ميـــكروفن ها

مقـدمه
ميکروفون ها تراگذارهايي هستند که انرژي آکوستيکي را به انرژي الکتريکي مبدّل مي‌سازند. اين تراگذارها اگر در هوا کار کنند ميکروفون و اگر در آب کار کنند هيدروفون ناميده مي‌شوند. ميکروفونها براي دو مقصود عمده بکار مي‌روند. نخست ، براي تبديل گفتار يا موسيقي به سيگنالهاي الکتريکي که بوسيله انتقال يا بوسيله عمل ديگري گفتار يا موسيقي را دوباره توليد مي‌کند. دوم ، ميکروفونها را به عنوان دستگاه اندازه گيري بکار مي‌برند؛ بدين سان که انرژي سيگنالهاي آکوستيکي را بوسيله آنها به جريان الکتريسيته تبديل مي‌کنند و اين جريان ر ا به دستگاههاي اندازه گيري ديگري وارد مي‌سازند.
پديده‌هاي تبديل انرژي آکـوستيکي به انرژي الکتريکي

پديده‌هاي فيزيک گوناگوني براي تبديل انرژي آکوستيکي به انرژي الکتريکي مورد استفاده قرار مي‌گيرند. اين پديده‌ها شامل ‌القاي الکترومانتيتيک ، اثر پيزوالکتريک ، مغناطوتنگش ، تغييرات ظرفيت خازن و تغييرات مقاومت گرد زغال ، متراکم مي‌شود. قبل از آنکه استعمال تقويت کننده‌هايي که با چراغهاي تقويت کننده کار مي‌کنند بسط و توسعه يابد،حساس نبودن طبيعي تمام پديده‌هاي نامبرده ، به ويژه پديده آخرين ، سبب گرديده بود که آنها را در موارد عملي کمتر استعمال کنند و از اين رو پيوسته ميکروفون کربن دار بکار مي برند.

ولي اکنون با ولتاژ و توان قابل ملاحظه‌اي که به کمک دستگاههاي تقويت کننده يا لامپهاي خلاء بدست مي‌آوريم، مي‌توانيم ميکروفونهايي را بکار بريم که حساسيتشان بارها کمتر است؛ مانند ميکروفونهاي الکتروديناميک ، ميکروفونهاي بلوري ، ميکروفونهاي خازني ، ولي در عوض برتري اينگونه ميکروفونها بر سايرين اين است که پاسخ آنها خيلي يکنواخت‌تر است و نوفه که از ويژگيهاي اين قبيل دستگاههاست در آنها وجود ندارد. تمام ميکروفونها را براي اين بکار مي‌برند که تغييرات متناوب فشار آکوستيکي درون محيط را تبديل کنند به تغييرات مشابهي از ولت يا جريان در داخل مدار الکتريکي که متصل به آن است.

اگر پاسخ الکتريکي ميکروفون ، مربوط به تغييرات گراديان فشار ناميده مي‌شوند. همچنين مي‌توان ميکروفونها را به دو دسته صوتي – تواني و صوت – کنترلي تقسيم کرد. در ميکروفونهاي صوت – تواني انرژي صوتي موج تابش موجب پيدايش انرژي الکتريکي در مدار ميکروفون مي‌گردد. در ميکروفونهاي صوت – کنترلي موجهاي آکوستيکي فقط جريان الکتريسيته‌اي که از باتري يا منبع توان ديگري به ميکروفون مي‌رسد کنترل مي‌کند.

ميکروفونهاي زغــــالي
ميکروفونهاي زغالي معمولاً در دستگاههاي تلفن و راديو براي مقاصد ارتباطي بکار مي‌روند. در اين موارد ، باز داده الکتريکي نسبتاً زياد ، کمي قيمت و دوام آنها بيش از هماندهي پاسخ دستگاه داراي اهميت است. عمل اين ميکروفونها تابع عمل تغيير مقاومت محفظه کوچکي است که از گرد زغال پر شده است و اين محفظه با دکمه زغالي مي‌نامند. در وسط ديافراگم زايده‌اي نصب گرديده که از طرف ديگر بر دکمه زغالي متکي است.

وقتي ديافراگم جابجا شود زايده متصل به آن ، فشار وارد به محفظه را که شامل گرد زغالي است تغيير مي‌دهد و در نتيجه مقاومت الکتريکي از ذره‌اي به ذره‌اي ديگر نيز تغيير مي‌کند، بطوري که مقاومت کلي دکمه زغالي ، که در حدود ۱۰۰ اهم است، به پيروي از تغيير فشار آکوستيکي که بر ديافراگم وارد مي‌شود تقريباً بطور خطي تغيير مي‌کند.
ميکروفون خـــازني

ميکروفون خازني دستگاهي است که عمل آن تابع تغييرات ظرفيت الکتريکي بين يک صفحه ثابت و يک ديافراگم است که خيلي محکم از اطراف کشيده شده باشد. تکميل اين ميکروفون در سال ۱۹۱۷ بوسيله ونت را مي‌توان اساس و پايه مهمي در تاريخ الکتروآکوستيک جديد شناخت و سالهاي درازي اين نوع ميکروفون به عنوان يک دستگاه صوتي که داراي خصوصيتهاي برجسته باشد پذيرفته همگان بوده است. با اين وجود ميکروفون خازني نقصهاي متعددي دارد؛ از جمله اينکه امپدانس دروني آن بسيار است و بواسطه همين خاصيت لازم مي‌شود که در موقع استعمال ، آنرا با يک تقويت کننده مقدماتي به طريقي بسيار نزديک همراه سازند و اين امر سبب مي‌گردد که در داخل امپدانس فوق العاده زيادي که براي تريدون ميکروفون با تقويت کننده مقدمتي لازم است توليد نوفه گردد.

براي اين ميکروفون يک ولتاژ پلاريزه کننده که بتواند در فاصله ۲۰۰ تا ۴۰۰ ولت تغيير کند لازم است و اين ولتاژ را يا بايد از باتري گرفت و يا بوسيله يک دستگاه مستقيم کننده بازاده‌شان بوسيله صافي خيلي خوب تصفيه شده باشد تأمين کرد. در نتيجه اين نقصها بجاي استعمال ميکروفون خازني ميکروفونهاي بلوردار يا ميکروفونهاي الکتروديناميک را در بسياري از دستگاههاي صوتي بکار مي‌برند، ولي کاربرد زياد آن به عنوان دستگاه استانده اوليه جهت تنظيم اسبابها در پژوهشهاي آکوستيکي بواسطه دقت زيادي است که اين ميکروفون در موقع ضبط صوت دارد و از اين رو هنوز براي تأييد تجزيه و تحليلهاي تجربي مورد استفاده قرار مي‌گيرد.

از آنجا که امپدانس دروني ميکروفون از نوع ظرفيت است، اثر اوليه عمده ظرفيت کابل اين است که بدون حذف بعضي از فرکانسها در آنها تنکش وارد سازد.ميکروفونهاي خازني معمولي عموماً براي تنظيم دستگاههاي ديگر بکار مي‌روند. براي اين مقاصد الزام گذاشتن تقويت کننده مقدماتي در محفظه ميکروفون عيبي ندارد، مگر اينکه چون اندازه فيزيکي ميکروفون را زياد مي‌کند ممکن است پديده پراش ايجاد شود و اندازه گيري موجهاي صوتي را مخدوش سازد.

يکي از برتريهاي ميکروفون خازني در موقعي که براي استانده کردن ساير کميتها بکار مي‌رود اين است که مانند ميکروفونهاي الکتروديناميکي احتياجي به ترانسفورماتور ترونده ندارد. بدين طريق از تغييراتي در نسبت ولتاژ ترانسفورماتور که سبب تغيير فرکانس و يا سبب تغيير بار مي‌شود اجتناب مي‌گردد و بعلاوه پاسخ مدار باز ميکروفون خارني نسبت به تغييرات کميتهاي فيزيکي از قبيل مقاومت و مغناطيس شدن مستقل است. در اثر اين خاصيت امکان دارد ميکروفونهايي ساخت که از لحاظ فيزيکي کاملاً مشابه باهم باشند و به علاوه تنظيم آنها ثابت بماند و با گذشتن زمان تغيير نکند و از آن راه بتوان دستگاهي را به کمک آن را بطور دقيقي تنظيم کرد و براي ساير کارها به کار برد.

ميکروفونهاي پيــزوالکتريک
در ميکروفونهاي پيزوالکتريک بلورها يا دي الکتريک هايي بکار مي‌برند که خاصيت اين را دارند که وقتي تغيير شکلي در اثر فشار موجهاي صوتي در آن پيدا شود، بطور الکتريکي پلاريزه شده و ولتاژي که تابع خطي تغيير شکل مکانيکي وارد است، ايجاد مي‌کنند. اثر مستقيم خاصيت پيزوالکتريسيته در سال ۱۸۸۰ ميلادي بوسيله برادران کوري کشف گرديد.
اگر امتداد برش بلور چنان باشد که تراکم وارد در امتدادي که سبب گردد که سطح فوقاني نسبت به سطح تحتاني از لحاظ الکتريکي مثبت بشود، وقتي تراکم در همين امتداد به کشش تبديل شود علامت بارهاي الکتريکي روي دو سطح همچنين جهت ولتاژ روي آنها نيز تغيير علامت مي‌دهند. در اثر عمل معکوس اگر بواسطه وارد کردن پتانسيل الکتريکي آن را پلاريزه کنيم، يعني روي يکي از سطوح بار مثبت و بر روي ديگري بار منفي قرار گيرد، بلور تحت فشار واقع مي‌شود.

وقتي موضوع بحث درباره ميکروفونهاي بلوري يا سراميکي باشد انسان فقط علاقمند به اثر مستقيم خاصيت پيزوالکتريسته مي‌شود. با اين همه ، از آنجا که خاصيت پيزوالکتريسيته پديده برگشت پذير است، تمام انواع ميکروفونهاي پيزوالکتريک را مي‌توان با وارد ساختن اختلاف پتانسيل متناوب به طرفين آنها به يک منبع صوتي ضعيف تبديل کرد. نمک راشل قويترين خاصيت پيزوالکتريسيته را در ميان تمام موادي که داراي اين خاصيت هستند داراست و از اين رو غالباً استعمال آن را در طرحهاي مربوط به ميکروفونهاي بلوري وارد مي‌سازند. متأسفانه بريده‌هاي اين نمک در اثر رطوبت خراب مي‌شود و در دماي بيش از F 115˚ ضايع و غير قابل استفاده مي‌گردند.

برش X از اين نمک که به زاويه ˚۴۵ باشد بواسطه ضريب زيادي که در خاصيت تروش الکترومانيتيک داراد غالباً مورد استعمال دارد، ولي عيبش اين است که خاصيت دي الکتريک آن بسيار متغير است و اين موضوع بر حساسيت يا بازداده ولتاژ بلور تأثير مي‌گذارد. برشهاي بلوري که از بلور دي ايدروفسفات و آمونيوم مصنوعي بريده شده باشند و به اسم بلور ADP ناميده مي‌شوند. عموماً در ساختمان ميکروفونهايي بکار مي‌روند که بايد در دماي زيادي استعمال گردند، زيرا اگر چه حساسيت آنها از نمک راشل کمتر است، ولي مي‌توانند بدون خراب شدن در دماي بيش از F 200˚ بکار مي‌روند. بعلاوه خاصيت پيزوالکتريسيته و دي الکتريک آنها هم در اثر تغيير دما خيلي کم تغيير مي‌کند.