マイクの仕組みとマイクの種類

音の振動を電流に変換するために、マイクと呼ばれる特殊な電気音響装置が使用されます。このデバイスの名前は、「小さい」と「声」を意味する 2 つのギリシャ語の組み合わせに関連しています。

マイクは、空気中の音響振動を電気振動に変換する装置です。

マイクの動作原理は、音の振動 (実際には気圧の変動) がデバイスの感応膜に影響を及ぼし、部品に接続されているのは膜であるため、膜の振動によって電気振動が発生するというものです。電流を生成するデバイスの種類。そのデバイスは特定のマイクの種類によって異なります。

今日、マイクロフォンは何らかの形で、科学、技術、芸術などのさまざまな分野で広く使用されています。マイクロフォンは、オーディオ機器、モバイル機器、音声通信、音声録音、医療診断、超音波研究などに使用されています。それらはセンサーとして機能し、人間の活動の他の多くの分野では、何らかの形でマイクなしではやっていけません。

マイクの種類が異なると、電気振動の発生にはさまざまな物理現象が関与するため、マイクの設計も異なります。主な現象は次のとおりです。 電気抵抗, 電磁誘導, 容量の変化 と 圧電効果... 今日、デバイスの原理によれば、ダイナミックマイク、コンデンサーマイク、圧電マイクの 3 つの主要なタイプのマイクを区別できます。ただし、カーボンマイクも今のところいくつかの場所で入手可能ですので、それらからレビューを開始します。

カーボンマイク

1856年、フランスの科学者が デュ・モンセル は、グラファイト電極の接触面積がわずかに変化しただけでも、電流の流れに対する抵抗がかなり大きく変化することを実証した研究を発表しました。

20年後、アメリカの発明家が エミール・ベルリナー はこの効果に基づいて世界初のカーボンマイクを開発しました。これは 1877 年 3 月 4 日に起こりました。

ベルリン マイクロホンの動作は、導電性接触領域の変化により回路の抵抗が変化する、カーボン ロッドとの接触特性に正確に基づいています。

すでに 1878 年 5 月に発明の開発が発表されました。 デビッド・ヒューズ彼は、先端が尖ったグラファイトロッドとそれに固定された膜を一対のカーボンカップの間に取り付けました。

音の作用によりメンブレンが振動すると、ロッドとカップの接触面積も変化し、ロッドが接続されている電気回路の抵抗も変化します。その結果、音の振動後に回路内の電流が変化しました。

トーマス・アルバ・エジソン さらに進んで、ロッドを石炭の粉に置き換えました。カーボンマイクの最も有名なデザインの作者は、 アンソニー・ホワイト （1890年）。これらのマイクは、古いアナログ電話のヘッドセットに今でも搭載されています。

カーボンマイクは次のように設計され、機能します。密閉カプセルに封入されたカーボン粉末（顆粒）は、2枚の金属板の間に配置されています。カプセルの片側にあるプレートの 1 つは膜に接続されています。

音が膜に作用すると膜が振動し、その振動がカーボンダストに伝わります。塵の粒子は振動し、粒子同士の接触面積が時々変化します。したがって、マイクロホンの電気抵抗も変動し、マイクロホンが接続されている回路内の電流が変化します。

最初のマイクは直列に接続されていました ガルバニック電池を使用した場合 電圧源として。

このようなマイクをトランスの一次巻線に接続すると、メンブレンに作用する音に合わせて変動する音を二次巻線から除去することができます。 電圧…カーボンマイクは感度が高いので、場合によってはアンプなしでも使用可能です。カーボンマイクには重大な欠点がありますが、 重大な非線形歪みとノイズの存在.

コンデンサーマイク

コンデンサーマイク（音の影響で電気容量が変化する原理に基づく）はアメリカの技術者によって発明されました エドワード・ウェンテ 1916年にプレート間の距離の変化に応じて静電容量を変化させるコンデンサの能力は、当時すでによく知られており、研究されていました。

したがって、ここではコンデンサープレートの 1 つが、音を感知する薄い可動膜として機能します。膜の製造には伝統的に金またはニッケルの最も薄い層を備えた薄いプラスチックが使用されているため、膜はその薄さにより軽くて感度が高いことが判明した。したがって、第 2 のコンデンサ プレートは固定する必要があります。

交流音圧が薄いプレートに作用すると、薄いプレートが振動します。つまり、2 番目のコンデンサ プレートに向かって移動したり、遠ざかったりします。この場合、この種の可変コンデンサの電気容量は変動して変化する。その結果、このコンデンサが含まれる電気回路では、 電気 膜に当たる音波の形状を繰り返す振動。

プレート間の動作電場は、外部電圧源 (バッテリーなど) によって、または最初にプレートの 1 つのコーティングとして分極材料を適用することによって生成されます (エレクトレット マイクはコンデンサー マイクの一種です)。

信号が非常に弱く、音による静電容量の変化が非常に小さいことが判明し、膜がほとんど知覚できないほど振動するため、ここではプリアンプを使用する必要があります。プリアンプ回路がオーディオ信号の振幅を増加させると、すでに増幅された信号がルーティングされます。 アンプに… したがって、コンデンサーマイクの最初の利点 — 非常に高い周波数でも非常に敏感です.

ダイナミックマイク

ダイナミックマイクの誕生はドイツの科学者の功績です ガーヴィン・エルラッハ と ウォルター・ショットキー… 1924 年に、彼らは新しいタイプのマイクであるダイナミック マイクを導入しました。これは、線形性と周波数応答の点でカーボン製の前任者をはるかに上回り、元の電気的パラメータではコンデンサーの対応物を上回りました。彼らは、非常に薄い (厚さ約 2 ミクロン) アルミニウム箔の波形リボンを磁場内に置きました。

1931 年に、このモデルはアメリカの発明家によって改良されました。 トーレス と ヴェンテ…彼らはダイナミックマイクを提供しました インダクタ付き… このソリューションは今でもレコーディング スタジオにとって最適であると考えられています。

ダイナミックマイクのベースとなっているのは、 電磁誘導現象… 膜は、永久磁場内の軽量プラスチックチューブに巻かれた細い銅線に取り付けられています。

音の振動が膜に作用し、膜が振動して音波の形状を繰り返しながらその動きをワイヤに伝達し、ワイヤが磁場内を移動し、（電磁誘導の法則に従って）電流が誘導されます。ワイヤーの中で音の形を繰り返し、膜に落ちます。

プラスチック製の支持体を備えたワイヤはかなり軽い構造であるため、非常に可動性があり、非常に敏感であることが判明し、電磁誘導によって誘導される交流電圧は重大です。

動電型マイクロホンは、コイルマイクロホン（磁石の環状ギャップにダイアフラムを備えたもの）、リボンマイクロホン（波形のアルミ箔がコイル材料として機能する）、アイソダイナミック型などに分類されます。

古典的なダイナミック マイクロフォンは信頼性が高く、可聴周波数範囲で幅広い振幅感度を備え、製造コストも安価です。ただし、高周波では十分な感度が得られず、音圧の突然の変化にはあまり反応しません。これらが主な欠点の 2 つです。

ダイナミック リボン マイクロフォンは、ポールピースを備えた永久磁石によって磁場が生成され、その間に銅線の代わりとなる薄いアルミニウム ストリップが配置されている点が異なります。

テープは導電性が高いですが、誘導電圧が小さいため回路に追加する必要があります。 昇圧トランス… このような回路では、トランスの二次巻線によって有用な可聴信号が除去されます。

リボン ダイナミック マイクロフォンは、従来のダイナミック マイクロフォンとは異なり、非常に均一な周波数範囲を示します。

マイクロフォンは永久磁石材料として、残留誘導の高い硬磁性合金 (NdFeB など) を使用します。本体とリングは軟磁性合金（電気鋼やパーマロイドなど）で作られています。

圧電マイク

オーディオ技術における新しい言葉は、1925 年にロシアの科学者ルジェフキンとヤコブレフによって発表されました。彼らは、音を電流振動に変換する根本的に新しいアプローチ、つまり圧電マイクを提案しました。音圧の作用にさらされる 圧電結晶.

音はロッドに接続された膜に作用し、ロッドは圧電体に接続されます。ピエゾ結晶はロッドの振動によって変形し、その端子に電圧が現れ、入射音の形状を繰り返します。この電圧は有用な信号として使用されます。