در مورد میکروفن چه می دانید؟

میکروفون چیست؟

میکروفون (Microphone) یا به اختصار مایک (Mic) دستگاهی است که انرژی صوتی دریافتی را به انرژی الکتریکی تبدیل می‌کند. سیگنال‌های آنالوگ تولیدی هم توسط کامپیوتر اینکد شده و درقالب داده‌های دیجیتالی ذخیره می‌شوند. اولین میکروفونی که صدا را به انرژی الکتریکی تبدیل می‌کرد در سال 1877 توسط David Edward Hughes در انگلستان و Emile Berliner و توماس ادیسون در آمریکا ساخته شد که البته کیفیت چندان خوبی هم نداشت.
میکروفون‌های امروزی بسیار با کیفیت تر بوده و با قیمت کم، می‌توان آن‌ها را در هر جایی یافت. هر جا که صدا باید به صورت الکتریکی منتقل یا ذخیره شود، یک میکروفون نیز در آنجا وجود خواهد داشت؛ در گوشی‌ها، هندزفری‌ها، هدست‌ها، آیفون‌های خانگی، تلفن‌ها، لپتاپ‌ها و ... .

میکروفون ساختار بسیار ساده اما خلاقانه‌ای دارد. نحوه کار میکروفون برعکس اسپیکر یا بلندگوهاست یعنی بجای این که انرژی الکتریکی را به صدا تبدیل کند، انرژی صوتی را به جریان الکتریکی تبدیل می‌کند.

انواع میکروفن

انواع میکروفون‌ها (Microphone) از نظر ساختاری به دو نوع دینامیکی و خازنی تقسیم می‌شوند ولی از نظر کاربرد میکروفون‌ها دارای انواعی مانند یقه ای، گلویی (لارنگوفون)، سخنرانی، استودیو و… هستند. میکروفون‌های یقه ای کاربردهای زیادی دارند. به جای استفاده از میکروفون‌های بزرگ که هم سنگین هستند و هم دست و پاگیر مطمئناً وجود یک میکروفون یقه ای بسیار کارآمد است. برای اینکه میکروفون یقه ای را انتخاب کنید باید مدل و انواع آن را بشناسید.

میکروفن‌های دینامیکی

در میکروفن‌های دینامیک، سیگنال صدا با حرکت کردن یک هادی در میان یک میدان مغناطیسی ایجاد می‌شود. در بیشتر میکروفون‌های دینامیک یک دیافراگم بسیار باریک و سبک در پاسخ به فشار هوا حرکت می‌کند. حرکت دیافراگم باعث حرکت یک سیم پیچ صدای معلق در میان یک میدان مغناطیسی می‌شود، و منجر به ایجاد جریان الکتریکی کوچکی می‌شود. میکروفون‌های دینامیک حساسیت کمتری (در مقابل فشار هوا و فرکانس‌های بالا) نسبت به میکروفون‌های خازنی دارند و معمولاً می‌توانند در شرایط سخت تری کار کنند. همچنین این میکروفون‌ها ارزان‌تر هستند و برای ضبط صدای درامز و گیتار الکتریک مناسب تر می‌باشند. مناسب‌ترین میکروفون برای snare میکروفون Shure SM57 (که برای آمپلی فایر گیتار نیز عالی هستند). بسیاری از مهندسان از میکروفون Sennheiser MD421 برای toms و AKG D112 برای باس درام استفاده می‌کنند. به‌طور کلی این میکروفون برای اجراهای زنده و خوانندگی مورد استفاده قرار می‌گیرد. این میکروفون نویز، دم وبازدم و خش خش و صداهای اضافه اطراف را حذف می‌کند.

میکروفن‌های خازنی

اگر به دنبال وفاداری کامل به منبع صدا هستید، باید از میکروفون خازنی استفاده کنید. میکروفون‌های خازنی در مقابل میکروفون‌های دینامیک، واکنش بهتری نسبت به «سرعت» و تحرک امواج صوتی نشان می‌دهند. این سیستم مکانیکی ساده شامل یک دیافراگم نازک و کشیده شده‌است که در نزدیکی یک صفحه فلزی قرار گرفته‌است (backplate). این آرایش یک خازن ایجاد می‌کند که بار الکتریکی خود را از یک منبع خارجی دریافت می‌کند – باتری یا منبع برق اختصاصی، یا فانتوم پاور از میکسر. دیافراگم در پاسخ به تغییر فشار هوا به آرامی می‌لرزد و باعث تغییر ظرفیت خازن و ایجاد سیگنال خروجی میکروفون می‌شود. میکروفون‌های خازنی در دو نوع ترانزیستوری و لامپی و در اشکال و ابعاد مختلف تولید می‌شوند – اما همه آن‌ها بر اساس این اصول کار می‌کنند. برخلاف سایر میکروفن‌ها، میکروفن خازنی به مولد برق DC و یک پیش‌تقویت‌کننده احتیاج دارد. میکروفن خازنی دارای معایبی است که بزرگی و حساسیت بیش از حد از آن جمله هستند. ضمناً در مقابل منابع صوتی بلند مجاور دچار واپیچیدگی خواهد شد. این میکروفن کیفیت بسیار خوبی از صدا تولید می‌کند (معمولاً 20 تا 18000 هرتز) و نسبت به صداهای گذرا واکنش بسیار بالائی دارد. از میکروفن خازنی برای صدابرداری بسیار حساس استفاده می‌شود (صدابرداری در صحنه‌های متحرک و ایستا) به‌ویژه هنگامی که منبع صوتی در فاصلهٔ دور قرار دارد (به‌صورت میکروفن آویز در ارکسترهای بزرگ). از طرف دیگر می‌توان این میکروفن را به‌عنوان بوم صدا، بوم دستی، پایه‌ای و آویز نیز به‌کار گرفت. عموم میکروفون‌های کنفرانس از این گونه میکروفون‌ها به صورت کلی استفاده می‌نمایند. ناگفته نماند که میکروفون خازنی که در سیستم کنفرانس استفاده می‌گردد از الگوهای قطبی cardioid و supercardioid پیروی می‌نمایند. مشهورترین میکروفون کنفرانس که از این الگو پیروی می‌نماید مدل TS1502 صامع می‌باشد.

میکروفن اِلِکترِت

این نوع میکروفن نیز، نوع خاصی از میکروفن خازنی است که کاربرد وسیعی به عنوان میکروفن شخصی یا میکروفن مخفی دارد و دارای کیفیت خوبی در صدابرداری است. این نوع نسبتاً ارزان و کوچک میکروفن دارای دیافراگم پلاستیکی است که بار الکترواستاتیک 'دایم' دارد؛ از این‌رو به ولتاژ قطبی نیاز نخواهد داشت. تقویت‌کنندهٔ کوچکی که با باتری کار می‌کند در محفظهٔ میکروفن کار گذاشته شده‌است. در اثر کهنه شدن و کار کردن زیاد، اشکالاتی در عملکرد این میکروفن پدید می‌آید؛ از جمله، از بین رفتن فرکانس‌های بالا، کاهش حساسیت و افزایش نوفهٔ زمینه. اختلالات در این میکروفن بر اثر رطوبت زیاد، بخار، حرارت و گرد و خاک سرعت بیشتری می‌گیرد.

میکروفن‌های ریبون

میکروفون‌های ریبون اولین میکروفون‌های هدایتی (directional) بودند که از لحاظ تجاری به موفقیت رسیدند و در دوره طلایی رادیو کاربرد وسیعی داشتند. امروزه میکروفون‌های ریبون، با تلاش شرکت‌هایی مانند Royer، در حال بازگشتن به عرصه صدا هستند. میکروفون‌های ریبون به جای سطح فشار صدا (SPL) به سرعت مولکول‌های هوا واکنش نشان می‌دهند و در آن‌ها المان معلق و بسیار کوچکی در یک میدان مغناطیسی قوی حرکت می‌کنند. در کاربردهای استودیویی این تفاوت عملکردی مهم نیست، هرچند می‌تواند در حین ضبط در فضای باز و در روزهایی که باد می‌وزد حیاتی باشد! میکروفون‌های ریبون قدیمی مانند RCA 44 و 77DX بیش از اندازه ظریف و حساس بودند؛ میکروفون‌های ریبون امروزی – مانند Royer R121 و R122 – طوری طراحی شده‌اند که تحمل استفاده سنگین استودیویی را داشته باشند.

میکروفن‌های یو اس بی

میکروفون‌های USB یکی از پیشرفت‌های جدید در فناوری میکروفون هستند و دارای تمام اجزای میکروفون‌های سنتی می‌باشند: کپسول، دیافراگم و غیره. تفاوت این میکروفون در داشتن دو مدار اضافی است: یک پری آمپلی فایر داخلی و یک مبدل آنالوگ به دیجیتال (A/D). پری آمپلی فایر اتصال میکروفون به میکسر یا پری آمپلی فایر میکروفون خارجی را غیرضروری می‌سازد. مبدل A/D خروجی میکروفون را از آنالوگ (ولتاژ) به دیجیتال (داده) تبدیل می‌کند، تا بتواند به‌طور مستقیم وارد رایانه شود و توسط نرم‌افزار ضبط خوانده شود. این میکروفون ضبط دیجیتال پرتابل را بسیار آسان می‌کند. تنها کافی است میکروفون را به رایانه متصل کنید، نرم‌افزار DAW را اجرا نمایید و کلید ضبط را بزنید!

میکروفن‌های بی‌سیم (VHF یا UHF)

طی سال‌های اخیر، روند رشد ارتباطات بدون سیم با ظهور تلفن‌های سلولی جهش بزرگی نمود. این درحالیست که در سال 2003 ارتباطات بی‌سیم یکصدمین سالگرد تولد خود را جشن گرفت. صد سال پیش و در تاریخ 19 ژوئن 1903 نخستین پیام تلگراف بدون سیم برفراز آتلانتیک تا انگلستان توسط رئیس‌جمهور روزولت مخابره شد و این نقطه آغاز ارتباطات بی‌سیم و تولد آن به‌شمار می‌رود، بطوریکه امروزه ارتباطات بی‌سیم به گونه‌ای در ابعاد زندگی ما نفوذ کرده‌است. میکروفن‌های بی‌سیم نیز از این موضوع مستثنی نیستند و هم‌اکنون بیش از 200 نوع مختلف از این میکروفن‌ها توسط سازندگان در سرتاسر دنیا تولید و عرضه می‌شوند.

یک سیستم میکروفن بی‌سیم، معمولاً متشکل از سه بخش اصلی شامل: میکروفون، فرستنده و گیرنده است. اما آنچه که قابلیت حذف سیم را نسبت به سیستم‌های میکروفن معمولی به این تجهیزات می‌بخشد، قطعاً اجزاء فرستنده و گیرنده آن می‌باشند. بخش فرستنده این تجهیزات معمولاً در قالب یک مجموعه و به همراه بخش میکروفن و فاقد سیم، ادغام و عرضه می‌شوند.

در سیستم‌های جدید میکروفن بدون سیم، دو آنتن مختلف، یکی بر روی بخش فرستنده و دیگری بر روی قسمت گیرنده وجود دارد. هنگامیکه فاصله فرستنده از آنتن گیرنده بیش از حد مجاز افزایش می‌یابد، در این حالت صدا و سیگنال‌های رادیویی دچار تحریف و نویز می‌شوند. به علاوه استفاده از امواج بالای فرکانسی باند (UHF) که دارای طول موج کوتاه تری نسبت به (VHF) می‌باشند، باعث کاهش بازتابش سیگنال‌ها در محیط مورد استفاده می‌شود.

تاریخچه اختراع میکروفن

قبل از این‌‌که با انواع و اقسام میکروفن‌‌ها آشنا بشیم، بهتره اول ببینیم اصلا این میکروفن از کجا اومده، چطور کار می‌‌کنه و ساختارش چیه. وقتی در سال 1876 امیلی برلینر و توماس ادیسون در آمریکا و دیوید ادوارد هیوز در انگلیس، اولین میکروفن را به عنوان فرستنده‌‌ی صدای تلفن استفاده کردند، توی خواب هم نمی‌‌دیدند که حدود 150 سال بعد مخترعان بعدی تا این حد توی ساخت و اختراع انواع میکروفن پیشرفت کنند و بتوانند به این سرعت انواع میکروفن‌‌های قوی، جدید و پرکاربردی رو بسازند، تا جایی که حتی توی دم‌‌دستی‌‌ترین اسباب بازی‌‌ بچه‌‌‌‌ها هم به عنوان میکروفن ارزان سرگرمی ازش استفاده بشه.هرگونه برداشت از داده‌های وبسایت چیستا تنها با ذکر نام چیستاالکترونیک و لینک مطلب به عنوان منبع مجاز است.

میکروفون چگونه کار می‌کند؟

در واقع کار اصلی میکروفن این هست که امواج صدا را به وسیله‌‌ی جریان برق یا حسگر به امواج الکتریکی تبدیل کند. امواج الکتریکی تولید شده توسط میکروفن بعد از تقویت شدن ( با آمپلی فایر یا ضبط یا اسپیکر ) می‌‌توانند از یک بلندگو شنیده شوند یا به وسیله‌‌ی یک کارت صدا کامپیوتر به عنوان یک ورودی استفاده شوند، یا حتی به صورت یک فایل صوتی ذخیره شوند.

میکروفن‌‌ ها صدا را از طریق دیافراگمی که داخل آن‌‌ها قرار دارد، دریافت می‌‌کنند. دیافراگم یک لایه‌‌ی خیلی نازک است که وقتی صدا با آن برخورد می‌‌کند شروع به لرزیدن می‌‌کند. دیافراگم‌‌ها معمولا سه سایز دارند : کوچک، متوسط و بزرگ. در واقع اندازه‌‌ی دیافراگم تعیین می‌‌کند که حساسیت دینامیک، کشش صدا، نویز داخل آن و... چقدر باشد.

الگوی قطبی

• چند قطبی : الگوی قطبی شکل میدان حساسیت یک میکروفن است یعنی همان محدوده‌‌ای که میکروفن صداهای مختلف را از جهت‌‌های مختلف دریافت می‌‌کند. بعضی از میکروفن‌‌ها چند قطبی (امنی دایرکشنال) هستند، یعنی از هر جهتی که صدا تولید شود، آن را دریافت می‌‌کند.

• دو سویه : بعضی از میکروفن‌‌ها دو سویه هستند (فیگور ایت Figure 8) که شکل الگوی قطبی آ‌‌ن‌‌ها شبیه به عدد 8 انگلیسی هست. این الگوی قطبی باعث می‌‌شود که میکروفن فقط صداهایی را که از سمت شرق و غرب تولید می‌‌شوند، دریافت کنند و به صدا‌‌هایی که از شمال یا جنوب به میکروفن می‌‌رسد واکنشی نشان نمی‌‌دهند.

• کاردیو : یک سری دیگر از میکروفن‌‌ها هستند که صداهایی که از پشت و کناره‌‌های میکروفن تولید می‌شوند را دریافت نمی‌‌کنند بلکه فقط صداهایی را که از طرف جلو میکروفن تولید می‌‌شوند، دریافت می‌‌کنند. اصطلاح رایج این نوع از میکروفن‌‌ها کاردیو هست.

• چندگانه : بعضی از میکروفن‌‌ها هم هستند که الگوی قطبی آن‌‌ها چندگانه است و به وسیله‌‌ی سوییچ یا کپسول‌‌های قابل تعویض به راحتی می‌‌شود الگوی قطبی آن را متناسب با نوع نیاز استفاده کننده تنظیم کرد.

مشخصات و ویژگی های میکروفون ها

• حساسیت: این ویژگی نشان می دهد که برای یک ورودی فشار صوتی معین (SPL) چه مقدار خروجی الکتریکی تولید می کند. حساسیت میکروفون صورت mV/Pa یا میلی ولت بر پاسکال نشان داده می شود؛ مثلا: 30 mV/Pa یعنی 30 میلی ولت بر پاسکال.

• حداکثر SPL: SPL به معنای میزان فشار صدا است که بر حسب دسی بل (dB) بیان و معمولاً با اعوجاج 0.5٪ نشان داده می شود. این عدد بیانگر حداکثر فشار صوتی است که میکروفون می تواند بدون آسیب و اعوجاج تحمل کند. وقتی از سازهای بلندی مثل طبل استفاده می شود، مهم است که SPL میکروفون در حد مناسبی باشد. متوسط میزان SPL حدود 100 دسی بل و SPL بالا 130 دسی بل است. میکروفون های داینامیک می توانند SPL بالا را تحمل کنند اما میکروفون های ریبون حساستر و ظریفترند.

• پاسخ فرکانسی: پاسخ فرکانسی یعنی محدوده فرکانسی که میکروفون می تواند بدون تضعیف صدا آن را بازتولید کند. این محدوده معمولا بین معمولاً 50 هرتز تا 15 کیلوهرتز است و بسته به جهت منبع میکروفون تغییر می کند؛ یعنی اگر منبع صدا در جلو، پشت، نزدیک دور از میکروفون باشد پاسخ فرکانسی کم و زیاد می شود.

• جهت: این خصوصیت مربوط به پاسخ قطبی میکروفون می شود. میکروفون ها بسته به موقعیت منبع نسبت به میکروفون، واکنش های متفاوتی در میزان حساسیت نشان می دهند. اگر نمودار قطبی رسم کنیم، متوجه می شویم که جهت گیری در میکروفون های مختلف متفاوت است. در برخی میکروفون ها، قسمت جلویی میکروفون حساسیت بیشتری دارد و در مدل های دیگر ممکن است این حساسیت در قسمت عقبی یا دو طرف بیشتر باشد. دیافراگمی که شبیه قلب است پاسخ قلبی نامیده می شود.

• امپدانس: امپدانس میکروفون در واقع مقاومت الکتریکی موجود بین دو سر کپسول میکروفون را نشان می دهد. این مقاومت معمولا خیلی کم و از 50 تا 200Ω است. امپدانس میکروفون های داینامیک ممکن است کمی بالاتر و در محدوده 600Ω باشد. امپدانس ورودی سیستم تقویت کننده باید از میکروفون بیشتر باشد تا از افت سیگنال صدا جلوگیری شود.