Mikrofon jest urz¹dzeniem przetwa-

rzaj¹cym przebieg czasowy ciœnienia aku-
stycznego na przebieg napiêcia, odbiera-
ny z jego zacisków. Zatem jest on prze-
twornikiem wielkoœci nieelektrycznej na
elektryczn¹. Mikrofonom stawia siê sze-
reg wymagañ:
– minimalne zniekszta³cenia, kszta³t na-

piêcia wyjœciowego powinien w mo¿li-
wie najwierniejszy sposób odpowiadaæ

kszta³towi ciœnienia akustycznego (fali
akustycznej);

– pasmo czêstotliwoœci przetwarzanych

przez mikrofon powinno obejmowaæ ca-
³y zakres akustyczny (20 Hz÷20 kHz);

– charakterystyka czêstotliwoœciowa mi-

krofonu powinna byæ maksymalnie
p³aska w u¿ytecznym paœmie;

– ró¿nice w charakterystykach kierunkowo-

œci dla wszystkich czêstotliwoœci u¿yteczne-
go pasma powinny byæ jak najmniejsze;

– poziom napiêcia wyjœciowego z mikro-

fonu powinien byæ mo¿liwie du¿y, aby

uzyskaæ odpowiedni stosunek sygna³u
do szumu w dalszej obróbce sygna³u;

– mikrofon powinien byæ odporny na ze-

wnêtrzne pola zak³ócaj¹ce.

Mo¿na spotkaæ kilka rodzajów mikrofo-
nów (o ró¿nej budowie i zasadzie dzia³a-
nia), lepiej lub gorzej spe³niaj¹cych po-
wy¿sze wymagania:
– wêglowe (stykowe);
– piezoelektryczne (krystaliczne);
– pojemnoœciowe;
– elektromagnetyczne

(magnetyczne

o kotwicy swobodnej);

– dynamiczne (magnetyczne o ruchomej

cewce).

Mo¿na jeszcze dalej rozszerzaæ klasyfika-
cjê mikrofonów, lecz nie jest to celem ni-
niejszego artyku³u.

Mikrofony wêglowe dziœ praktycznie

nie s¹ stosowane. Mo¿na je spotkaæ we
wk³adkach mikrofonowych starych apara-
tów telefonicznych. Tak¿e mikrofony pie-
zoelektryczne praktycznie wypad³y z obie-
gu. Najwiêksz¹ popularnoœci¹, ze wzglêdu
na bardzo dobre parametry, ciesz¹ siê mi-
krofony pojemnoœciowe i dynamiczne.

Wiêcej uwagi poœwiêcimy teraz mi-

krofonom pojemnoœciowym, które pro-
dukowane s¹ z przeznaczeniem do zasto-
sowañ profesjonalnych jak i w wersjach
bardzo tanich do zastosowañ powszech-
nych. Zyska³y one du¿¹ popularnoœæ dziê-
ki bardzo szerokiemu pasmu przenosze-
nia, doskona³ej równomiernoœci charakte-
rystyki i ma³ym zniekszta³ceniom nielinio-
wym. Pocz¹tkowo du¿ym utrudnieniem
ograniczaj¹cym stosowanie tych mikrofo-
nów by³a koniecznoœæ stosowania dodat-
kowego zasilania napiêciem sta³ym i sto-
sowanie wzmacniacza bezpoœrednio przy
mikrofonie.

Mikrofon pojemnoœciowy (rys. 1)

sk³ada siê z membrany (elastycznej folii
plastikowej lub metalowej), której jedna
strona jest metalizowana i nieruchomego
pierœcienia do którego membrana jest
przymocowana, stanowi¹cego równocze-
œnie drug¹ elektrodê. Taka konstrukcja
tworzy kondensator. Pod wp³ywem ciœnie-
nia akustycznego dzia³aj¹cego na mem-
branê zmienia siê jej odleg³oœæ od nieru-
chomego pierœcienia. Poci¹ga to za sob¹
zmianê pojemnoœci kondensatora. Kon-
densator ten jest spolaryzowany napiê-
ciem sta³ym o doœæ du¿ej wartoœci ok.
100 V. Na wskutek zmian pojemnoœci kon-
densatora, przy sta³ym ³adunku elektrycz-
nym, na zaciskach mikrofonu pojawia siê
napiêcie zmienne proporcjonalne do wy-

Ten intryguj¹cy tytu³ zachêca do przeczytania ciekawego artyku³u
poœwiêconego mikrofonom. Prosty mikrofon kosztuje parê z³otych,
a mo¿e pos³u¿yæ do zbudowania niezmiernie ciekawego urz¹dzenia
przeznaczonego do ³owienia odleg³ych i cichych dŸwiêków np.
œpiewu ptaków, lub odg³osów wydawanych przez zwierzêta. Urz¹-
dzenie to mo¿na te¿ wykorzystaæ do pos³uchania i sprawdzenia
pracy serca. Jeszcze innym zastosowaniem bêdzie diagnostyka sil-
nika samochodowego. Przy pomocy mikrofonu mo¿na pos³uchaæ,
co w silniku s³ychaæ, które elementy pracuj¹ prawid³owo, a które
zgrzytaj¹ lub wydaj¹ inne nienormalne dŸwiêki. Urz¹dzenie, czyli
wzmacniacz s³uchawkowy z uk³adem filtrów jest bardzo prosty,
a zabawy i radoœci z nim zwi¹zanych naprawdê du¿o.

£owcy dŸwiêków czyli

mikrofon kierunkowy

(elektret)

spolaryzowana

Folia

-

-

-

+
+

»100mV

R2

R1

»W

»1GW

»10Hz÷10kHz

WY m.cz.

+

+ -

-

+

+ -

-

+

+

+ -

-
-

T1

»2÷10k

-

Metalizacja

Mikrofon

pojemnoœciowy

elektretowy

+1,5÷10V

Rys. 1 Budowa mikrofonu pojemnoœciowego (elektretowego)

Co nieco o mikrofonach

7

10/99

Elektronika domowa i zabawki

chylenia membrany. Du¿a wartoœæ napiê-
cia polaryzuj¹cego kondensator podykto-
wana jest koniecznoœci¹ uzyskania odpo-
wiedniej czu³oœci. Impedancja wyjœciowa
takiego mikrofonu jest bardzo du¿a rzêdu
dziesi¹tek megaomów. Wymaga on zatem
zastosowania wzmacniacza umieszczone-
go bezpoœrednio w obudowie.

KoniecznoϾ polaryzowania konden-

satora w mikrofonie pojemnoœciowym
uda³o siê wyeliminowaæ przez zastosowa-
nie membrany wykonanej z trwale spola-
ryzowanej elektrycznie folii poliestrowej
zwanej elektretem. Jednak¿e wzmacniacz
przymikrofonowy pozosta³. Jest on z regu-
³y zbudowany na tranzystorze polowym
(w tañszych wersjach), który zapewnia od-
powiednio du¿¹ impedancjê wejœciow¹
przy stosunkowo ma³ych szumach (rys. 1).

Popularne mikrofony elektretowe ko-

sztuj¹ ok. 2÷5 z³. Wy-
magaj¹ napiêcia zasila-
j¹cego wzmacniacz rzê-
du 1÷10 V. Do zasilania
mikrofonu i równocze-
snego odbierania sygna-
³u akustycznego wystar-
cz¹

dwa

przewody

(przewód ekranowany).
Obudowa, zawieraj¹ca
mikrofon i wzmacniacz
ma

œrednicê

oko³o

4÷8 mm, przy wysoko-
œci 4÷10 mm. S¹ to za-
tem urz¹dzenia napraw-
dê miniaturowe.

Jeszcze jedn¹ cech¹

charakteryzuj¹c¹ mi-
krofony jest ich charak-
terystyka kierunkowa,
czyli zmiana czu³oœci
mikrofonu w funkcji k¹-
ta padania fali aku-
stycznej. Kszta³t charak-
terystyki mikrofonu za-
le¿y od jego budowy

mechanicznej. W pewnym zakresie mo¿-
na jednak tak¹ charakterystykê korygo-
waæ. Jak powiedziano na wstêpie nasz
uk³ad ma s³u¿yæ miêdzy innymi do pro-
wadzenia pods³uchu. Zatem od mikrofo-
nu wymaga siê charakterystyki silnie kie-
runkowej. Dziêki temu odbiera on dŸwiê-
ki dobiegaj¹ce z jednego kierunku, silnie
t³umi¹c wszystkie sygna³y „zak³ócaj¹ce”
które nie le¿¹ na osi mikrofonu.

Fabryczne mikrofony kierunkowe

wykonuje siê jako mikrofony interferen-
cyjne (rys. 2). W takim mikrofonie fala
dŸwiêkowa przed dotarciem do membra-
ny przechodzi przez rurê kierunkow¹,
która mo¿e mieæ d³ugoœæ nawet do 1 m.
Wzd³u¿ rury znajduj¹ siê otwory z odpo-
wiednio dobranymi filtrami akustyczny-
mi. Rura zbiera fale dŸwiêkowe wpadaj¹-
ce przez otwory i doprowadza je do

membrany. Fale wpadaj¹ce z kierunku osi
rury nie podlegaj¹ t³umieniu. Natomiast
fale wpadaj¹ce z boków rury, na skutek
ró¿nic fazowych wynikaj¹cych z ró¿nej
d³ugoœci drogi ulegaj¹ wyt³umieniu. Wa¿-
nym jest aby rura nie wykazywa³a rezo-
nansu w³asnego w zakresie odbieranego
pasma czêstotliwoœci. Silna charakterysty-
ka kierunkowa takiego mikrofonu powo-
duje, ¿e dŸwiêk przez niego odbierany
brzmi g³ucho, gdy¿ brak jest w nim to-
nów wysokich, które s¹ bardziej kierunko-
we i wymagaj¹ dok³adnego „wycelowa-
nia” rury na Ÿród³o dŸwiêku.

W warunkach domowych mo¿na

wykonaæ uproszczon¹ wersjê mikrofonu
kierunkowego i jest to nadzwyczaj pro-
ste. Wystarczy wzi¹æ kartkê papieru for-
matu A4 i zwin¹æ j¹ ciasno w rulon, tak
aby otrzymaæ papierow¹ rurkê o d³ugoœci
d³u¿szego boku papieru. Wewnêtrzna
œrednica rurki powinna byæ taka, aby
mo¿na w niej umieœciæ „na wcisk” mikro-
fon elektretowy.

Koniec rurki gdzie umieszczony jest

mikrofon powinno siê pokryæ materia³em
t³umi¹cym dŸwiêki. Mo¿e to byæ pasek
miêkkiej g¹bki owiniêtej na rurce, lub ka-
wa³ek wykonanej z pianki izolacji do mie-
dzianych rur wodoci¹gowych. Zadaniem
tej „izolacji akustycznej” jest t³umienie
dŸwiêków wytwarzanych przez rêkê trzy-
maj¹c¹ mikrofon. Mikrofon pod³¹cza siê

Membrana

jednokierunkowy

Mikrofon

Rura

kierunkowa

Rys. 2 Budowa mikrofonu kierunkowego interferencyjnego

R13

22k

22k

R12

4kHz

0

2kHz

5

2

C5

6

7

US2-B

4,7n

47k-A

P2

W£1-A

W£1-B

3

1

R14

R16

R15

C12

R6

10n

3,9k

3,9k

3,9k

R11 22k

510p

C8

C7

1n

C6

2,2n

R7

33k

68k

US1-B

1k

47k-B

1k

6,8k

R17

R18

6,8k

C13

4,7n

C14

4,7n

22mF

R4

P1

R5

6

4

R8

10k

51k

R9

LM358

C3

100p

C4

10k

4

100mF

10k

100k

7

8

5

T2

330p

C9

BC557B

M

M1

+9V

US1-A

330n

C2

R19

10mF

C15

T1

C10

R2

2

3

1

8

–

47mF

LM358

S£UCHAWKI

BC547B

10mF

10k

6F22

BAT

C1

R10

C11

1k

16÷33W

US2-A

R1

R3

C16

47n

+

+9V

Rys. 3 Schemat ideowy wzmacniacza do mikrofonu

8

10/99

£owcy dŸwiêków czyli mikrofon kierunkowy

teraz do opisanego poni¿ej wzmacniacza
i uk³ad pods³uchiwania jest ju¿ gotowy.
Mo¿na przyst¹piæ do zabawy.

Na zakoñczenie tego byæ mo¿e przy-

d³ugiego wstêpu wypada jeszcze wspo-
mnieæ o bardzo specyficznych mikrofo-
nach kierunkowych charakteryzuj¹cych
siê du¿¹ czu³oœci¹, przy bardzo dobrej
kierunkowoœci. S¹ to mikrofony stosowa-
ne przez tzw. „³owców dŸwiêków”. Ca³a
maszyneria sk³ada siê ze zwyk³ego mikro-
fonu o doœæ wyraŸnej kierunkowoœci i pa-
rabolicznego zwierciad³a akustycznego
o œrednicy rzêdu 1÷1,5 m, bardzo zbli¿o-
nego podobnego do klasycznej anteny
satelitarnej (nie myliæ z anten¹ offsetow¹,
która jest tak¿e paraboliczna, ale nieco
„kopniêta” w bok). Mikrofon umieszczo-
ny jest w ognisku zwierciad³a sk¹d odbie-
ra dŸwiêki zebrane z du¿ej powierzchni
i skupione w ognisku. Tego typu zestaw
umo¿liwia „³apanie” dŸwiêków nawet
z odleg³oœci kilkudziesiêciu metrów (bli¿ej
stu ni¿ dziesiêciu). Zapaleñcom proponu-
je wypróbowanie tego typu uk³adu przy
wykorzystaniu starej anteny satelitarnej.

Ciekawe co z tego wyniknie, mo¿e jakiœ
nowy James Bond.

Mikrofon pojemnoœciowy (elektreto-

wy) M1 zasilany jest przez rezystor R19,
który stanowi równoczeœnie jego obci¹¿e-
nie. Sygna³ akustyczny przez kondensa-
tor C2 doprowadzany jest do wstêpne-
go

wzmacniacza

nieodwracaj¹cego

US1A o regulowanym wzmocnieniu. Re-
gulacjê wzmocnienia w przedziale od
2 V/V do 48 V/V zapewnia potencjometr
P1. Kondensator C4 ogranicza pasmo
przepustowe od góry. Czêstotliwoœæ ogra-
niczania jest zmienna i zale¿y od wzmoc-
nienia. Im wiêksze wzmocnienie tym
ograniczenie nastêpuje przy ni¿szych czê-
stotliwoœciach. Dziêki temu przy wiêk-
szym wzmocnieniu wystêpuje wiêksze
t³umienie szumów wzmacniacza mikrofo-
nowego i wzmacniacza US1A.

Za wzmacniaczem wstêpnym umie-

szczone s¹ dwa filtry, których charaktery-
styki czêstotliwoœciowe przedstawiono na

rysunku 4. Pierwszy z nich jest aktywnym
filtrem dolnoprzepustowym drugiego
rzêdu US1B. Filtr ten posiada mo¿liwoœæ
wybierania czêstotliwoœci granicznej przy
pomocy prze³¹cznika W£1. Do wyboru s¹
trzy rodzaje charakterystyk: p³aska (bez
ograniczania pasma), dolnoprzepustowa
2 kHz i 4 kHz. O czêstotliwoœci granicznej
decyduj¹ pojemnoœci kondensatorów C5,
C7 i C6, C8. Wzmocnienie filtru w paœmie
przepustowym i przy p³askiej charaktery-
styce jest jednostkowe.

Drugi z filtrów jest regulowanym fil-

trem prezencyjnym US2B. Czêstotliwoœæ
œrodkowa filtru wynosi 5 kHz i znajduje
siê w pobli¿u najwy¿szej czu³oœci ucha.
Zadaniem tego filtru jest zwiêkszenie wy-
razistoœci mowy podczas pods³uchiwania
rozmów przez wyeliminowanie tonów
wysokich i niskich. Podobne filtry stoso-
wane s¹ w telefonii. Wielkoœæ „podbicia”
czêstotliwoœci prezencyjnych jest regulo-
wana potencjometrem P2 w zakresie od
0 do 16 dB.

Filtr zrealizowano w oparciu o mostek

podwójne T (TT) umieszczony w ga³êzi
ujemnego sprzê¿enia zwrotnego. W jego
sk³ad wchodz¹ elementy R15, R17, R18,
C12, C13, C14. Druga ga³¹Ÿ sprzê¿enia
zwrotnego jest liniowa (R13). Potencjo-
metr P2 pozwala na p³ynne zmienianie
wielkoœci sprzê¿enia pochodz¹cego z obu
ga³êzi. Wzmocnienie filtru poza pasmem
prezencyjnym jest jednostkowe.

Dzia³anie filtru prezencyjnego jest

skuteczne tylko w przypadku ustawienia
charakterystyki p³askiej w filtrze dolno-
przepustowym US1B. Po w³¹czeniu jed-
nego z filtrów dolnoprzepustowych filtr
prezencyjny wywiera znacznie mniej-
szy wp³yw na wypadkow¹ charakterysty-
kê przenoszenia, choæ jest on jeszcze
zauwa¿alny.

Ostatnim stopniem uk³adu jest

wzmacniacz s³uchawkowy US2A. Tranzy-
story T1 i T2 spe³niaj¹ funkcjê przeciw-
sobnego wzmacniacza pr¹dowego pracu-
j¹cego bez pr¹du spoczynkowego. Znie-
kszta³cenia wynikaj¹ce z prze³¹czania
tranzystorów s¹ w olbrzymiej wiêkszoœci
eliminowane przez g³êbokie sprzê¿enie
zwrotne obejmuj¹ce ca³y wzmacniacz.
Wzmocnienie tego stopnia wynosi 6 V/V.
Do wyjœcia wzmacniacza mo¿na pod³¹-
czyæ s³uchawki o impedancji 16÷33 W.

Ca³y uk³ad wzmacniacza zasilany jest

z baterii 9 V typu 6F22. Dzielnik rezystan-
cyjny R1, R2 dostarcza po³owê napiêcia
zasilania do polaryzacji wejϾ wzmacnia-

100kHz

10kHz

1kHz

100Hz

10Hz

0,0

–4,0

4,0

8,0

16,0

12.0

10Hz

100Hz

1kHz

10kHz

100kHz

[dB]

–32,0

–24,0

–16,0

–8,0

0,0

8,0

a)

b)

[dB]

Rys. 4 Charakterystyki filtrów: a) dolnoprzepustowych 2 kHz i 4 kHz, b) prezencyjnego 5 kHz

Opis uk³adu

9

10/99

£owcy dŸwiêków czyli mikrofon kierunkowy

czy operacyjnych US1 i US2. Pr¹d pobie-
rany przez uk³ad bez sygna³u nie przekra-
cza 20 mA.

Monta¿ uk³adu nie wymaga komen-

tarza. Jedyna uwaga dotyczy potencjo-
metrów P1 i P2, które s¹ montowane na
p³ytce drukowanej po stronie œcie¿ek,
tak by oœki znalaz³y siê po stronie ele-
mentów (patrz fotografia). Koñcówki
potencjometrów ³¹czy siê drucikami (ob-
ciêtymi nó¿kami elementów) z polami
na p³ytce. Jako W£1 zastosowano minia-
turowy dwusekcyjny prze³¹cznik suwa-
kowy, który mo¿na ustawiaæ w trzech
pozycjach.

Mikrofon ³¹czy siê z p³ytk¹ przy po-

mocy przewodu ekranowanego. Nale¿y
zwróciæ uwagê na biegunowoœæ pod³¹cze-
nia mikrofonu. Masa (ekran) przewodu
musi byæ po³¹czona z mas¹ mikrofonu,
która jest zwarta z jedn¹ z nó¿ek (widaæ
to wyraŸnie patrz¹c na mikrofon od
spodu).

Opis wykonania rurki do mikrofonu

kierunkowego podano powy¿ej. Je¿eli
wzmacniacz bêdzie wykorzystywany do
ods³uchiwania pracy serca lub pracy silni-
ka na mikrofon nie zak³ada siê rurki.
Wskazane jest natomiast owiniêcie g¹bk¹
lub piank¹ izolacyjn¹, zostawiaj¹c wolny
koniec na którym jest „wejœcie” czyli
membrana. Tak przygotowany mikrofon
przyk³ada siê do klatki piersiowej i mo¿na

ju¿ ws³uchiwaæ siê w pracê
serca. Podobnie przy silni-
ku, mikrofon przyk³ada siê
w ró¿ne miejsca pracuj¹ce-
go silnika i nads³uchuje od-
g³osów jakie wydaj¹ po-
szczególne mechanizmy, co
bardzo u³atwia wychwyce-
nie wszelkich nieprawid³o-
woœci. Przy prowadzeniu
ods³uchu silnika nale¿y
bardzo uwa¿aæ, aby nie
dotkn¹æ paska klinowego
lub innych obracaj¹cych
siê elementów, gdy¿ grozi
to wci¹gniêciem i zmia¿-
d¿eniem rêki, lub palców.
Trzeba te¿ zwracaæ uwagê
na przewody s³uchawko-
we, mikrofonu i zasilaj¹ce
które mog¹ siê gdzieœ
wpl¹taæ.

Prowadz¹c

nas³uch

wykorzystuje siê oba filtry
i potencjometr wzmocnie-
nia. Przy wyborze filtrów
i wielkoœci wzmocnienia
nale¿y siê kierowaæ jak naj-
lepsz¹ s³yszalnoœci¹ w s³u-
chawkach. Nie ma tu uni-
wersalnej regu³y, która
mówi jak postêpowaæ w ta-
kich przypadkach. Usta-
wienia nale¿y dobieraæ
eksperymentalnie do wa-
runków. Przy zbyt du¿ym
wzmocnieniu mo¿e wyst¹-
piæ zjawisko sprzê¿enia
akustycznego objawiaj¹ce
siê g³oœnym piskiem dobie-
gaj¹cym ze s³uchawek, jest

to normalne. Gdy wzmocniony sygna³
wyemitowany przez s³uchawki zostanie
odebrany przez mikrofon ulega on dal-
szemu wzmocnieniu, tak d³ugo a¿ nast¹pi
wzbudzenie uk³adu objawiaj¹ce siê pi-
skiem. Warunki wzbudzenia s¹ zmienne
i zale¿¹ od g³oœnoœci i odleg³oœci s³ucha-
wek od mikrofonu. Jedynym sposobem
wyeliminowania sprzê¿enia jest zmniej-
szenie wzmocnienia uk³adu.

P³ytki drukowane wysy³ane za zalicze-
niem pocztowym, mo¿na zamawiaæ w re-
dakcji PE.
Cena:

p³ytka numer 477 – 3,55 z³
+ koszty wysy³ki.

477

477

T

R10

C11

S

T

+

C16

T2

C15

R8

LM

358

C10

T1

R16

C12
US2

R9

C9

C13

R17

R18

R14

R15

C14

4kHz

2kHz

0

C5

R11

R12

P2

R13

C7

C1

R1

R5

R19

C4

C6

R7

R6

LM

358

US1

R4

C8

R3

R2

C3

P1

C2

M

T

Rys. 5 P³ytka drukowana i rozmieszczenie elementów

à

Ryszard Kozera

Monta¿ i uruchomienie

US1, US2

– LM 358

R4, R5,

R10

– 1 kW/0,125 W

R14÷R16 – 3,9 kW/0,125 W

R17, R18

– 6,8 kW/0,125 W

R1, R2,

R8, R19

– 10 kW/0,125 W

R11÷R13 – 22 kW/0,125 W

R7

– 33 kW/0,125 W

R9

– 51 kW/0,125 W

R6

– 68 kW/0,125 W

R3

– 100 kW/0,125 W

P1

– 47 kW-B PR 186

P2

– 47 kW-A PR 186

C4

– 100 pF/50 V ceramiczny

C9

– 330 pF/50 V ceramiczny

C8

– 510 pF/50 V ceramiczny

C7

– 1 nF/50 V ceramiczny

C6

– 2,2 nF/50 V ceramiczny

C5, C13,

C14

– 4,7 nF/50 V ceramiczny

C12

– 10 nF/50 V ceramiczny

C16

– 47 nF/50 V ceramiczny

C2

– 330nF/50 V MKSE-20

C1, C10

– 10 mF/25 V

C3

– 22 mF/25 V

C15

– 47 mF/16 V

C11

– 100 mF/16 V

M1

– miniaturowy mikrofon poje-

mnoœciowy (elektretowy)

S£1

– s³uchawki 16÷33 W

W£1

– prze³¹cznik suwakowy

trzypozycyjny

p³ytka drukowana

numer 477

Wykaz elementów

Pó³przewodniki

Rezystory

Kondensatory

Inne

10

10/99

£owcy dŸwiêków czyli mikrofon kierunkowy