بررسی و مقایسه انواع میکروفون ها

میکروفون های ذغالی (کربن دار)

میکروفون های ذغالی تشکیل شده از یک مخزن ذرات ذغال، این ذرات ذغال ممکن است به اشکال مختلف هندسی تهیه شود. روی ذرات ذغال یک شاخکی قرار دارد که به دیافراگم یا ممبران متصل است که اگر در مقابل این ممبران یل دیافراگم صوت ایجاد کنیم مرتعش می گردد. ارتعاشات حاصل در ممبران، دقیقاً همان مشخصات ارتعاشات منبع صوت را دارا می باشد. و این تغییرات فشار عیناً به شاخک انتقال می یابد. تغییرات ایجاد شده در ممبران یا شاخک باعث تغییر مقدار فشردگی ذرات ذغال به یکدیگر شده که در نتیجه مقاومت الکتریکی مجموعه مخزن تغییر می یابد. و مشاهده می کنیم که متناسب با همان تغییرات فشار وارده روی ممبراتن جریان I که از مدار عبور می کند تغییر می یابد. یعنی توانسته ایم تغییرات فشار صورت را تبدیل به جریان الکتریسیته نمائیم. که این جریان متغییر را می توان بصورت فشار الکتریکی از دو سر مقاومت باز دریافت کرد.

این ساده ترین و ارزانترین میکروفون است که از سال 1984 تا کنون از آن استفاده می شود. این میکروفون دارای بازده با راندمان زیادی است. بنابراین بدون طبقات تقویت کننده می توان از آن استفاده نمود. ولی در شرایط حرفه ای از آن استفاده نمی شود چون از نظر پهنای باند فرکانسی مطلوب نمی باشد یعنی پهنای باند آن وسیع نیست و کیفیت مطلوب و خوبی را دارا نمی باشد بنابراین از آن فقط برای انتقال سخن در تلفن و در رادیو فقط در ارتباطات داخلی بین افراد استفاده می شود.

میکروفون ذغالی از لحاظ پاسخی فرکانسی Frequency Response دارای دو اشکال اساسی و مهم می باشد:

عرض باند آن (پهنای باند فرکانسی) محدود است به این ترتیب که هم از نظر فرکانس های بالا و پایین در عبورش محدودیت دارد. پهنای باند فرکانسی این میکروفون بین HZ300 تا HZ3500 نیز می باشد.
همین عرض باند نیز خطی نیست. منظور از خطی نبودن همان تغییرات سطح دامنه باند فرکانسی نیز می باشد. همانطور که بیانم شد از این میکروفون در صنعت تلفن استفاده می شود چرا که در این جا، فقط هدف ما رساندن پیام می باشد و کیفیت صدا برای ما مطرح نیست. حتی این نوع میکروفون در دستگاههای خانگی نیز استفاده نمی شود.

میکروفونهای دینامیکی (Moving Coil Nie)

میکروفونهای دینامیکی تشکیل شده از یک ممبران از جنس سبک نظیر کاغذ، پلاستیک و با آلومینیوم که یک سیم پیچ به ممبران (دیافراگم) متصل است و این سیم پیچ می تواند در داخل شکاف قطبین یک آهن ربا حرکت نماید. بنابراین وقتی که فشار صوتی روی این ممبران وارد می آید ممبران و در نتیجه سیم پیچ متصل به آن با همان ریتم تغییرات صوتی نوسان می نمایند، از حرکت سیم پیچ در داخل میدان مغناطیسی یک جریان الکتریکی روی سیم پیچ القا می گردد که ریتم تغییرات این جریان درست با ریتم تغییرات فشار وارده روی ممبران است.
این میکروفون، اولین خانواده میکروفونی است که بطور حرفه ای استفاده می شود و در این میکروفون مغناطیس ثابت و سیم پیچ (Coil) متحرک و جریانی حدود دهم میلی ولت ایجاد می شود و در میکروفون های حرفه ای حدود mv2/0 است.

علت اینکه این میکروفون ها در مصارف حرفه ای استفاده می شود داشتن عرض باند خطی وسیعی است ولی قیمت آن بسیار گران می باشد. این میکروفون ها نسبت به میکروفون ذغالی راندمان کمتری دارد ولی دارای کیفیت بهتری است و در صنایع حرفه یا مخصوصاً در صدا و سیما بنحو احسن استفاده می گردد و از این میکروفون برای ضبط گفتار استفاده می شود. ضمناً برای زیاد کردن راندمان این نوع میکروفون با قرار دادن سوراخ در پشت دیافراگم که به فضای خارج متصل باشد و با محاسبه سطح و طول سوراخ یک مقدار از انرژی صوتی را با 180 درجه اختلاف فاز به پشت دیافراگم منتقل می نمایند این فیدبک به حرکت به ممبران کمک کرده و راندمان میکروفون زیاد می شود.

حساسیت ولتاژ مدار باز این میکروفون با پیچک متحرک (سیم پیچ) تقریباً برابر با 5-10×4/2 ولت بر میکروبار، و یا db4/92 – دسی بل می باشد و نسبت به میکروفون خازنی کریستالی از حساسیت کمتری برخوردار می باشد. امپدانس خروجی میکروفون حدود 10 اهم است که نسبت به میکروفونهای خازنی و کریستالی خیلی ناچیز است و بوسیله ترانسفورماتور بالابرنده ولتاژ در بدنه میکروفون عمل تطبیق امپدانس را انجام میدهد. در ضمن میکروفون الکترودینامیکی بدون تقویت کننده مقدماتی استفاده می شود و می توان با کابل نسبتاً طولانی سیگنال را از آن انتقال داد.
پاسخ فرکانس این نوع میکروفون حدود 10 تا 14 کیلوهرتز می باشد و در ضبط صدای گوینده و رپرتاژ و تئاتر و … از آن استفاده می شود.

میکروفونهای الکترومغناطیسی (Moving Magnet Mic)

این میکروفونها از یک آهن ربای نعلی تشکیل یافته که دور قطبین آن سیم پیچ قرار دارد و ممبران آن از جنس فولاد است و وقتی که بر اثر ارتعاشات صوتی ممبران مرتعش می گردد صفحه فولاد به دو قطب آهن ربا دور و نزدیک می شود، بنابراین میدان مغناطیسی در دو قطب تغییر می یابد و این میدان در داخل آهن ربا تغییر می کند و روی سیم پیچها یک جریان الکتریکی القا می گردد که ریتم تغییرات ارتعاشات صوتی است که روی ممبران وارد گردیده است. نوعی دیگر از این میکروفونها بدین صورت است که بخشی از ممبران را که در برابر قطبهای آهن ربای NS دائمی است با پولکی از آهن ربای نرم می پوشانند تا از لرزشهای این پولک آهنی مقاومت مغناطیسی شکاف هوائی را تغییر دهد. بنابراین لرزش ممبران باعث ایجاد جریانی در سیم پیچهای روی آهن ربا می گردد.
راندمان این میکروفون میکروفونهای ذغالی است ولی باند فرکانسی وسیع تری دارد. این میکروفون بعلت وزن زیاد آن در حال حاضر استفاده زیادی ندارد. و همچنین وزن زیاد ممبران بازدهی میکروفون را در فرکانسهای بالا کاهش می دهد.

میکروفونهای پیزوالکتریک (کریستالی) (Pizoelectric Mic)

بعضی از عناصر مانند بلور کوارتز، نمک راشل و دی هیدروفسفاتت آمونیم و مواد سرامیکی ریخته شده از قبیل تیتانات دوباریم، دارای خاصیت پیزوالکتریک هستند. یکی از بلورها که در مقابل حرارت پایدار و بصورت خطی کار می نماید. بلور کوارتز می باشد که در الکتروآکوستیک از آن برای ساختن میکروفون، بلندگو و پیکاپهای گرام استفاده می شود. نوع بلوری که بیشتر بکار می رود بلور با برش X نامیده یم شود که مانند شکل از بلور طبیعی بریده ایم شود. میکروفون کریستالی، میکروفونی می باشد که در آن از خاصیت پیزوالکتریک بعضی از کریستالها استفاده می شود بدین معنی که تغییرات فشار وارد بر روی این نوع کریستال جریان متناوبی متناسب با فشار وارده در دو سر کریستال ایجاد می کند.

دو نوع میکروفون کریستالی وجود دارد :

فشار صوت مستقیماً بر صفحه کریستال تأثیر می نماید که دارای بازده بسیار کم در حدود 4/0 ولت برای هر میکروبار می باشد.
فشار صوت به یک ممبران فلزی وارد می شود و حرکات ممبران بوسیله میله ای که در پشت آن قرار دارد به کریستال منتقل می شود.

که البته نوع دوم دارای بازده بیشتری در حدود یک تا دو میلی ولت بر میکروبار می باشد. از میکروفون پیزوالکتریک تا 8 سال پیش در ضبط صوتهای خانگی استفاده میشد. ولی هم اکنون دیگر استفاده نمی شود زیرا عرض باند آن حدود 7 تا 8 کیلوهرتز می باشد که پهنای باند آن کم است.
نوع دوم میکروفون که ارتعاشات صوت توسط دیافراگم به کریستال منتقل می شود و اختلاف پتانسیل دریافتی در خروجی زیاد می شود ولی پهنای باند نوار فرکانس نسبت به حالت اول کمتر می باشد.

پهنای باند نوار پاسخ فرکانس میکروفون کریستالی بین 20 تا 10000 هرتز که حدود 5 دسی بل نسبت به حساسیت متوسط تغییرات دارد. حساسیت متوسط میکروفون 50 دسی بل برای یک ولت در هر میکروبار است.

میکروفونهای نواری

این میکروفون از یک نوار که در داخل یک میدان مغناطیسی دائم، بطور آزاد می تواند حرکت کند تشکیل شده است. طرز کار آن مثل میکروفون الکترودینامیکی است فقط بجای سیم پیچ از یک نوار استفاده شده است. این میکروفون بعلت سبکی ممبران (دیافراگم)، باند فرکانس خوب و حساسیت زیاد دارد و در موسیقی میتوان از آن استفاده نمود ولی راندمان آن کم است. بعلت اینکه در میکروفون های نواری فشار صوت در دو طرف ممبران با فازهای مختلف برخورد می کند بنابراین اشکالی در پهنای باند فرکانسی آن بوجود می آید. همانطور که می دانیم اختلاف فاز به ابعاد نوار و طول موج صدا بستگی دارد. بدین معنی که در طول موجهای بلند ابعاد ممبران قابل صرفنظر کردن می باشد در صورتیکه در طول موجهای کوتاه ابعاد ممبران نسبت به طول موج قابل چشم پوشی نیم باشد. بنابراین پهنای باند فرکانس بطور یکنواخت عمل نکرده و در فرکانسهای بالا دچار افت می گردد. در این صورت ضریب الاستیسیته را کاهش می دهند و تا حدود 10 کیلوهرتز پهنای باند ادامه دارد البته در فرکانسهای پایین پاسخ فرکانس حالت خطی را حفظ میکند.

یک نوع دیگر میکروفون نواری طراحی شده است که بوسیله تغییراتی پهنای باند آن را افزایش داده اند. بدین صورت که بوسیله قرار دادن موادی مانع ورود صدا به پشت ممبران می شوند. در ضمن بوسیله تعبیه شوراخ فضای پشت ممبران را به داخل متصل نموده و با فیدبک (بازگشت صدا به پشت) صدا را با اختلاف فاز لازم به فضای پشت ممبران برگشت می دهند. بطوریکه فشار صورت در هر دو طرف ممبران بطور هم فاز عمل می کند. در این حالت چون مسئله اختلاف وجود ندارد میتوان پاسخ فرکانس خطی 20 تا 20000 هرتز را از میکروفون انتظار داشت. امپدانس این نوع میکروفون خیلی ناچیز است. بنابراین قراردادن ترانسفورماتور الزامی است. از این میکروفون قبل از میکروفون خازنی برای ضبط ارکستر استفاده می گردید.

میکروفونهای خازنی (الکترواستاتیک یا الکتروکاندستور)

میکروفون خازنی، میکروفونی است که از یک صفحه ثابت و یک صفحه متحرک که بعنوان دو جوشن یک خازن عمل می کند تشکیل شده است. اگر در مدار خازن یک ولتاژ و یک مقاومت قرار دهیم خازن شارژ می شود حال اگر ارتعاشات صوتی به صفحه متحرک (ممبران) وارد آید فاصله دو جوشن تغییر می نماید، بنابراین ظرفیت خازن متغیر می شود، البته تغییرات این ظرفیت خازن تغییر می کند جریان در مدار تغییر می نماید. با عبور جریان از مقاومت در دو سر این مقاومت یک ولتاژ الکتریکی ظاهر می شود باین وسیله توانسته ایم تغییرات فشار صوتی را به تغییرات فشار الکتریکی تبدیل نمائیم.

توجه :
میکروفون الکترواستاتیک خیلی خوب می تواند قابل مقایسه با یک میکروفون الکتروداینامیک خیلی خوب باشد وگرنه هر الکترواستاتیکی از هر الکتروداینامیکی بهتر نیست. هرگاه در عمل ضبط صدا بهترین کیفیت ممکن مورد نظر باشد، می توان از میکروفونهای الکترواستاتیکی یا الکتروکاندنستور (Condenser) استفاده نمود. چون حرکت دیافراگم آن با جرم بسیار کم می تواند در برابر کوچکترین ارتعاشات پاسخ سریع (Transienty Response) بدهد. و حتی این میکروفون می تواند آنقدر سریع عمل می کند که صدای ضربه کوچک Impulse را مانند صدای یک جرقه و یا خزیدن مار برروی برگها ر ا دریافت نماید، و این یکی از دلایل برتری میکروفون الکترواستاتیک بر الکتروداینامیک است.
میکروفون الکترواستاتیک (خازنی) باعث می شود که صدای ترجمه شده یا تبدیل شده خیلی نزدیک به صدای اصلی باشد ولی میکروفون الکتروداینامیک صدا را تیره می سازد.

توصیه خیلی مهم در باره این میکروفونها آن است که به دلیل نازک بودن ممبران آن، نباید در ضبط انفجارات و صداهای شدید از ان استفاده نمود. چون این عمل باعث کاهش حساسیت آن و یا پاره شدن ممبران آن می گردد.

بعلت امپدانس زیاد و راندمان کم میکروفونی خازنی دامنه سیگنال خروجی ضعیف است بطوریکه مدار تقویت کننده الکترونیکی در بدنه میکروفون و در میکروفونهای یقه ای دذ بیرون آن تعبیه می شود. معمولاً در طراحی میکروفون خازنی سعی می شود برای نوار وسیعی از فرکانس طراحی شود. برای این منظور بایستی ضریب کشش دیافراگم را زیاد نمود و جرم آنرا کم انتخاب کرد. در نتیجه میکروفون دارای پاسخ فرکانس وسیع می شود. البته راندمان آن با زیاد کردن ضریب کشش، کاهش می یابد که بوسیله مدار تقویت کننده الکترونیکی به اندازه کافی تقویت می شود.
راندمان میکروفون خازنی میکروفون ذغالی است و پاسخ فرکانس در پهنای نوار 20 تا 20000 هرتز خطی است و از این میکروفون برای ضبط موسیقی در استودیوها و آزمایشگاههای تحقیقاتی آکوستیک استفاده می شود. در شکل زیر نمونه ای از یک مقطع میکروفون یک جهته خازنی و نوار پاسخ فرکانس میکروفون خازنی دیده می شود.

البته امروزه میکروفون خازنی بدون منبع تغذیه نیز ساخته شده بطوریکه در فاصله دو جوشن ماده ای قرار دارد که بطور دائم بار الکتریکی در آن وجود دارد (الکتروولت) و بر اثر فشار صوت اختلاف پتانسیل در دو جوشن آن تغییر می کند.

برتری های میکروفون الکترواستاتیک عبارتند از:

وسیع بودن پهنای باند Frequency Response.
خطی بودن پهنای باند.
پاسخ سریع در برابر ارتعاشات ضربه ای Impulse.
سطح نویز آنها خیلی پایین است. (سطح نویز یک میکروفون ناشی از الکترونهایی است که در اثر برخورد به یکدیگر در عنصر مورد نظر (میکروفون) ایجاد می شود).
محکم بودن دیستورشن (Distortion): هرگونه تغییر ناگهانی و ناخواسته در خروجی یک دستگاه نسبت به ورودی.

معایب میکروفونهای خازنی

در برابر حرارت، دود سیگار، گرد و غبار و دخانیات، رطوبت و … خراب می شود.
در مقابل ضربه بسیار آسیب پذیر هستند و حتماً باید در جعبه آن را حمل کرد و درست در موقع استفاده باید آنرا باز کرد.
احتیاج به منبع تغذیه دارند (جهت شارژ کردن خازن و انتقال سیگنال به اولین طبقه).

مطلب بسیار مهمی که باید در نظر داشت آن است که این نوع میکروفون و میکروفون الکتروداینامیک، همیشه در حال کار هستند پس باید همیشه آنها را در جعبه های ضد صدا قرار داد تا از استهلاک آن جلوگیری کرد.

میکروفونهای خازنی به دو دلیل احتیاج به منبع تغذیه دارند:

خازن برای عملکرد احتیاج به شارژ دارد تا تغییر فاصله بین جوشنها باعث ایجاد یک جریان متغییر و این جریان متغیر در دو سر یک مقاومت تشکیل یک ولتاژ متغییر می دهد.
از آنجا که امپدانس خروجی این میکروفون زیاد است ولتاژ بسیار ناچیزی در خورجی را بیشتر از چند میلیمتر نمی توان منتقل کرد. پس احتیاج به یک پیش تقویت کننده Pre Amplifire داریم. که با بهترین طراحی بعد از کپسول قرار می گیرد.

مطلبی که باید به آن توجه کرد آن حساسیت میکروفونهای الکترواستاتیک در مقایسه با میکروفونهای الکتروداینامیک درب رابر ارتعاشات مکانیکی زیاد است بنابراین در جایی که باید میکروفون را حرکت داد بهترین راه این است که از میکروفونهای الکتروداینامیک استفاده کرد. مگر در مواقعی که واقعاً احتیاج به کیفیت خوب در صدابرداری باشد. میکروفونهای الکترواستاتیک گاهی اوقات در یمک محفظه از نظر مکانیکی عایق می شوند و ارتعاشات مکانیکی به آنها منتقل نمی شود. حساسیت میکروفونهای خازنی نسبت به وزش باد خیلی بیشتر از میکروفونهای الکتروداینامیک است.

میکروفون بی سیم یا MF یا Wireless Mic

در استفاده از این نوع میکروفونها با سه بخش روبرو هستیم:

1-نوع میکروفون که اصلاً محدودیتی در آن وجود ندارد.
2-بخش فرستنده.
3-بخش گیرنده.
در نوع میکروفون محدودیت وجود ندارد و هر نوع میکروفونی می تواند باشد ولی باید نوع فرستنده آن خیلی کوچک باشد.
عرض باند کانال این فرستنده در حدود 15 کیلوهرتز می باشد و نوع مدولاسیون در آن از نوع FM )Frequency Modulation) مدولاسیون فرکانس با سیگنال به نویز زیاد و درصد دستورشن کم، که در باند UHF FM کار می کنند. به دلیل عدم استفاده از کابل جهت تغذیه مدارات آن از باطری استفاده می شود و آنتن آن فرکانس کریر بوده و بهترین عمل جهت قرارگرفتن در گردن گوینده است.

گیرنده (Riciver)

گیرنده این نوع میکروفون ها به دو شکل می باشد که یک شکل آن بر روی Roc نصب می گردد و هنگامی از آن استفاده می شود که در استودیو به صدا نیاز داریم و درون اتاق کنترل می باشد و شکل دیگر آن پرتابل یعنی قابل حمل و نقل است که به دلیل داشتن ابعاد کوچک می توان آنرا حمل نمود و یا جایی آویزان کرد ابعاد این گیرنده حدود 12×C20 با ضخامنت cm3 و با وزن 300 گرم می باشد.
آنتن گیرنده از حساسیت زیادی برخوردار است و نوع پرتابل آن بر روی بندگیرنده نصب می گردد. آنتن آن از نوع Roc که بر روی یک پایه درون استودیو می باشد که توسط کابل های کواکسیال (کابل شیلدار) به درون اتاق کنترل منتقل می گردد. در شرایط پرتابل معمولاً جهت تغذیه از 2 عدد باطری 5/9 ولت استفاده می شود و در شرایط استودیو می توان از برق استفاده نمود.
از آنجا که ممکن است مسئله انعکاس و یا حذف سیگنال پدید آید، باید حتی الامکان آنتن گیرنده به فرستنده نزدیک باشد. کاربرد این نوع میکروفون معمولاً در جاهایی می باشد که کابل میکروفون مزاحم کار ما می باشد، حال این مسئله چه درون استودیو باشد و چه در بیرون آن.
یک نوع از میروفون های مینیاتوری آن از نوع Sony_EcM5op می باشد که معمولاً بین 5/1 ولت تا 52 ولت کار می کنند.
میکروفونهای الکتریت (Electret Cendenser Mc)
اولین دسته خانواده فرعی و جوان از میکروفون های الکترواستاتیک، میکروفون های الکترود هستند. میکروفونهای الکترود مزیتی که بر میکروفونهای الکترواستاتیک دارند این است که خازن آنها همیشه شارژ می باشد و احتیاجی به منبع تغذیه جهت شارژ خازن ندارند و چند سالی است که در ضبط های حرفه ای ساده می توان از آنها استفاده کرد. به دلیل کوچک بودن و ارزان بودن این میکروفونها امروزه تقریباً روی اکثر دستگاههای آماتوری نصب می شود و در کارهای تصویری هنگام پنهان سازی می توان از این میکروفون استفاده نمود. یک نمونه از آن را می توان میکروفون Sony-ECA50 نام برد. لازم به یادآوری می باشد که میکروفونهای الکترواستاتیک دیگری وجود دارد که هرکدام به نوبه خود در جاهای مخصوصی استفاده می شود که ازجمله می توان به میکروفون «گان» و «مینی گان» اشاره نمود که بعد از طرح گیرایی میکروفون ها در باره آنها به تفصیل شرح داده می شود. البته باید اضافه کرد که برای تقویت سیگنال ورو.دی به میکروفون احتیاج به یک تقویت کننده مقدماتی نیز می باشد که تنها به یک باطری کوچک 5/1 ولت نیاز می باشد. ضمناً تقویت کننده آن یک مدار FET می باشد.