آشنایی با انواع میکروفون‌ها (خازنی – داینامیک و روبانی)، مزیت و معایبشان و نحوه کار آن‌ها با شکل.
میکروفون چیست؟
میکروفون (Microphone) یا به اختصار مایک (Mic) دستگاهی است که انرژی صوتی دریافتی را به انرژی الکتریکی تبدیل می‌کند. سیگنال‌های آنالوگ تولیدی هم توسط کامپیوتر اینکد شده و درقالب داده‌های دیجیتالی ذخیره می‌شوند. اولین میکروفونی که صدا را به انرژی الکتریکی تبدیل می‌کرد در سال ۱۸۷۷ توسط David Edward Hughes در انگلستان و Emile Berliner و توماس ادیسون در آمریکا ساخته شد که البته کیفیت چندان خوبی هم نداشت.
میکروفون‌های امروزی بسیار با کیفیت تر بوده و با قیمت کم، می‌توان آن‌ها را در هر جایی یافت. هر جا که صدا باید به صورت الکتریکی منتقل یا ذخیره شود، یک میکروفون نیز در آنجا وجود خواهد داشت؛ در گوشی‌ها، هندزفری‌ها، هدست‌ها، آیفون‌های خانگی، تلفن‌ها، لپتاپ‌ها و … .
میکروفون ساختار بسیار ساده اما خلاقانه‌ای دارد. نحوه کار میکروفون برعکس اسپیکر یا بلندگوهاست یعنی بجای این که انرژی الکتریکی را به صدا تبدیل کند، انرژی صوتی را به جریان الکتریکی تبدیل می‌کند.
نحوه انتقال صدا در هوا
پیش از آن که سراغ نحوه کار میکروفون برویم، ابتدا باید بدانیم که صدا چگونه در هوا منتقل می‌شود.
می‌دانیم که هوا یک فضای خالی نیست. وقتی می‌گوییم هوا یعنی مجموعه‌ای از گازها (و ذرات دیگر) که حجم زیادی داشته و به دلیل فاصله زیاد اتم‌ها/مولکول‌ها، نمی‌توانیم با چشم عادی آن‌ها را ببینیم. از جمله این گازها می‌توان به نیتروژن (تشکیل دهنده ۷۸٪ هوا)، اکسیژن (۲۱٪)، آرگون (۰٫۹٪) و کربن دی‌اکسید (۰٫۰۳٪) اشاره کرد.
حال اگر در این هوا جسمی حرکت کند (مثلاً هنجره ما زمانی که حرف می‌زنیم)، به مولکول‌های کنار خودش انرژی وارد می‌کند یا به عبارت بهتر به آن‌ها ضربه می‌زند. این مولکول‌ها خود به مولکول‌های کناری ضربه می‌زنند (موج‌های صوتی) و این چرخه تا جایی ادامه می‌یابد که همه انرژی اتلاف شود (از آنجا به بعد صدایمان شنیده نخواهد شد). در تصویر زیر یک منبع از سمت راست صدا تولید می‌کند و مولکول‌ها با لرزیدن، به همدیگر ضربه می‌زنند:
انواع میکروفون
میکروفون انواع مختلفی دارد که به سه مورد از رایجترین آن‌ها و نحوه کارشان می‌پردازیم:
میکروفون‌های خازنی
این‌ها پر استفاده ترین میکروفون در جهان هستند. اغلب اندازه‌ای کوچک داشته و قیمتشان بسیار کم است و از طرفی به دلیل حساسیت بالا به صدا، یک گزینه عالی برای استفاده در مدارات الکتریکی به حساب می‌آید. اساس کار این میکروفون‌ها وجود دو صفحه (یکی ثابت و دیگری متحرک) است که درکنار یکدیگر مثل خازج عمل می‌کنند. البته ما نوع الکترت (Electret) را بررسی خواهیم کرد. این نوع میکروفون‌ها را می‌توانید در گوشی و موبایل، هندزفری و هدست، داخل لپتاپ، آیفون‌های خانگی و … پیدا کنید. البته این میکروفون‌ها برای ضبط موزیک، استودیوهای موسیقی و سایر استادیوهای مرتبط مناسب نیست.
مطابق تصویر زیر، کل مجموعه در یک محفظه آلومینیومی قرار گرفته و تنها یک راه برای ورود صدا وجود دارد که با یک لایه برای فیلتر کردن گرد و غبار پوشانده شده است. ورود موج‌های صوتی از داخل حفره، باعث می‌ود صفحه‌ای که با رنگ آبی مشخص شده طبق قدرت موج، بالا پایین برود (دیافراگم). این صفحه یک الکترت است یعنی از ماده‌ای ساخته شده که از پیش شارژ شده و بار مشخصی دارد. شارژ این صفحه صدها سال باقی می‌ماند.
نکته: دیافراگم به یک صفحه یا جسمی گفته می‌شود که با برخورد صدا می‌لرزد یا با لرزشش صدا تولید می‌کند.
صفحه لرزنده با بار، صفحه ثابت آهنی و فضای بین آن‌ها یک خازن با بار ثابت ولی ظرفیت متفاوت (به دلیل نزدیک و دور شدن صفحه لرزنده نسبت به صفحه ثابت) را می‌سازد که در نهایت ولتاژ متغیر نسبت ظرفیت (که آن هم با شدت صدا متغیر است) را تولید می‌کند. این یک بخش.
بخش مهم بعدی، ترانزیستوری از نوع FET (بخصوص JFET) است که شبیه به یک آمپلیفایر (تقویت کننده) عمل می‌کند. این ترانزیستور سه پایه دارد: سورس به عنوان زمین (-) و درین به عنوان ورودی جریان به ترانزیستور (+) و خروجی صدا و پایه گیت که به ولتاژ متغیر الکترت وصل شده و مثل یک شیلنگ آب دریان ورودی و خروجی را کنترل می‌کند که همان خروجی صدای مورد نیاز ماست.
نکته قابل توجه این است که هم ورودی برق و هم خروجی صدا بر روی پایه درین (+) اعمال می‌شود ولی چون ورودی جریان مستقیم (DC) و خروجی جریان متناوب (AC) است تداخلی با هم نمی‌کنند.
میکروفون‌های داینامیک
حتماً این میکروفون‌ها را در فیلم‌ها، کنسرت‌ها و جلسه‌های مختلف دیده اید. این میکروفون‌ها داینامیک (Dynamic Mic) نام داشته و نسبت به میکروفون‌های خازنی حساسیت کمتری داشته و به دلیل ساختارشان، در شرایط محیطی سخت تر هم قابل استفاده هستند. هزینه ساخت تنها قسمت میکروفونی این نوع‌ها کمتر از انواع خازنی است ولی با توجه به این که این میکروفون‌ها اغلب در قالب کامل ارائه می‌شوند، هزینه شان هم بیشتر می‌شود با این حال همچنان قیمت مناسبی دارند.
نحوه کار این میکروفون‌ها دقیقاً برعکس اسپیکرها و بلندگوهاست. اگر محفظه بالایی میکروفون را جدا کنید با قسمتی مثل تصویر زیر مواجه خواهید شد. این قسمت شامل یک دیافراگم (لرزنده) است که فقط کناره‌های آن با محفظه چسبیده و با برخورد موج‌های صوتی، قسمت وسط آن بالا پایین می‌رود. به این دیافراگم یک سیم لوله چسبیده است که همراه با آن حرکت می‌کند. در داخل سیم لوله یک آهنربا قرار گرفته که به محفظه چسبیده. مانند تصویر زیر:
دو انتهای سیم لوله همان خروجی‌های صدای ماست که به صورت متناوب (AC) خواهد بود و اگر مکان آن ثابت باشد هیچ جریانی نیز وجود نخواهد داشت. با حرکت دیافراگم، سیم لوله درون مجموعه نیز به نسبت آهنربا بالا پایین خواهد شد. چون آهنربا در میان سیم‌هاست، بر اثر میدان مغناطیسی آهنربا، جریان به سیم لوله القاء خواهد شد. در شدت صوت بیشتر، سیم لوله بیشتر حرکت کرده و جریان بیشتر خواهد بود. به این ترتیب است که انرژی صوتی به انرژی الکتریکی تبدیل می‌شود.
قابل ذکر است که به دلیل وجود پدیده‌های مربوط به الکترومغناطیس (الکتریک + مغناطیس) است که چنین جریان‌هایی القاء می‌شوند. این پدیده‌ها اساس کار دینام، توربین، آهنرباهای الکتریکی و بسیاری چیزهای دیگر که زندگی ما بدون آن‌ها غیرممکن خواهد بود.
میکروفون‌های روبانی
میکروفون‌های روبانی (Ribbon Mic) هم از خازنی‌ها و هم از داینامیک‌های معمولی بسیار حساس تر هستند. برخلاف انواع دیگر، این میکروفون‌ها صدا را فقط در یک جهت خاص دریافت می‌کنند که در ادامه با آن آشنا خواهید شد. از آنجایی که حساسیتشان زیاد است، آسیب پذیر تر هم هستند و باید در شرایط مناسب از آن‌ها استفاده کرد. این میکروفون‌ها را می‌توانید در استادیوها ضبط صدا، رادیو و تلویزیون و … مشاهده کنید.
نحوه کار این میکروفون‌ها به این صورت است که یک نوار روبان مانند اغلب آلومینیومی به شکلی که در تصویر زیر می‌بینید، بین دو آهنربا به عنوان دیافراگم قرار گرفته. صدا می‌تواند از پشت یا جلوی روبان آن را به حرکت دربیاورد یعنی این میکروفون‌ها از جهت مشخصی صدا را دریافت می‌کنند. با برخورد موج‌های صوتی به نوار، نوار در میدان مغناطیس موجود جابجا می‌شود. این جابجایی باعث می‌شود پدید القالی الکتریکی انجام شود و جریانی در نوار راه بیفتد. این جریان همان صدای تبدیل دشه به سیگنال‌های الکتریکی است که توسط سیم‌هایی به بیرون هدایت می‌شود.
