Как сделать угольный микрофон

Добавил пользователь Евгений Кузнецов
Обновлено: 31.08.2024

Выше изображен угольный микрофонный капсюль телефонов недавнего времени, достаточно совершенная конструкция, нечто вроде достигшего предела совершенства паровоза на фоне современных локомотивов. Но к данной конструкции пришли не сразу, понадобились десятки лет непрерывного творчества изобретателей.

Александр Грейам Белл (1847-1922) считается изобретателем телефона, и действительно, 10 мая 1876 года он провел демонстрацию телефона перед Американской Академией Искусств и Наук, а в апреле 1877 года была проведена телефонная линия протяженностью около 5 км.

Телефон Белла был простейшей формы и не требовал наличия батареи, притом передатчик и приемник были единым устройством.

Телефон выглядел как небольшой пивной бокал, при этом речь передавалась со сравнительно неплохим качеством. Телефон представлял собой неподвижный намагниченный стержень, на котором располагалась катушка. Колебания расположенной вблизи металлической мембраны приводили к изменению в катушке электрического тока, который, при поступлении в аналогичное устройство, но служащее уже не передатчиком, а приемником, приводил к колебаниям мембраны, воспринимаемой как звук. Таким образом, исходя из современных представлений, одно и то же устройство одновременно могло служить и в качестве микрофона, и телефонного капсюля.

Для разговора необходимо было держать телефон широким концом близко ко рту, а после произнесения фразы быстро переместить его к уху, чтобы успеть услышать ответ собеседника.

Но устройство, со слов современника, обладало существенным недостатком:

"Звук был очень слабым. Чтобы твоя речь была разборчивой, необходимо было напрягать голос. Чтобы и партнер понял, что надо говорить громко, после приема вызывного звонка необходимо было пару раз прокричать в аппарат "Алло", и убедиться, что и собеседник готов напрягать голос при разговоре".

Но и это еще не все. В цепи протекал очень слабый ток, что ограничивало дальность телефонной связи 75 км. На большем расстоянии голос был не слышен, приходилось прибегать к помощи почтового рожка.

Чтобы разрешить проблему, необходимо было устройство, позволяющее управлять током мощной электрической батареи посредством слабых звуковых колебаний. Устройство, которое еще только предстояло изобрести, уже имело название тихий голос , или, пользуясь терминологией из греческого языка, микрофон .

Наилучшее решение нашел выдающийся французский физик Теодос дю Монсель (1821-1884) в 1857 году. Монсель сделал открытие, что эллектрическое сопротивление между заостренным металлическим стержнем и куском угля зависит от силы прижатия стержня к углю. Открытие реализовалось в изобретение угольного микрофона.

Открытие по заказу

Великий американский изобретатель Томас Алва Эдисон (1847-1931) работал в своей лаборатории в Менло Парке, когда его навестил мистер Ортон, член Совета Директоров компании Вестерн Юнион Телеграф

Вестерн Юнион, находясь в состоянии постоянного соперничества с компанией Беллз, обратила внимание на проблему недостаточной громкости речи устройств Беллз, и предложила разрешить ее Эдисону. При этом одновременно должны были быть достигнуты 2 цели: увеличена дальность телефонной связи и обойден патент Белла.

Эдисон принял заказ, и первым делом решил, что идея воспользоваться изменением тока в катушке, размещенной в магнитном поле, бесперспективна. Взявшись за изучение всей доступной ему литературы по вопросу, Эдисон выписывал самое важное в свой дневник

Отправной точкой к его размышлениям явился отчет немецкого физика и изобретателя Иоганна Филиппа Рейса (1834-1874). Рейс обосновал принцип, согласно которому ток батареи должен был изменяться под действием звуковых волн. Телефон Рейса действовал на расстоянии всего 100 метров и практического значения не имел.

К этому времени произошел знаменательный прорыв и в теоретических разработках. Уже было известно, что электрический ток в телефоне, при колебаниях мембраны, не прерывается, а лишь меняет свою силу. Позднее Эдисон описывал свои размышления по поводу телефона следующим образом:

"Когда я взялся за работу над телефоном, у Белла еще не было микрофона, говорить нужно было в магнитный приемник, и телефоны подобной конструкции шумели и жужжали. Решение ко мне пришло, когда я случайно увидел коптящую лампу. Готовое изобретение было куплено компанией Вестерн Юнион; вскоре после этого я прекратил заниматься телефоном".

Сажа из "коптящей лампы" (ламповая сажа - красящий пимент) и явилась ключевым элементом изобретения. Эдисон изготовил из ламповой сажи угольный контакт, менявший электрическое сопротивление при изменении механического давления на него. Давление на контакт осуществлялось посредством металлической мембраны, приводимой в колебания звуком.

22 апреля 1877 года Эдисон передал в Патентное ведомство Вашингтона оформленную по всем правилам заявку. Каково же было его удивление, когда ему сообщили, что 8 днями раньше никому не известный изобретатель по имени Эмиль Берлинер подал предварительную заявку на еще не законченное изобретение, чтобы обеспечить свой приоритет в изобретении контактного микрофона.

Микрофон с качающимся металлическим контактом

Впрочем, вскоре этот самый немецко-американский Эмиль Берлинер (1851-1929) стал широко известным. В 1887 году он заменил валик фонографа Эдисона вращающимся диском с нарезанными спиральными канавками, изобретя тем самым граммофонную пластинку.

Телефон Белла Берлинер увидел на выставке 1876 года в Филадельфии. Воодушевившись идеей, Эмиль немедленно принялся экспериментировать, что и привело к рождению микрофона с "качающимся металлическим контактом".

Контакт осуществлялся между металлическим шаром и металлической мембраной, приемником звуковых колебаний. 14 апреля 1877 года Берлинер подал предварительную заявку в Патентное ведомство Вашингтона с извещением о своем изобретении. Патент был выдан лишь в 1891 году, а гораздо позднее отменен, поскольку приоритет был признан за Филиппом Рейсом. Но к тому моменту изобретатель микрофона Берлинер уже успел обогатиться.

Изобретение Берлинера было куплено компанией Белл за 75.000 долларов (около 1,5-2 миллионов долларов в нынешнем масштабе цен). Эдисон же получил от Вестерн Юнион за свой угольный микрофон 100.000 долларов.

Тем временем между компаниями Вестерн Юнион и Белл развязалась война, и речь шла не о чести быть первооткрывателем, а о переделе рынка угольных микрофонов. Патентный процесс длился 14 лет, со взаимными обвинениями в нарушении патентного права, сбивании цен, промышленном шпионаже и подкупе.

Вестерн Юнион отказалась от производства телефонов и передала права на патент Эдисона за приличное лицензионное вознаграждение в 20% акций компании Белл. По ходу времени эти 20% вылились в 3,5 миллиона долларов, но компании Белл теперь принадлежали все основные изобретения в области телефонии. и она стала единичным монополистом в отрасли.

Забытый изобретатель Роберт Людтге

Пока в Америке юристы по вопросам патентного права драли глотки, в Берлине молодой физик Роберт Людтге (1845-1880) взял патент за № 4000 от 12 января 1878 года на первый немецкий микрофон. Микрофон Людтге производился в промышленных масштабах и применялся на практике.

Людтге производил свой микрофон в различных вариантах. В одном варианте соприкасались металлический контакт и металлическая пластина, в другом контакт осуществлялся между 2 металлическими пластинами, одна из которых была слегка изогнута. Принцип действия своего микрофона Людтге описал в патентном описании. Он отмечает. что изменение электрического сопротивления в месте контакта при изменении давления может быть отмечено гальванометром путем включения его в одну цепь с контактом и батареей, но также и на слух при замене гальванометра телефоном Белла.

Роберт Людтге умер в возрасте 35 лет в 1880 году в результате горлового кровотечения, а через 2 года его патент утратил силу.

А тем временем из Америки через Атлантику в Европу проник новый микрофон, и пионерские работы Людтге были забыты.

Муха на микрофоне

Несомненно, и Эдисон и Берлинер шли по верному пути, но чувствительность их микрофонов была невысока.

Именно к этому времени к проблеме увеличения тока в телефонной цепи подключился английский и американский физик и изобретатель Дэвид Эдвард Хьюз (1831-1900). К тому времени он уже был всемирно известен, поскольку его телеграфный аппарат, в отличие от аппарата Морзе, печатал на бумажной ленте не точки и тире, а читаемые символы алфавита.

Первый угольный микрофон был изобретен в Америке в девятнадцатом веке, изобретателем Эмилем Берлинером, а если быть более точным 4 марта 1877 года. Этот микрофон является одним из старейших видов микрофонов. Такие микрофоны использовались в трубках телефонных аппаратов, причем для работы ему не требовался усилитель, и его можно было подключать напрямую к высокоомным наушникам.

Фото угольный микрофон

Состоит такой микрофон из коробочки с угольным порошком и мембраны из металлической пленки, которая колеблется под действием звуковых волн. До тех пор, пока перед микрофоном не говорят, мембрана находится в неподвижном состоянии, но стоит что-нибудь произнести, она, то прогибается внутрь, то выгибается наружу. При этом она, то уплотняет, то наоборот ослабляет давление на угольный порошок, сопротивление порошка, при этом, также меняется, оно то увеличивается, то уменьшается. Соответственно меняется и ток в цепи подключения микрофона. На следующем рисунке можно видеть принцип работы угольного микрофона:

Рисунок - принцип работы угольного микрофона

У угольного микрофона узкая частота пропускания, говоря другими словами, он плохо воспроизводит низкие и высокие частоты и имеет низкое качество звучания. Также устройство угольного микрофона можно видеть на рисунке ниже:

Рисунок - устройство угольного микрофона

Динамические микрофоны

Динамический микрофон изображение на схемах

В звукозаписывающей аппаратуре используются в основном электродинамические и конденсаторные микрофоны. Первый динамический микрофон был изобретен в 1924 году в Германии, учеными Э. Герлахом и В. Шоттки (последний конечно знаком многим по диодам). Динамические микрофоны обладают более высокими характеристиками, по сравнению с угольными микрофонами. На следующем рисунке можно видеть устройство такого микрофона:

Рисунок - устройство динамического микрофона

В данном микрофоне мембрана соединена с подвижной катушкой, которая находится на валу и может двигаться вперед или назад. На фото ниже можно видеть электродинамический микрофон с штекером мини джек 3.5 мм., с переходником джек 6.3 мм.

Такой переходник нужен для того, чтобы подключить микрофон с разъемом мини джек 3.5 мм., рассчитанный на подключение к компьютеру, к более серьезной звукозаписывающей аппаратуре с разъемом джек 6.3 мм. Также такие разъемы встречаются на музыкальных центрах и DVD плейерах с функцией караоке.

Фото - переходник джек 3.5 -6.3 мм

Принцип работы этого микрофона заключается в следующем: При звучании струны перед микрофоном, мембрана начинает колебаться вместе с прикрепленной к ней катушкой, и катушка пересекает силовые магнитные линии постоянного магнита. В катушке наводится переменное напряжение звуковой частоты. Амплитуда колебаний зависит от громкости звучания. На рисунке ниже изображена схема подключения динамического микрофона:

Схема подключения динамического микрофона

На схеме изображен согласующий трансформатор. Он позволяет согласовать низкое сопротивление катушки микрофона, с большим сопротивлением усилителя звуковой частоты. На рисунке далее изображено обозначение на схемах микрофона:

Обозначение микрофона на схемах

Угольные и динамические микрофоны мы уже рассмотрели, а сейчас изучим конденсаторные и пьезомикрофоны.

Конденсаторные микрофоны

Конденсаторный микрофон изображение на схемах

Конденсаторный микрофон изобрел в 1916 году Эдуард Венте. Такие микрофоны, как становится ясно из названия, сделаны на основе конденсатора. Устройство такого микрофона можно видеть на рисунке ниже:

Устройство конденсаторного микрофона

Одна из обкладок конденсатора сделана из полимерной пленки с металлизацией, эта пленка при колебании со звуковой частотой, изменяет емкость конденсатора. Такие микрофоны на выходе имеют очень большое сопротивление и нуждаются в предусилителе. На фотографии изображен студийный конденсаторный микрофон:

Фото конденсаторный микрофон

Пьезо микрофоны

Пьезо микрофон изображение на схемах

Пьезоэлектрический микрофон изобрели в Советском союзе ученые С. Н. Ржевкин и А. И. Яковлев в 1925 году.

Фото пьезо микрофон

Принцип действия такого микрофона основан на том, что при деформации пьезо кристалла на его поверхности возникают электрические заряды. Такие микрофоны используются в звукоснимателях в акустических гитарах.

Фото пьезомикрофон в гитаре

Усилитель подключаемый к пьезо микрофону должен иметь высокоомный вход. Пьезоэлектрические микрофоны не используются в студийной записи, так как не могут обеспечить необходиого в таких случаях высокого качества. На рисунке ниже можно видеть его устройство:

Устройство пьезо электрического микрофона

Беспроводные микрофоны

Беспроводной микрофон фото

Микрофоны могут подключаться к усилителю, как с помощью кабеля, так и беспроводным способом по радиоканалу. Дистанция, на которой работает средний беспроводной микрофон, может достигать 100 и более метров. Такие микрофоны удобны и в быту, для использования в караоке при проведении вечеринок. Беспроводные микрофоны работают в VHF и UHF диапазонах.

Беспроводной микрофон - комплект

Микрофоны направленного действия

Существуют также микрофоны направленного действия, позволяющие услышать, путем наведения на нужную точку, то что недоступно для прослушивания из-за большой дистанции, при использовании обычного микрофона. Такой микрофон изображен на фото ниже:

Фото направленный параболический микрофон

В настоящее время использубтся почти исключительно электретные микрофоны (мобильная техника, диктофоны, гарнитуры ПК), остальные типы гораздо более редко. Обзор подготовлен по заказу сайта Радиосхемы . Автор - AKV.

Форум по обсуждению материала МИКРОФОНЫ

Приводятся основные сведения о планарных предохранителях, включая их технические характеристики и применение.

Что такое OLED, MiniLED и MicroLED телевизоры - краткий обзор и сравнение технологий.

Переделываем игрушку обычный трактор в радиоуправляемый - фотографии процесса и получившийся результат.

В каком направлении течет ток - от плюса к минусу или наоборот? Занимательная теория сути электричества.

Микрофон представляет собой устройство, которое преобразует механические колебания воздуха (то есть звук) в электрический ток. Прибор используют для аудиозаписи, телефонной и видеосвязи через интернет. Микрофоны, которые обладают хорошей чувствительностью и правильно передают звук, дорогие. Если нет средств на приобретение устройства, можно попробовать изготовить его самостоятельно. Перед тем как сделать микрофон своими руками, нужно изучить типы приборов, их основные характеристики, запастись нужными инструментами и материалами.

Возможно ли изготовить микрофон своими руками дома

Микрофон можно изготовить своими руками в домашних условиях. Для этого потребуется электретный капсюль от старого магнитофона или динамик от наушников-вкладышей. Процедура изготовления простая и не требуют специальных знаний, умений.

Для чего можно использовать

Микрофон применяют везде, где требуется передача звука.

запись голоса или его передача по радио;
общение с помощью программ, предназначенных для видеоконференцсвязи;
переговоры в голосовом чате онлайн-игр.

Прибор можно применять и для записи вокала, музыкальных инструментов. Но качество звука будет не на высоте. Для этого самодельный прибор мало подходит. Нужен как минимум конденсаторный.

Особенности и характеристики самодельных микрофонов

У самодельных устройств звук и акустика хуже, чем у фабричных, т.к. у них ниже динамический диапазон, чувствительность. Однако эти недостатки компенсируются низкой стоимостью материалов для сборки. Расходы на них составят не больше 100 руб. Цена самых простых фабричных моделей начинается от 250 руб.

Характеристики прибора также отличаются в зависимости от его разновидности. Основных – 6.

Направленный

Предназначен для прослушивания или записи звука, источник которого находится на расстоянии (оно не должно превышать 100 – 150 м). Минимально необходимая сила звука должна составлять 45-50 дБ. Чаще всего такие устройства применяются журналистами для записи во время интервью.

Электретный

Тип, близкий к конденсаторным моделям. Использует в качестве фиксированной обкладки конденсатора и перманентного источника тока пластину из электрета (особого диэлектрика).

Студийный

Студийными называют конденсаторные микрофоны, которые предназначены для звукозаписи, передачи звука на телевидении или радио. Основной элемент конструкции – конденсатор, покрытый диэлектрической пленкой, чувствительной к звуковым колебаниям. Когда пленка их улавливает, она вибрирует. Вследствие этого емкость конденсатора меняется, звук превращается в электрические колебания.

Самодельный конденсаторный ламповый

Аналог предыдущего варианта. Однако в предусилителе используются не транзисторы или микросхемы, а лампы. Благодаря этому удается достичь более теплого, естественного звука. Подходит для записи вокальных и инструментальных партий.

Щелевой из хомутов от транзисторов

Разновидность направленного микрофона. Основа конструкции – трубка, снабженная щелями. Когда звуковые волны туда проникают, они вступают в противофазу. В результате можно слышать звук даже на большом расстоянии.

Самому прибор можно сделать из хомутов от старых советских транзисторов.

Микрофон из наушников

Простейший вариант самодельного микрофона. Для создания мембраны используют динамик от наушников. Подойдет для онлайн-связи. Для записи не годится – качество звука недостаточное.

Какие инструменты и материалы понадобятся для работы

Чтобы изготовить простой электретный монофонический микрофон для ПК без предусилителя, понадобятся следующие материалы:

Электретный капсюль. Эту деталь можно вытащить из старого магнитофона с возможностью записи. Также ее можно купить отдельно. Она стоит всего 40-50 руб.
Тонкий провод с двумя жилами. Нужен для присоединения микрофона к компьютеру.
Аудиоштекер диаметром 3,5 мм. Необходим для присоединения прибора к аудиовходу ПК.
Корпус. Подойдет полый цилиндр из пластмассы. Его можно сделать из старого толстого маркера.
Маленький канцелярский зажим. Нужен для крепления прибора к петлице.

Из инструментов и расходных материалов потребуются:

паяльник;
канифоль и припой;
изолента;
шуруп с широкой шляпкой.

Пошаговая инструкция и этапы изготовления микрофона для компьютера

Процедуру изготовления прибора условно можно разделить на несколько этапов.

Схемы и чертежи

Перед началом работы лучше набросать чертеж будущего изделия. Это облегчит последующую сборку. Поскольку это простой вариант, специализированные программы не нужны. Схему можно сделать на бумаге.

Источник питания устройства

В рассматриваемом варианте нет предусилителя. Поэтому дополнительное питание ему не нужно.

Микшер для микрофона

Если вы не планируете использовать прибор для записи, ему будет достаточно встроенного микшера Windows.

Стойка

Если нет желания использовать петличку, для фиксации микрофона можно сделать стойку. Самый простой вариант – изготовить аксессуар из старой настольной лампы. Для этого отсоединяют плафон и на его место приделывают металлический хомутик, диаметр которого позволяет зафиксировать корпус самодельного микрофона.

Этапы сборки

Чтобы собрать прибор, потребуется выполнить следующие действия:

отрезать концы корпуса маркера так, чтобы получилась полая трубка;
припаять к капсюлю двухжильный провод;
обмотать капсюль изолентой в 2-3 витка (это нужна для лучшей фиксации в корпусе) и ввести его в трубку так, чтобы провод вышел с другой стороны;
припаять противоположный конец провода к штекеру 3,5 мм.

Мастер-класс по изготовлению бумажного микрофона в домашних условиях для детей

Дети тоже хотят играть с микрофоном. Но доверять им его не стоит – могут сломать. Поэтому лучше изготовить имитацию изделия из бумаги.

Для этого нужно:

сделать трубку из картона;
из листа А4 скомкать шар и обмотать его цветной пленкой или бумагой;
наклеить шар на конец трубки;
к противоположному концу приклеить толстую нить, имитирующую провод.

Нюансы изготовления держателя

Простейший держатель – петличка. Его можно сделать из маленького канцелярского зажима, который прикручивают к корпусу шурупом с широкой шляпкой в нужном месте.

Второй вариант держателя – стойка. Для ее изготовления подойдет не только старая настольная лампа. Аксессуар можно изготовить из ДСП и алюминиевой трубки.

из ДСП вырезают прямоугольник;
в нем проделывают отверстие, равное диаметру трубки;
трубку обматывают изолентой и вставляют в отверстие;
на конце трубки крепят хомутик.

Как сделать усилитель

Простейший нерегулируемый предусилитель можно изготовить на базе 2 конденсаторов и 1 транзистора ВС547.

Для сборки схемы методом навесного монтажа нужно:

минусовой выход электретного капсюля напрямую подсоединить к эмиттеру транзистора, а минусовой – к коллектору через 2 резистора на 1 кОм каждый, соединенных последовательно;
параллельно плюсовому и минусовому выходам капсюля припаять керамический конденсатор (емкость не важна);
параллельно второму резистору и эмиттеру транзистора припаять электролитический конденсатор на 47 мФ (минус должен приходиться на эмиттер);
к коллектору и эмиттеру транзистора припаивают провода, ведущие к выходному штекеру.

Если не удалось найти ВС547 – не проблема. Его может заменить транзистор отечественного производства КТ3102, который проще найти.

Как сделать ветрозащиту

Простейшую ветрозащиту можно сделать из кусочка поролона. Для этого в корпус прибора перед капсюлем помещают прослойку из полимерного материала. Также можно изготовить чехол. Его надевают на наружную часть корпуса.

Благодаря ветрозащите не появляются посторонние звуковые сигналы из-за ветра или придыханий во время речи.

Как сделать звукоизоляцию

Если микрофон планируют использовать для записи голоса, не помешает звукоизоляция. Ее делают из специальных поролоновых пластин, которые можно купить в строительном магазине, и фанеры.

из фанеры изготавливают прямоугольный короб без 1 стенки;
изнутри его обклеивают поролоновыми пластинами.

Во время записи микрофон помещают внутрь короба. Там же размещается человек. В результате 80-90% посторонних звуков не попадают на звуковую дорожку.

Если нет желания делать короб, пластинами из поролона можно обклеить один из углов комнаты. Звукоизоляция при этом будет несколько хуже.

Сроки работы самодельного микрофона

Срок службы самодельного микрофона зависит от качества сборки. При правильном подходе его ресурс не уступает фабричным моделям. Он составляет около 5 лет.

При эксплуатации телефонных аппаратов второй и третьей групп сложности с угольными микрофонами часто наблюдается падение чувствительности. Это происходит вследствие спекания частичек угля, что вызывает нарушение чистоты звука и искажения в виде треска и помех. В настоящее время разработано множество схем для замены угольных микрофонов. Качество звука при этом повышается на порядок.

На рис. 1 приведена схема с использованием динамического микрофона МДМ-7. Усилитель в схеме выполнен трехкаскадным, транзисторы желательно отобрать с высоким коэффициентом усиления.

Рис. 1. Схема замены угольного микрофона.

Рис. 2. Схема замены угольного микрофона с использованием ключа КР1014КТ1А.

Рис. 3. Схема замены угольного микрофона

Рис. 4. Схема замены угольного микрофона

none Опубликована: 2005 г. 0 0

Вознаградить Я собрал 0 0

Читайте также: