Rozdělení podle mechanické konstrukce mikrofonní vložky

Základní typy mechanických řešení jsou: Mezi nejpoužívanější typy dnes patří dynamické a elektrostatické mikrofony. Často se setkáme i s elektretovými mikrofony.

Elektrodynamický mikrofon

Je zkráceně nazýván dynamický a je velmi hojně používaný, protože se vyznačuje dostatečně širokým kmitočtovým pásmem, malým zkreslením, nízkým šumem a robustní konstrukcí. Jakožto mechanická část dynamického mikrofonu, na kterou působí akustický tlak, bývá použita buďto membrána ( membránový ) nebo pásek ( páskový mikrofon ).
Membrána mikrofonu je připojena na cívku. Kmitající membrána přenáší kmity na cívku, která kmitá v magnetickém poli permanentního magnetu. Tím se v cívce indukuje napětí a vzniká tak elektrický signál.
membránového dynamického mikrofonu

Membránový dynamický mikrofon

Řez elektrodynamickým membránovým mikrofonem

Páskový dynamický mikrofon

Zkráceně nazýván páskový, dnes se nepoužívá pro některé nedostatky. U páskového mikrofonu je membrána s cívkou nahrazena hliníkovou páskou ( viz obrázek ) umístěnou v magnetickém poli trvalého magnetu. Při rozechvívání pásku zvukovými vlnami se v něm indukuje elekrtický nízkofrekvenční signál.

Páskový dynamický mikrofon

Řez elektrodynamickým páskovým mikrofonem

Kvalitní dynamické mikrofony uspokojivě přenášejí frekvence od 30 Hz do 15 kHz se zkreslením nejvíce 0,5%. Používají se spíše dynamické mikrofony cívkové, páskové jsou velice citlivé na vlhkost, vítr a rušivé elektromagnetické pole ( motory, napájecí kabely, ... ).

Elektromagnetický mikrofon

Mám takový pocit, že elektromagnetický princip se dnes už vůbec nepoužívá. Elektromagnetický mikrofon pracuje na velmi podobném fyzikálním proncipu jako dynamické mikrofony s tím rozdílem, že snímací cívka se nepohybuje. K membráně mikrofonu je totiž připojena jakási chvějka, jejíž pohyb v poli permanentního magnetu mění magnetický tok, čímž se ve snímací cívce indukuje napětí. Elektromagnetické mikrofony mají malé rozměry a nízkou cehu, ale omezený frekvenční rozsah. Přenesou jen zvuky v kmitočtovém rozhraní 300 - 3500 Hz. Používají se pouze pro přenos řeči

Elektrostatický mikrofon s polarizačním napětím

Také se často nazývá kondenzátorový. Elektrostatický mikrofon je složen ze dvou izolovaných elektrod. Jedna elektroda je pevná a druhá je tvořena membránou, která je umístěna ve vzdálenosti 20 - 30µm před pevnou elektrodou. K takto vzniklému kondenzátoru o kapacitě 30 - 100 pF se připojuje stejnosměrné polarizační napětí 30 - 200V. Náboj tohoto kondenzátoru je Q = C x U, kde C je kapacita tohoto kondenzátoru a U je jeho polarizační napětí. Zvuk rozechvívá membránu, mění se vzdálenost membrány od pevné elektrody a tím i kapacita kondenzátoru. Zajistíme-li, aby se náboj při změně kapacity nemohl rychle vyrovnat, vyplývá z rovnice skutečnost, že při změně kapacity se mění napětí na kondenzátoru. Pomalé vyrovnávání náboje Q zajistíme odporem R1, který zvýší vnitřní odpor napájecího zdroje.

Elektrostatický mikrofon s polarizačním napětím


Do pevné elektrody bývají navrtány díry ta jak to ukazuje obrázek. Je to proto, aby se zmenšila závislost akustické impedance vzduchové mezery mezi pevnou elektrodou a membránou na membráně.

Elektrostatický mikrofon je velmi kvalitním zdrojem nízkofrekvenčního elektrického signálu. Disponuje velmi vyrovnanou frekvenční charakteristikou ( 50 - 10000 Hz v tolerančním poli ±3 dB nebo 30 - 15000 Hz s odchylkami ± 5 dB), malým zkreslením, vysokou citlivostí a vysokou stabilitou svých vlastností. Výstupní impedance kondenzátorového mikrofonu je velmi vysoká, proto bývá součástí mikrofonu impedanční převodník. Používá se ve studiové technice, k měřicím účelům a v poslední době i k live zvučení. Kondenzátorový mikrofon má lepší přenos vysokých frekvencí, než dynamický.

Elektrostatický mikrofon bez polarizačního napětí ( elektretový mikrofon )

Tyto mikrofony mají pevnou elektrodu opatřenou vrstvou elektretu. Elektret je materiál, který nese permanentní elektrický náboj. Mikrofon tedy nepotřebuje vnější zdroj polarizačního napětí.

Elektrostatický mikrofon bez potřeby polarizačního napětí
( elektretový )


Výstupní impedance velmi vysoká, proto bývá součástí mikrofonu velmi běžně impedanční převodník s FET tranzistorem, který funguje také jako předzesilovač. Pro tento tranzistor je však nutno připojit napájecí napětí, jehož velikost se liší podle typu mikrofonu.

Způsob připojení napájecího napětí elektretového mikrofonu.

Hodnota rezistoru je 1k a elektrolyt. kondenzátor má hodnotu asi 10µF, jeho kladný pól je připojen blíže k mikrofonu

Viz datový list elektretových mikrofonů GM Electronic. Elektretové mikrofony jsou velmi levné, často se používají v amatérských aplikacích. Elektretový mikrofon je také vhodný pro připojení k mikrofonnímu vstupu zvukové karty počítače. Odpor a kondenzátor, které slouží k připojování napájecího napětí není nutno připojovat, protože jsou již na zvukové kartě. Napájecí napětí nemusíme tedy připojovat, mikrofon je napájen ze zvukovky. Do vstupu zvukovky však musíme dávat stereojack, který je zapojen následujícím způsobem.



Piezoelektrické mikrofony ( krystalové )

Tyto mikrofony fungují na základě piezoelektrického jevu, který spočívá v tom, že působením mechanické síly na krystal vzniká na jeho povrchu elektrický náboj. Tento krystal však musí být vyroben z piezoelektrického materiálu, kterým je například křemen, turmalín, Seignettova sůl, amonný fosfát, keramické materiály. Zvuk rozkmitá membránu, kmity se přenáší na krystal a na krystalu vzniká napětí : )

Piezoelektrický mikrofon


Piezoelektrické mikrofony mají vysokou impedanci, která je spíše impedančního charakteru ( až 1000pF ), citlivost je asi 1-3mV/Pa. Piezomikrofony se v současnosti moc nepoužívají, protože mechanický převod kmitů z membrány na krystal je zdrojem nevyrovnané frekvenční charakteristiky.

Uhlíkové mikrofony ( odporové )

Uhlíkové mikrofony se dříve hodně používaly v telefonech, jaká je současná situace nevim. V uhlíkovém mikrofonu jsou mezi 2 elektrody nasypána uhlíková zrnka. Zvuk rozechvívá membránu která stlačuje uhlíková zrnka, čímž se mění vnitřní odpor mikrofonu. Tím je způsobeno kolísání napájecího stejnosměrného proudu a jeho střídavá složka vytváří modulační proud ( NF výstup ).

Uhlíkový mikrofon


Uhlíkové mikrofony se vyrábějí výhradně jako tlakové, tj. zvuk nemá přístup na zadní stranu membrány. Výstupní impedance se pohybuje kolem 30 - 150 ohmů s napájecím proudem 40 mA. Kmitočtová charakteristika uhlíkových mikrofonů se pohybuje v poli od 200 do 4000 Hz v mezích ±15 dB. Harmonické zkreslení v provozních podmínkách je vysoké, až 25%. Jsou tedy vhodné pouze pro přenos řeči ve velice nenáročných aplikacích. K některým zvukovým efektům ( žádané zkreslení hlasu ) by se dalo těchto vlastností i využít : ) Jsou konstrukčně a výrobně jednoduché a proto levné. Jejich životnost je asi 6 let.

U nás se vyráběly dva typy uhlíkových vložek do telefonů, MB a UB. Vložka typu MB se napájí napětím 1,5V, UB se napájí 4,5 - 9 V. Při vyšším napájecím napětí než tomto se uhlíková zrnka spékají a dojde ke zničení mikrofonní vložky. Napájení se připojuje podle následujícího schématu:

Obrázek platí pro vložku typu MB, pro vložku UB se změní napájecí napětí na 4,5 - 9 V a odpor z 20 ohmů na 60 - 200 ohmů.