Nagłaśnianie
N
a
g
ł
a
ś
n
i
a
n
i
e
Co to jest mikrofon? Do czego służy? Ze względu na rodzaj przetwornika
Jak jest zbudowany? Jak się nim posługi- i sposób przetwarzania drgań membra-
wać? Zapewne jako stary fachowiec dzi- ny na sygnał foniczny, mikrofony dzieli-
wisz się tym pytaniom, ale nie każdy czy- my na:
telnik EdW potrafi na nie odpowiedzieć.  magnetoelektryczne (dynamiczne),
Pozwól więc, że podam ci dwie definicje.  pojemnościowe (elektrostatyczne),
Oto pierwsza:  węglowe,
Mikrofon jest to rurka  metalowa lub  piezoelektryczne.
m
i
k
r
o
plastykowa  pomalowana na srebrzysty Najbardziej popularne z nich są mikro-
f
o
n
y
d
y
n
a
m
i
c
z
n
e
kolor stali lub na czarno. W rurze tej zna- fony dynamiczne. Zasadę ich pracy oma-
r
y
s
u
n
e
k
1
jdują się jakieś druty, magnes znakomicie wia rysunek 1. W mikrofonie dynamicz-
nadający się do zbierania igieł z podłogi, nym elementem ruchowym jest przewód
i coś co zwą membraną. Rurka ta zakoń- zwinięty w cewkę lub w kształcie wstęgi,
czona jest sitkiem. Urządzeniem tym po- poruszający się w pierścieniowej szczeli-
sługują się ludzie, którzy poprzez śpiew, nie magnesu trwałego. Cewka jest me-
mowę lub granie na instrumentach dają chanicznie połączona z membraną mikro-
nam do zrozumienia, że czas przełączyć fonu. Działanie wszystkich mikrofonów
radio na inny zakres. niacze z tysiącami watów, gdyby nie po- dynamicznych jest oparte na następują-
Jeżeli nie zadowala cię ta definicja, po- moc wszechobecnych mikrofonów. Właś- cej zasadzie: fala dz
więkowa porusza
dam ci drugą: nie dzięki nim  Śpiewać każdy może... . membraną, do której przymocowana jest
Mikrofon jest przetwornikiem elektro- Aby nie doprowadzać cię do obłędu, cewka. Dzięki temu przewód elektryczny
akustycznym przetwarzającym energię w dalszej części artykułu celowo pominą- porusza się w polu magnesu trwałego,
akustyczną na elektryczną. Proces prze- łem wszelkie wzory, zależności i oblicze- prostopadle do strumienia magnetyczne-
miany odbywa się w następującej kolej- nia. Pojawi się natomiast kilka charakte- go i indukuje się w nim siła elektromoto-
ności: y
ródło dz
więku (np. piosenkarz, rystyk, rysunków i zdjęć. Bez tego nie da ryczna czyli napięcie, inaczej mówiąc po-
któremu wydaje się, że umie śpiewać) się mówić o mikrofonach. wstają przebiegi elektryczne o kształcie
 drgania powietrza  drgania membrany odwzorowującym zmiany ciśnienia fali
mikrofonu (drży z nerwów słuchając pio- Wiem, że chciałbyś już mnie spytać: akustycznej.
senkarza)  przebiegi elektryczne w mik- jak można sklasyfikować mikrofony Odmianą mikrofonu dynamicznego
m
i
k
r
o
f
o
n
w
s
t
ę
g
o
w
y
rofonie. Drgania te powodują powstanie i czym różnią się między sobą? jest mikrofon wstęgowy. Wstęga jest
w obwodzie elektrycznym mikrofonu prą- Mikrofony można sklasyfikować przy- równocześnie membraną mikrofonu. Je-
du zmiennego, o kształcie charakterys- najmniej dwojako: ze względu na rodzaj żeli chodzi o mikrofon wstęgowy, to trze-
tycznym dla danego dz
więku. Powstają- przetwornika użytego do zamiany ener- ba stwierdzić, że wstęga jest dużo lżejsza
ce prądy i napięcia mają wprawdzie bar- gii akustycznej na elektryczną, jak rów- od membrany i cewki zwykłego mikrofo-
dzo małą wartość, ale za to ich kształt od- nież ze względu na charakterystykę kie- nu dynamicznego, przez co może zapew-
zwierciedla zmiany ciśnienia związane runkowości. nić znacznie lepszą jakość dz
więku. Z te-
z danym dz
więkiem. go powodu stosowane są chętnie
Naucz się na pamięć tej definicji, w studiach nagraniowych.
która bardziej ci się podoba. Jak waż- W takim razie, dlaczego mikrofo-
ny jest mikrofon, chyba nikomu nie ny wstęgowe są mało popularne
trzeba tłumaczyć. Bez niego nie w porównaniu z dynamicznymi? Po-
mógłbyś słuchać nagrań swojego wód jest prosty. Mikrofon wstęgo-
ulubionego artysty operowego, wy jest bardziej delikatny a ponadto
ewentualnie prelegenta w telewizji, nie jest odporny na ... grypę. Tak,
mówiącego o wpływie deszczów po- tak. Zdarzało się, że wstęgę uszka-
dzwrotnikowych na stonkę ziemnia- dzał nawet mocniejszy kaszel two-
czaną w Górnej Wolcie. Co gorsza, jego ulubionego artysty operowego.
na koncertach musiałbyś stać w pier- Artysta zakaszlał i mikrofon ... nie-
wszych rzędach (z dala od toalety) boszczyk. Trzeba jednak uczciwie
żeby cokolwiek słyszeć; bo na cóż stwierdzić, że aktualnie produkuje
Rys. 1. Mikrofon dynamiczny
R
y
s
.
1
.
M
i
k
r
o
f
o
n
d
y
n
a
m
i
c
z
n
y
potrzebne byłyby potężne wzmac- się mikrofony wstęgowe odporne
ELEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 3/98 63
Nagłaśnianie
N
a
g
ł
a
ś
n
i
a
n
i
e
na tego typu niespodzianki. Poza tym jeżeli ktoś kupi kilka ton mikrofonów). 6 woltową? A przyjrzałeś się schemato-
również mikrofony dynamiczne mają bar- Podczas drgań akustycznych, membrana wi połączeń przewodu prowadzącego ze
dzo dobre parametry: szerokie pasmo zbliżając się i oddalając od elektrody sta- wzmacniacza? Mikrofony takie mogą być
przenoszenia, odpowiednią czułość, róż- łej zmienia pojemność tak zbudowanego zasilane z baterii, albo zdalnie przez ka-
ne charakterystyki kierunkowe. Gdy do- kondensatora. Zmiany pojemności odpo- bel. Do zasilania wymagana jest oddziel-
damy do tego stosunkowo niską cenę, wiadające zmianom ciśnienia akustycz- na żyła w kablu. Jak wiesz, wszystkie lep-
odporność na warunki klimatyczne  to nego wykorzystuje się do wytworzenia sze mikrofony pracują w układzie symet-
zrozumiemy, dlaczego cieszą się one du- sygnału fonicznego. rycznym, to znaczy, że do przesłania syg-
żą popularnością. Jak się słusznie domyślasz, pojem- nału potrzebne są dwie żyły (nie połączo-
Rysunek 1 udowadnia, że mikrofon ność takiego kondensatora jest bardzo ne z masą). Do tego dochodzi masa  ek-
dynamiczny jest zbudowany podobnie jak mała, rzędu pikofaradów. Być może ran kabla, a we wspomnianych krajo-
głośnik (dynamiczny). Nie jest to przypa- znasz wzór na reaktancję czy impedancję wych mikrofonach jeszcze jeden prze-
dek. Oba urządzenia działają na tej samej (ogólnie biorąc  oporność) kondensatora wód do zasilania. Tymczasem typowe
zasadzie, różnią się tylko kierunkiem za-  mała pojemność daje dużą oporność kable mikrofonowe mają tylko dwie żyły
miany energii: głośnik zamienia energię (impedancję). Właśnie ta duża impedan- plus ekran. I właśnie system phantom
elektryczną na akustyczną (na drgania po- cja kondensatora mikrofonu powoduje, pozwala zasilić mikrofon przez te dwie ży-
wietrza), a mikrofon odwrotnie. że nie można dołączyć do niego bezpo- ły, z zachowaniem pełnej symetrii połą-
R
y
s
u
n
e
k
3
Jeśli jeszcze nie wiesz, to zdradzę ci średnio kabla mikrofonowego. Dlatego czenia mikrofonu. Rysunek 3 pokazuje
sekret: każdy, nawet najzwyklejszy głoś- obciążeniem wkładki (kondensatora) mik- ideę zasilania mikrofonu w systemie
nik może służyć jako mikrofon. Jeśli nie rofonu pojemnościowego jest rezystor phantom.
wierzysz, to sprawdz
przy najbliższej R o bardzo dużej rezystancji, który współ- Niemal każdy profesjonalny mikser za-
okazji. Czasem głośnik rzeczywiście wy- pracuje lub jest częścią specjalnego wiera przycisk(i) oznaczony PHANTOM,
korzystywany jest w roli mikrofonu, choć- wzmacniacza przymikrofonowego. Zada- który pozwala zasilić mikrofony przez go-
by w niektórych radiotelefonach. niem tego wzmacniacza jest przekształ- rące przewody kabla mikrofonowego.
Teoretycznie również mikrofon mógł- cenie dużej impedancji wkładki na małą
by służyć jako głośnik. Jeśli masz w do- impedancję wyjściową mikrofonu. Odmianą mikrofonów pojemnościo-
m
i
k
r
o
f
o
n
y
e
l
e
k
t
r
e
t
o
w
e
mu mikrofon dynamiczny, to podłącz go Na domiar złego, aby z takiego małego wych są mikrofony elektretowe. Memb-
do z
ródła jakiegoś niewielkiego sygnału kondensatorka uzyskać sygnał o przy- rana mikrofonu elektretowego też jest
(ale nie do kilku- czy kilkudziesięciowato- zwoitej amplitudzie, kondensator trzeba kondensatorem, gdzie dielektrykiem
wego wzmacniacza) i wtedy usłyszysz ci- koniecznie spolaryzować napięciem sta- (izolatorem) jest specjalny rodzaj cerami-
chy dz
więk. łym o wartości 40...100V. Dlatego mikro- ki. Ceramika ta jest trwale spolaryzowa-
Chyba nie trzeba ci tłumaczyć, że fon pojemnościowy zazwyczaj zawiera na elektrycznie, czyli kondensator za-
w większości przypadków nie warto sto- także przetwornicę niezbędną do uzyska- chowuje się dokładnie tak, jakby do jego
sować głośników w roli mikrofonów i od- nia tego napięcia polaryzującego. okładzin było przyłożone napięcie stałe.
wrotnie, bo uzyskane parametry będą Mikrofon ten wymaga więc niezbęd- Jak się domyślasz, mikrofon elektreto-
mierne lub nawet beznadziejnie kiepskie. nych napięć stałych zasilających jego wy nie wymaga stałego napięcia polary-
wkładkę i układ elektroniczny. zującego.
m
i
k
r
o
A jak jest zbudowany i jak działa mikro- Gdy mówimy o  prawdziwym mikro- Ale co to znaczy, że dielektryk jest
fon pojemnościowy? fonie pojemnościowym, zazwyczaj mamy trwale spolaryzowany?
f
o
n
p
o
j
e
m
n
o
ś
c
i
o
w
y
Mikrofon pojemnościowy (elektrosta- na myśli całość, to znaczy nie tylko wkład- A bawiłeś się kiedyś magnesem? To
tyczny) składa się z dwóch elektrod stano- kę pojemnościową ale także wzmacniacz jest coś podobnego jak w magnesie
wiących okładziny kondensatora (spójrz i przetwornicę napięcia. Wzmacniacz trwałym. Tylko w magnesie wytworzone
r
y
s
u
n
e
k
2
na rysunek 2). Jedną z elektrod jest i przetwornica są wbudowane w obudo- jest stałe pole magnetyczne, a w elektre-
membrana z folii plastykowej pokryta jed- wę mikrofonu pojemnościowego. cie  pole elektryczne.
nostronnie metalizowanym tworzywem Czy słyszałeś już określenie  phan- Choć taki elektret nie wymaga zasila-
lub nawet warstwą złota (uprzedzam, tom (czytaj: fantom) w związku z mikro- nia dużym stałym napięciem polaryzują-
że odzysk złota jest nieopłacalny nawet fonami? cym, to jednak również ma bardzo małą
P r z e d pojemność, a tym samym ogromną opor-
chwilą do- ność (impedancję) i również musi być
wiedziałeś wyposażony we wzmacniacz przymikro-
się, że mik- fonowy, czy inaczej  układ transformują-
rofony po- cy impedancję. Taki wzmacniaczyk jest
jemnościo- zwykle bardzo prosty i zawiera tranzystor
r
y
s
u
n
we wymaga- polowy złączony z kanałem n. Na rysun-
k
u
4
ją zasilania. ku 4 możesz zobaczyć typowe schematy
Być może wewnętrzne mikrofonów elektretowych
widziałeś już dwu i trzykońcówkowych.
z bliska kra- Nie wiem czy wiesz, że wielkość syg-
jowy mikro- nału uzyskiwanego z mikrofonu dwukoń-
fon pojem- cówkowego nie jest stała, tylko zależy od
ności owy rezystancji obciążenia. Czym większa re-
MCO 52 czy zystancja obciążenia, tym większy sygnał
MCU 53. wyjściowy. Ale nie można tu przesadzić.
Zauważyłeś Jak widzisz na rysunku 4a i 4b przez tran-
pojemniczek zystor polowy musi płynąć jakiś prąd sta-
Rys. 2. Mikrofon pojemnościowy
R
y
s
.
2
.
M
i
k
r
o
f
o
n
p
o
j
e
m
n
o
ś
c
i
o
w
y
na baterię ły, a sygnał zmienny z mikrofonu modulu-
64 ELEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 3/98
Nagłaśnianie
N
a
g
ł
a
ś
n
i
a
n
i
e
ła prądowego, więc
ma bardzo dużą
oporność. Ten sygnał
z dodatniej szyny za-
silającej przenosi się
na punkt A, gdzie po
prostu dodaje się do
sygnału użytecznego
mikrofonu. W rezul-
tacie do wzmacnia-
cza podawana jest
taka mieszanka syg-
nałów. Efektem mo-
że być zwiększony
poziom szumów,
a niekiedy wzmac-
niacz może się na-
wet wzbudzić. Nie
wchodząc dalej
w przyczyny i możli-
we skutki, trzeba tyl-
ko przypomnieć, że
dla uniknięcia takich
przykrych niespo-
Rys. 3. System phantom
R
y
s
.
3
.
S
y
s
t
e
m
p
h
a
n
t
o
m
dzianek proste dwu-
końcówkowe mikro-
fony trzeba zawsze
włączać w układzie
r
y
s
u
n
pokazanym na rysun-
ku 6b, zawierającym
k
u
6
b
obwód R1C1, filtrują-
cy śmieci mogące
przedostawać się
przez obwód zasila-
nia (uwaga, na rysun-
ku podano przykłado-
we wartości elemen-
tów R i C, często sto-
Rys. 4. Mikrofony elektretowe sowane w praktyce).
R
y
s
.
4
.
M
i
k
r
o
f
o
n
y
e
l
e
k
t
r
e
t
o
w
e
Mikrofony elekt-
je ten prąd stały. Dlatego stosując mikro- nie na wdechu, a nie wydechu. Dokład- retowe mają wiele innych zalet, takich
fon elektretowy dwukońcówkowy w ukła- nie sprawdz
oscyloskopem, czy kształt jak: bardzo niska cenę, niewrażliwość
r
y
s
u
n
k
u
5
dzie z rysunku 5 musisz pamiętać, że ten sygnału zmienia się zależnie od odległoś- na wilgoć, małą wrażliwość na wstrząsy
prąd stały wywoła spadek napięcia na re- ci mikrofonu od ust. Jeśli oprócz amplitu- i dużą odporność mechaniczną. Nie ma
zystancji obciążenia RL. Ten spadek na- dy, zmienia się też kształt (spłaszczenie również niebezpieczeństwa przebicia
pięcia nie może być zbyt duży, bo unie- jednej strony sinusoidy), oznacza to poja- szczeliny powietrznej między okładzina-
możliwi pracę tranzystora. Jeśli nie wienie się zniekształceń. mi, ponieważ ładunek elektryczny zwią-
wiesz, o co tu chodzi, zapamiętaj tylko Przy okazji jeszcze jedna bardzo ważna zany jest z elektretem. Popularne dwu-
końcowy wniosek: na pracującym mikro- sprawa. końcówkowe  elektrety są też bardzo
fonie elektretowym musi występować W praktycznych układach napięcie tanie i często można je kupić w cenie
napięcie UM nie mniejsze niż 1...2V. zasilające nie jest zwykle idealnie od- poniżej 1zł.
W praktyce oznacza to, że rezystancja ob- filtrowane. Przyczyną jest
ciążenia RL nie może być zbyt duża nie tylko niedoskonałe tłu-
 w praktyce maksymalna wartość tej re- mienie przez zasilacz tęt-
zystancji wynosi 4,7k, rzadko 10k lub nień i innych śmieci prze-
więcej. dostających się z sieci
Dobrze, żebyś kiedyś sam przekonał energetycznej, ale również
się o tym ograniczeniu. Wez
kilka dwu- chwilowe zmiany poboru
końcówkowych mikrofonów elektreto- prądu przez układ.
wych i zbadaj oscyloskopem ich sygnał W rezultacie na dodatniej
wyjściowy w układzie z rysunku 5, przy szynie zasilającej (w stosun-
napięciu zasilania 5V i różnych wartoś- ku do masy) występują jakieś
ciach rezystancji RL w zakresie 100&! przebiegi zmienne. Pokazano
r
y
s
u
n
k
u
6
a
...47k&!. Żeby wytworzyć w miarę czystą to na rysunku 6a. Ponieważ
Rys. 5. Prosty układ pracy mikrofonu
R
y
s
.
5
.
P
r
o
s
t
y
u
k
ł
a
d
p
r
a
c
y
m
i
k
r
o
f
o
n
u
sinusoidę polecam ci stary sprawdzony dla przebiegów zmiennych
elektretowego dwukońcówkowego
e
l
e
k
t
r
e
t
o
w
e
g
o
d
w
u
k
o
ń
c
ó
w
k
o
w
e
g
o
sposób: zagwiżdż spokojnie, ale koniecz- mikrofon jest rodzajem z
ród-
ELEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 3/98 65
Nagłaśnianie
N
a
g
ł
a
ś
n
i
a
n
i
e
tuje się właści-
wości niektó-
rych kryształów
i materiałów ce-
ramicznych, po-
legające na wy-
twarzaniu na-
pięcia między
elektrodami na-
łożonymi na
płytkach z tych
materiałów pod
wpływem od-
kształcenia me-
chanicznego.
Płytka z mate-
riału piezoelekt-
rycznego może
być poddana
drganiom bez-
pośrednio przez
Rys. 6. Praktyczny układ pracy mikrofonu elektretowego dwukońcówkowego
R
y
s
.
6
.
P
r
a
k
t
y
c
z
n
y
u
k
ł
a
d
p
r
a
c
y
m
i
k
r
o
f
o
n
u
e
l
e
k
t
r
e
t
o
w
e
g
o
d
w
u
k
o
ń
c
ó
w
k
o
w
e
g
o
oddziaływanie
fal dz
więko-
Może dlatego w świadomości wielu Zasada pracy mikrofonu węglowego wych lub pośrednio przez zastosowanie
r
y
s
u
n
k
u
7
elektroników określenie  mikrofon elek- przedstawiona jest na rysunku 7. Działa- pomocniczej membrany połączonej z nią
tretowy jest synonimem tandety. Ale nie jego oparte jest na zmianach rezys- mechanicznie.
powinieneś wiedzieć, że mikrofony elek- tancji proszku węglowego pod wpływem Dawniej przetworniki piezoelektryczne
tretowe są też używane w studiach ra- ucisku wywieranego przez membranę. stosowane były w tańszych gramofo-
diowych i telewizyjnych. Oczywiście nie Przez komorę z proszkiem węglowym nach. Były to tak zwane przetworniki
są to mikrofony pochodzące z Dalekiego i uzwojenie pierwotne transformatora krystaliczne (w odróżnieniu od dużo lep-
Wschodu i kosztujące złotówkę za sztu- jest przepuszczony prąd stały z pomocni- szych  magnetycznych). Mikrofony pie-
kę, tylko wyroby znanych firm. Przykła- czego z
ródła (kolejny mikrofon, który wy- zoelektryczne nie zdobyły szerszej popu-
dowo Tonsil produkuje przyzwoite i nie- maga zasilania, i to dość dużym prądem). larności. Jeśli nie jesteś i nie będziesz
drogie mikrofony elektretowe, wyposa- Wskutek zmian rezystancji proszku węg- elektroakustykiem, być może nigdy w ży-
żone dodatkowo w indywidualnie zmie- lowego wartość prądu ulega wahaniu ciu nie spotkasz się z prawdziwymi mik-
rzoną częstotliwościową charakterysty- w takt drgań membrany. W uzwojeniu rofonami z przetwornikiem piezoelekt-
kę przenoszenia obejmującą zakres wtórnym transformatora występuje na- rycznym.
20Hz...20kHz. pięcie zmienne  sygnał foniczny. Pole- Mikrofony piezoelektryczne znajdują
Jednakże omówione wcześniej cam ci ten mikrofon, jeżeli nie umiesz ograniczone zastosowanie w urządze-
 prawdziwe mikrofony pojemnościowe zbyt dobrze śpiewać. Zawsze potem mo- niach wysokiej jakości za względu na
z polaryzacją zewnętrzną przewyższają żesz zwalić winę na mikrofon. wpływ wilgoci i zależność od temperatu-
mikrofon elektretowy znacznie większą Ale mikrofonu takiego chyba nie ku- ry. Zbyt duża temperatura powoduje
wiernością przetwarzania dz
więku, jak pisz już w żadnym sklepie  musisz wy- trwałe zmiany w ich działaniu. Ponadto
również większą czułością i odpornością dłubać wkładkę mikrofonową ze starego wykazują bardzo dużą impedancję we-
na przesterowania. aparatu telefonicznego. wnętrzną o charakterze pojemnościo-
wym, co utrudnia łączenie ich długimi
m
i
k
r
o
f
o
n
a
c
h
w
ę
g
m
i
k
r
o
f
o
n
p
i
e
z
o
A co powiedzieć o mikrofonach węg- Pozostał nam jeszcze mikrofon piezo- przewodami i obciążenie małymi impe-
lowych? Nie jest prawdą, że ze względu elektryczny. W mikrofonie tym wykorzys- dancjami. Szeroko natomiast stosowane
l
o
w
y
c
h
e
l
e
k
t
r
y
c
z
n
y
na nazwę są szczególnie ulubionymi są jako mikrofony, a ściślej biorąc  prze-
mikrofonami w kopalniach i elektrociep- tworniki, w instrumentach akustycznych.
łowniach. Nie jest także prawdą, że mo- Takie przetworniki mogą zupełnie nie
gą służyć jako opał. Ale mimo tej poważ- przypominać znanych nam mikrofonów.
nej wady mają (a właściwie miały) kilka Skorzystaj z tych mikrofonów, gdy
zalet: są dość odporne mechanicznie, w wolnych chwilach od czytania EdW
wyróżniają się wyjątkowo dużą skutecz- pragniesz głośno pograć na swojej gita-
nością (czyli bardzo dużym sygnałem rze, trąbie lub ulubionym przez sąsiadów
wyjściowym), prostotą konstrukcji oraz puzonie.
niską ceną. Te właściwości sprawiły, że Słusznie domyślasz się, że mikrofo-
przez dziesięciolecia znajdowały zasto- nem jest też każda membranka piezo od
sowanie w urządzeniach telefonicznych. przetwornika sygnalizacyjnego. Pamiętaj
Jednak ze względu na duży poziom szu- o tym, bo może czasem wykorzystasz ją
mów, spiekanie się proszków węglo- w nietypowej roli mikrofonu a nie sygna-
wych i niestabilność pracy nigdy nie by- lizatora.
ły używane w torach fonicznych wyso- Ciąg dalszy w kolejnym numerze EdW.
Rys. 7. Mikrofon węglowy
R
y
s
.
7
.
M
i
k
r
o
f
o
n
w
ę
g
l
o
w
y
Z
b
i
g
n
i
e
w
O
r
ł
o
w
s
k
i
kiej jakości. Zbigniew Orłowski
66 ELEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 3/98