Микрофон — это устройство, которое преобразует звуковые волны в электрические сигналы, которые затем можно усилить, записать или передать. Микрофоны широко используются в различных областях, таких как музыка, развлечения, связь, образование и наука. Но как появилось это удивительное изобретение? Кто были пионерами звукотехники и с какими проблемами они столкнулись? В этой статье мы исследуем историю микрофона, от его ранних истоков до современных разработок.
Начало передачи звука
Идея передачи звука на большие расстояния восходит к древним временам. Одним из самых ранних устройств, которые пытались это сделать, был акустический рупор — рожкообразный мундштук, который усиливал голос оратора. Такие устройства использовались в Древней Греции и Риме для театральных представлений и публичных выступлений.
Однако у акустического рупора были ограничения. Он мог только увеличивать громкость звука, но не его качество или четкость. Он также зависел от направления и расстояния до слушателя. Чтобы преодолеть эти проблемы, ученые и изобретатели начали экспериментировать с другими средами и методами передачи звука.
Один из первых экспериментов был проведен Робертом Гуком, английским физиком и изобретателем, в 1665 году. Он создал устройство под названием «телефон влюбленных», которое состояло из двух чашек, соединенных натянутой проволокой. Когда один человек говорил в одну чашку, звуковые колебания распространялись по проволоке и заставляли другую чашку вибрировать, производя слабый звук на другом конце. Это устройство продемонстрировало, что звук можно передавать через твердые материалы, а не только через воздух.
Рождение микрофона
Термин «микрофон» был впервые предложен сэром Чарльзом Уитстоном, английским физиком и изобретателем, в 1827 году. Он использовал его для описания устройства, которое могло обнаруживать тихие звуки и усиливать их. Уитстон интересовался акустикой и передачей звука, и он изобрел несколько устройств для этих целей, таких как концертина и телеграф.
Однако первый микрофон, который мог преобразовывать звук в электрический ток, был изобретен Антонио Меуччи, итальянским изобретателем, в 1856 году. Он назвал его «телеграфо парланте» или «говорящий телеграф». Он использовал катушку проволоки, прикрепленную к вибрирующей диафрагме, которая двигалась в магнитном поле. Движение катушки генерировало электрический ток, который менялся в соответствии с звуковыми волнами. Меуччи намеревался использовать свое устройство для связи на большие расстояния, но у него не было средств и ресурсов для дальнейшей разработки.
В 1861 году другой немецкий изобретатель Иоганн Филипп Рейс построил похожее устройство, которое он назвал «телефон». Он использовал металлическую полоску, прикрепленную к мембране, которая прерывисто контактировала с электрической цепью при вибрации. Рейс продемонстрировал свое устройство нескольким аудиториям, но у него было плохое качество звука, и оно могло передавать только музыкальные тона, но не речь.
Прорыв произошел в 1876 году, когда Александр Белл и Элиша Грей независимо друг от друга изобрели микрофон с жидким передатчиком. Это устройство использовало металлический стержень, погруженный в кислотный раствор, который действовал как переменный резистор. Стержень был соединен с диафрагмой, которая двигалась в соответствии с звуковыми волнами. Движение стержня изменяло сопротивление цепи и модулировало электрический ток соответствующим образом. Это устройство могло передавать речь четко и надежно на большие расстояния. Белл запатентовал свое изобретение и использовал его для своего первого телефонного звонка Томасу Уотсону 10 марта 1876 года.
Разработка различных типов микрофонов
Микрофон с жидким передатчиком вскоре был заменен более практичным и долговечным устройством: угольным микрофоном. Это устройство было изобретено Дэвидом Эдвардом Хьюзом в 1878 году и усовершенствовано Томасом Эдисоном в 1886 году. Он использовал гранулы угля, упакованные между двумя металлическими пластинами, которые были подключены к электрической цепи. Давление звуковых волн на одну пластину сжимало или расслабляло гранулы угля, изменяя их сопротивление и модулируя электрический ток соответствующим образом. Угольный микрофон широко использовался в телефонах и системах звукоусиления до середины XX века.
В 1877 году Эмиль Берлинер изобрел другой тип микрофона, который использовал металлический диск, прикрепленный к катушке проволоки, движущейся в магнитном поле. Это устройство генерировало электрический ток, прямо пропорциональный звуковым волнам. Берлинер продал свой патент Александру Грэхему Беллу, который использовал его для своих фонографических записей.
В 1916 году Эдвард Уэнт изобрел конденсаторный микрофон в лабораториях Белла. Это устройство использовало тонкую металлическую диафрагму, которая действовала как одна пластина конденсатора. Другой пластиной была неподвижная металлическая задняя пластина. Расстояние между пластинами менялось в соответствии с звуковыми волнами, создавая переменную емкость, модулирующую электрический ток. Конденсаторный микрофон обладал высокой чувствительностью и частотным диапазоном, но требовал внешнего источника питания и предварительного усилителя. Он в основном использовался для студийной записи и вещания.
В 1923 году Гарри Олсон изобрел ленточный микрофон в RCA. Это устройство использовало тонкую металлическую ленту, подвешенную в магнитном поле. Движение ленты генерировало электрический ток, пропорциональный звуковым волнам. Ленточный микрофон имел естественное и плавное качество звука, но был хрупким и имел низкий выход. Он в основном использовался для радио и кинопроизводства.
В 1925 году Георг Нейман изобрел динамический микрофон в Германии. Это устройство использовало катушку проволоки, прикрепленную к диафрагме, движущейся в магнитном поле. Движение катушки генерировало электрический ток, пропорциональный звуковым волнам. Динамический микрофон имел прочную и универсальную конструкцию и не требовал внешнего источника питания или предусилителя. Он широко использовался для живых выступлений, инструментов и вокала.
Современные микрофоны
Со времени изобретения динамического микрофона было сделано несколько вариаций и усовершенствований для различных применений и потребностей. Некоторые из наиболее распространенных типов современных микрофонов:
- Электретный конденсаторный микрофон, который использует постоянно заряженный материал вместо внешнего источника питания для создания емкости.
- Пьезоэлектрический микрофон, который использует пьезоэлектрический материал, генерирующий электрический ток при механическом напряжении.
- Контактный микрофон, который улавливает вибрации с твердых поверхностей, а не из воздуха.
- Беспроводной микрофон, который передает аудиосигнал по радиоволнам или инфракрасному излучению вместо проводов.
- USB-микрофон, который подключается непосредственно к компьютеру или цифровому устройству через USB-порт.
Микрофоны также были миниатюризированы и интегрированы в различные устройства, такие как смартфоны, ноутбуки, наушники, камеры и умные колонки. Микрофоны также используются для различных целей помимо звукозаписи.
