микрофона, определяется разностью звуковых давлений на двух сторонах диафрагмы. То есть, звуковое поле действует на две стороны диафрагмы. Характеристика направленности имеет вид восьмёрки.

Двусторонние микрофоны удобны, например, для записи разговора двух собеседников, сидящих друг напротив друга.

Микрофоны односторонней направленности [ править ]

Односторонняя направленность достигается в микрофонах комбинированного типа. Их диаграммы направленности близки по форме к кардиоиде, поэтому нередко их называют кардиоидными. Модификации микрофонов, имеющих ещё меньшую направленность, чем кардиоидные, называют суперкардиоидными и гиперкардиоидными, однако эти разновидности, в отличие от кардиоидного микрофона, также чувствительны к сигналам с противоположной стороны.

Эти микрофоны имеют определённые преимущества в эксплуатации: источник звука располагается с одной стороны микрофона в пределах достаточно широкого пространственного угла, а звуки, распространяющиеся за его пределами, микрофон не воспринимает.