История микрофона

В современном мире микрофон является чем-то обыденным, мы пользуемся им ежедневно: в телефонах, ноутбуках, даже телевизору можно сказать, что ты от него хочешь, или колонке, например. Некоторые виды микрофонов широко применяются и в акустических измерениях, исследованиях акустических свойств различных помещений, в системах связи и звукоусиления (например, во время различных выступлений).

Настолько привычное устройство сейчас было настоящим чудом еще примерно 145 лет назад, именно столько лет насчитывает история микрофона. За эти годы сформировалось отдельное направление науки, изучающее электроакустические преобразователи – электроакустика. Десятки крупных международных компаний-производителей микрофонной техники предлагают широкий выбор микрофонов, которые различаются по типу преобразователя, направленностью, размерами, сферой применения и т.д. Но тогда, в 1876-1877 гг. разгорелось противостояние за звание изобретателя первого микрофона.

Первые микрофоны

Днем рождения микрофона считается 4 марта 1877 года, когда американский изобретатель Эмиль Берлинер, работающий вместе с Томасом Эдисоном, получил патент на свое изобретение – устройство, которое могло усиливать голос. Это официальная дата, однако, не всё так просто. Откровенно говоря, устройства, которые служили для усиления голоса, существовали еще в античности, когда в стены и зрительские ряды встраивались специальные сосуды, служащие резонаторами, а в маски актеров - рупоры. Да, это были не совсем микрофоны, но цель преследовали примерно ту же.

Если же говорить о микрофоне именно как об электронном устройстве, то первенство Берлинера оспаривал глава телефонной компании Александр Белл (A. Bell), который годом ранее (в 1876 году) на международной выставке в Филадельфии анонсировал «передатчик жидкостной», представляющий собой устройство для передачи звука.

Данный передатчик был выполнен в форме резервуара, в котором диафрагма разделяла провод и слабый раствор кислоты. Звуковая волна воздействовала на диафрагму и заставляла ее колебаться. Соприкасаясь с жидкостью, провод изменял сопротивление электрической цепи, создавая колебания электрического тока.

Что же сделал Берлинер? Спустя год, он усовершенствовал изобретение Белла, сделав звук чище и мощнее. Внесенные изменения официально признали изобретением первого микрофона – «бесконтактного передатчика», который включал два электрических контакта, разделенных легким слоем углерода. Свободный контакт был соединен с диафрагмой, которая колебалась при попадании звуковой волны.

Соперничество Берлинера и Белла закончилось в суде победой первого. Берлинер недолго владел патентом на микрофон, его вскоре выкупили Белл с Эдисоном за 50 тысяч долларов, Берлинер же стал главным специалистом по телефонной технике в «Bell Telephone Company».

В Большой советской энциклопедии создание угольного микрофона приписывается русским инженерам Генриху Махальскому (1878 г.) и Павлу Голубицкому (1883 г.). Их микрофоны применялись в российской железнодорожной отрасли. Скорее всего, изобретатели пришли к своим результатам одновременно независимо друг от друга.

Самым известным в мире микрофонным устройством стал угольный микрофон Хьюза, изобретенный в 1878 году английским и американским физиком Дэвидом Хьюзом. Работал он следующим образом: угольный заостренный стержень соприкасался с двумя угольными чашами и имел точечное соединение с колеблющейся мембраной.

Хотя микрофон Берлинера считается первым угольным микрофоном, такой тип микрофонов известен благодаря Томасу Эдисону, который внес существенные изменения в конструкцию и предложил устройство из герметичной капсулы с порошком угля между пластин из металла.

После многолетних доработок и усовершенствований (наиболее значительные из них внесли А. Белл и Энтони Уайт в 1880 году) такой тип микрофонов за счёт своей надёжности и дешевизны до сих пор находит применение в различных областях современной техники (например, в стационарных телефонах).

В России производство микрофонов началось в 30-е годы ХХ века. Угольные микрофоны выпускали в советское время на тульском заводе «Октава». Среди известных моделей — ММ-1 и МРУ.

Развитие микрофонных технологий

В начале ХХ века произошла настоящая революция в области микрофонной техники. С изобретением электронно-вакуумных, а затем и полупроводниковых приборов открывались широкие возможности для усиления электрических колебаний. Они позволили применять принципы электроакустического преобразования и разработать пригодные для практики микрофоны и громкоговорители. Появление и развитие радиовещания, звукового кино, звукозаписи стимулировали поиски инженеров на создание совершенных электроакустических аппаратов, дающих возможность полноценно передавать, записывать и воспроизводить звуки. Так появились различные типы микрофонов: конденсаторные, электретные, динамические и ленточные.

1.Конденсаторные микрофоны 

Как следует из названия, основным элементом данного типа микрофонов является конденсатор переменной емкости. Электроемкость конденсатора изменяется при движении пластины, которое вызывается колебаниями диафрагмы под действием звуковой волны. Изменение емкости конденсатора приводит к скачку напряжения, который и позволяет воспроизвести сигнал микрофона.

В различных источниках информации изобретение одномембранного конденсаторного микрофона приписывается разным учёным: американскому инженеру фирмы «Western Electric» Эдварду Вентому (1917 г.); русскому инженеру Яковлеву А. И. (1922-1928 гг.).

В Советском союзе первые серийные конденсаторные микрофоны были разработаны сотрудниками ленинградского Научно-исследовательского института радиоприема и акустики им. В.Н. Попова в 1929–1930 годах. Микрофоны, которые носят название КС-2 и КМ-3, использовались при съемках первого советского звукового кинофильма и отличались высоким качеством.

Мембрану конденсаторного микрофона необходимо было поляризовать, что требовало наличия источника питания. Поэтому использование первых конденсаторных микрофонов требовалось громоздкое оборудование, что ограничивало использование микрофона.

Серийный запуск мирового масштаба одномембранных конденсаторных микрофонов относится к 1947 году и связан с компанией «AKG», которая и запустила серийное производство.

Первый двухмембранный конденсаторный микрофон был разработан в конце 1920-х годов немецкими акустиками Вебером и Браунмюллером.

Конденсаторные микрофоны популярны по сей день и используются в основном для профессиональной звукозаписи в студии, кинопроизводства и т.д.

2.Электретный микрофон 

В 20-х годах ХХ века японский ученый М. Ягучи (или Ёгути) представил электретный микрофон, конструкция и принцип действия которого схожи с конденсаторным микрофоном, но решали проблему громоздкой конструкции с источником питания. Ученый обнаружил, что некоторые материалы имеют свойство сохранять электрический заряд на своей поверхности в течение длительного времени, и решил использовать это свойство в конструкциях микрофонов с электростатическим преобразователем. Использование электретной пленки с уже имеющимся на ней электрическим зарядом избавило от необходимости поляризации мембраны извне.

В 1962 году появился электретный микрофон фирмы «Bell Lab», а промышленный выпуск электретных микрофонов начался в 70-е годы XХ века в Японии и практически в это же время в СССР, США и Германии.

Благодаря дешевизне составляющих элементов конструкции, в настоящее время электретные микрофоны являются наиболее распространённым типом микрофонов, используемых в бытовой технике.

3.Динамический микрофон 

В основе работы динамического микрофона лежит явление электромагнитной индукции, когда проводник (в данном случае катушка) движется в магнитном поле. Звуковая волна вызывает колебания диафрагмы, соединенной с катушкой, в результате чего катушка приходит в движение, находясь в поле магнита. В катушке возникает переменный электрический ток, величина и направление которого определяются звуковыми волнами.

Впервые электродинамический микрофон катушечного типа был представлен в 1931 американскими инженерами Эдуардом Венте и Альбертом Тёрэс. В СССР методика расчёта динамического микрофона была разработана в Центральной радиолаборатории Ленинграда её сотрудником Л.Я. Гутиным, а первый катушечный микрофон был разработан в 1933 году Р.Л. Волковым. Первый микрофон с постоянным магнитом был сконструирован В.К. Иофе в 1935 году.

4.Ленточный микрофон 

Ленточные микрофоны относятся к динамическим — это их особая разновидность. Данный тип микрофона принимает звуковые колебания на гофрированную диафрагму, выполненную из алюминия в виде ленты, которая подвешена в магнитном поле, колебания ленты создают электрический сигнал. То есть ленточные микрофоны работают также на основе явления электромагнитной индукции, как и динамические.

Появление ленточного микрофона связано с именами немецких ученых Вальтера Ханса Шоттки и Эрвина Герлаха, которые разработали первую модель ленточного микрофона в 1924 году, но технология производства микрофонов и их серийное производство были налажены лишь в 1930-х гг. Первого коммерческого успеха достиг ленточный микрофон RCA PB-31. Далее были выпущены легендарные RCA PB-44A и 44-BX, на принципах работы которых производят современные ленточные микрофоны. В 30-х годах прошлого века ленточные микрофоны звучали более качественно, чем конденсаторные, они имели лучшую АЧХ, более реалистичное звучание и были более точными.

Современные микрофоны

Сегодня самыми популярными являются динамические и конденсаторные микрофоны. Об их отличиях и области применения можно почитать по этой ссылке. На вопрос «какой микрофон лучше?» нельзя ответить однозначно, так как нужно уточнять для чего вы будете использовать микрофон и в каких условиях. Как правило, во время живых выступлений используют динамические микрофоны, а в профессиональной звукозаписи — конденсаторные. Но это необязательное правило.

При выборе микрофона стоит ориентироваться на личные предпочтения исполнителя, его технику исполнения, вокальные особенности и акустическое оформление помещения.

Ведущими производителями микрофонов являются: NEUMANN, BEYERDYNAMIC, AKG, AUDIO-TECHNICA, BEHRINGER, SE ELECTRONICS, MACKIE, RODE, SENNHEISER, SHURE и другие. Выбор микрофонов в настоящее время очень богатый. Различные типы, направленности микрофонов, новые технологии, современные материалы и дизайн, разбег цен тоже довольно большой. ТО, что когда-то казалось чудом и прорывом в технологиях сейчас доступно абсолютно каждому!