Что такое электретный микрофон

Принцип действия гомоэлектретного микрофона

Тонкая плёнка из гомоэлектрета помещается в зазор конденсаторного микрофона либо наносится на одну из обкладок. Это приводит к появлению некоторого постоянного заряда конденсатора. При изменении ёмкости, вследствие смещения мембраны, на конденсаторе появляется изменение напряжения, соответствующее акустическому сигналу.

В самой конструкции современного микрофона предусмотрен предусилитель, поэтому необходимо соблюдать полярность подключения и обеспечить питанием транзистор предусилителя. Это достигается подачей на микрофон фантомного питания. Например, некоторые звуковые карты предусматривают фантомное питание во входах для микрофонов. Некоторые модели электретных микрофонов снабжаются собственным автономным источником питания (аккумуляторы или батарейки).

Схема микрофонного усилителя на микросхеме

Существует много конструкций микрофонного усилителя на микросхеме. Чаще всего в устройствах применяются операционные усилители, но имеются интегральные компоненты представляющие собой готовый микрофонный канал. Примером такой конструкции является специализированная малошумящая микросхема усилитель микрофонаMAX9814.Она имеет следующие параметры:

• Программируемый коэффициент усиления – 40, 50 и 60 дБ
• Гармонические искажения – 0,04%
• Встроенный источник питания для электретного микро – 2 В
• Температурный диапазон — +80- –400С
• Имеется автоматическая регулировка усиления

Для самостоятельного повторения подойдут схемы на интегральных операционниках.

Схема собрана на отечественном ОУ 157УД2. Это микросхема с очень маленьким уровнем собственных шумов не критичная к напряжению питания.

Высококачественный канал предназначен для работы с электретными микрофона всех типов. В нём используется ОУ BA4558 или JRS4558. Конденсаторы С1 и С4 по 0,22 мкФ. Схема отличается высокой чувствительностью. Не требует регулировки и начинает работать сразу после подачи напряжения питания. В следующем устройстве используется микросхема для микрофона К538УН3Б.

Она очень простая, так как в ней отсутствуют резисторы и для её сборки потребуется только микросхема и четыре конденсатора. Напряжение питания можно снизить до 3 вольт без больших потерь усиления. При повторении конструкций нужно выполнять подключение усилителя микрофона экранированным проводом и экран соединить с корпусом устройства.

Штекеры микрофонов

Jack (джек) – распространенный разъем для передачи аналогового сигнала аудио – используется в трех модификациях:

TRS 3.5 мм

Используется в мультимедийных микрофонах нижнего ценового сегмента. Совместим с ноутбуками, где предусмотрено раздельное подключение.

TRRS 3.5 мм

Джек содержит на один контакт больше, чем TRS и используется в гарнитурах мобильных телефонов и игровых наушниках. Без доработки подключаются к комбинированным разъемам (рис. 2). В случаях, когда в ноутбуке разъем TRRS, а на кабеле микрофона – TRS и наоборот, проблема совместимости решается приобретением переходника (рис. 6 и 7). Производители игровых гарнитур среднего и верхнего ценового сегментов снабжают свою продукцию кабелями обоих стандартов. Например, Razer Kraken Pro комплектуются джеком TRRS и сплиттером на два TRS.

TS 6.3 мм

Джеком такого диаметра оснащаются микрофоны для караоке. Для подключения к компьютерному разъему 3,5 мм необходимо докупить переходник на 3,5 мм.

USB-микрофоны – это цифровые устройства с интегрированным ЦАП

Их подключение не вызывает затруднений. Windows и MacOS самостоятельно подбирают для них драйверы и распознают без перезагрузки. USB-устройства предназначены преимущественно для аудио-конференций, записи подкастов, работы в дороге. Однако встречаются и полупрофессиональные модели для записи. Например, SAMSON G-TRACK PRO – универсальный конденсаторный микрофон для записи голоса и инструментов. Помимо ЦАП 24 бит/96 кГц в него встроен предварительный усилитель с питанием по шине USB. Он снабжен инструментальным входом с регулировкой чувствительности и переключателем диаграммы направленности.

Разъем XLR, или Cannon используется в технике сценического или студийного класса. Оборудование может использоваться и совместно с ноутбуком при наличии соответствующего кабеля. Единственное условие: микрофон должен быть динамическим. Конденсаторные модели с XLR требуют фантомного питания +48 В, которое можно взять от микшерского пульта или от аудиоинтерфейса с микрофонным предусилителем.

Изготовления платы ЛУТом.

Говоря, что лучше всего платы получаются при печати на страницах плейбоя. Раньше я так и делал, но в последнее время перешел на глянцевую с одной стороны бумагу. Жалко переводить интересные статьи на непонятно что….

В целом технология ЛУТ итак всем известна, и в ролике она показана, поэтому остановлюсь только на двух моментах.

• Прожарку утюгом я делаю в течении минуты, а после закидываю плату в ближайшую книжку и встаю на книжку всем весом на 1-2 минуты.
• Широкие места и дефекты переноса или печати я всегда промазывал перманентным маркером. В этот раз вместо перманентного маркера я воспользовался акриловым. При этом я ждал высыхания минут 10-15. Тем не менее он отлично справился и под ним ничего не травилось.

Варианты выбора микрофонов

Если вам нужен недорогой микрофон для общения по Skype, выбирайте среди моделей с областью применения «общение по сети».

Если вас не устраивает качество звука с микрофона, встроенного в камеру, воспользуйтесь специализированным накамерным микрофоном для видеосъемки.

Если вам нужен ручной микрофон для выступлений на эстраде, выбирайте среди вокальных динамических микрофонов с кардиоидной направленностью или суперкардиоидной направленностью.

Для записи музыкальных инструментов в любом частотном диапазоне от бас-гитар до тарелок выбирайте среди конденсаторных микрофонов с минимальной частотой 40 Гц и ниже.

Для качественной записи звука на конференции вам потребуется всенаправленный настольный микрофон с высокой чувствительностью.

Для «прицельной» записи звука с источника на приличном расстоянии нужен микрофон с высокой чувствительностью и суперкардиоидной направленностью.

История

Первые научные сведения об электретном состоянии есть в работах английского учёного С. Грея (1732 г.), М. Фарадея (1839 г.). Термин «электрет» впервые ввёл О. Хевисайд (1892 г.), а изучать это явление начал японский физик Ёгути в 1919 г. . Первое время микрофоны электретного типа были сравнительно дороги, а их очень высокое выходное сопротивление (в единицы мегаом и выше) заставляло применять для реализации исключительно ламповые схемы. Данное положение вещей сохранялось вплоть до изобретения в Лабораториях Белла в 1961 Джеймсом Вестом и Герхардом Сесслером покрытия из металлизированной тефлоновой фольги.Создание полевых транзисторов привело к появлению чрезвычайно эффективных и компактных электретных микрофонов, совмещённых с собранным в том же корпусе предусилителем на полевом транзисторе, и с 1970-х годов электретные микрофоны стали активно использоваться в бытовой технике и широком спектре приложений.

Как настроить микрофон

После установки нового устройства оно отображается в операционной системе. В Windows 7 оно находится в Пуск / Панель управления / Звук / Запись. Здесь отображаются USB-микрофоны и входы звуковых карт. Если устройство не обнаружено, переустанавливают драйверы, после чего проблема чаще всего решается.

Регулировку уровня громкости микрофона легче всего выполнить в том приложении, для которого он предназначен. Например, в Skype вкладка «Звуковые настройки» находится в разделе меню «Звонки». На этой странице выбирают входное устройство выполняют ручную настройку или назначают автоматическую.

С каким бы приложением Вы не работали, помните, что уровень звука на индикаторе не должен превышать 0 дБ. В противном случае гарантированы щелчки и искажения голоса.

Тематические материалы:

11 лучших наушников для телефона
, 20 лучших беспроводных Bluetooth наушников
,

Как подключить микрофон к ноутбукуНоутбук – это не только вычислительная машина для работы, но и мощная мультимедийная станция. Она воспроизводит, записывает, редактирует и отправлять звуковые файлы или потоки аудио на другие (удаленные) компьютеры. Каждый ноутбук оборудован штатным микрофоном. Частотно-динамические характеристики этого устройства обладают достаточным диапазоном для передачи голоса в программах типа Skype. Однако если нужна детальная звуковая картина с минимумом искажений, придется отказаться от встроенного оборудования. Популярные виды микрофоновПредположим, что внешний микрофон уже есть в наличии и осталось только найти оптимальный способ его подключения. Для этого потребуется выяснить, к какому виду он относится. Чаще всего в продаже встречаются динамические, электретные и конденсаторные микрофоны

Пользователю необязательно разбираться в их устройстве: важно понимать, что первые два типа не требуют питания, а третий – либо содержит батарею в корпусе, либо нуждается в подключении внешнего источника.По конструктивному исполнению они бывают: Не рассматриваю оборудование для спецсвязи и встраиваемые микрофоны

ручными;петличными;настольными;головными.

Особенности подключения

Типичная схема предусилителя на встроенном полевом транзисторе. Внешнее напряжение питания подаётся на U₊; отделённая конденсатором переменная составляющая сигнала снимается с «Output»; резистор устанавливает режим работы транзистора и выходной импеданс.

В отличие от динамических микрофонов, имеющих низкое электрическое сопротивление катушки (~50 Ом ÷ 1 кОм), электретный микрофон имеет чрезвычайно высокий импеданс (имеющий ёмкостный характер, конденсатор ёмкостью порядка десятков пФ), что вынуждает подключать их к усилителям с высоким входным сопротивлением. В конструкцию практически всех электретных микрофонов входит предусилитель («преобразователь сопротивления», «согласователь импеданса») на полевых транзисторах, реже на миниатюрных радиолампах, с входным сопротивлением порядка 1 ГОм и выходным сопротивлением в сотни Ом, находящийся в непосредственной близости от капсюля. Поэтому, несмотря на отсутствие необходимости в поляризующем напряжении, такие микрофоны требуют внешний источник электропитания.

Конденсаторный микрофон – как это работает

Основное различие между динамическими и емкостными микрофонами заключается в технологии – в том, как звуковые волны обрабатываются обоими устройствами.

Конденсаторные микрофоны состоят из подвижных обкладок и металлической сетки мембраны, загружаемой поляризовыванным напряжением, что формирует особый тип конденсатора. Емкость конденсатора изменяется благодаря колебаниям мембраны (под действием звуковых волн) и, таким образом, возникают электрические импульсы, которые передаются к регистратору.

Конденсаторные микрофоны характеризуются высокой чувствительностью, а потому и точностью записи даже самых тихих звуков. Их потенциал используется, в основном, в студиях звукозаписи, где в изолированных условиях вы можете записывать как громкие, так и тихие звуки. Емкостные микрофоны редко используются на сцене. Также стоит помнить, что такие устройства требуют дополнительного фантомного питания.

Принцип действия электретного микрофона

Прибор сделан из деталей, состоящих из жесткой части и мягкой — пленки. Электроны попадают в нее, но не могут свободно пройти. Из-за этого вокруг материала образуется электрический заряд, который сохраняется достаточно долго. Сверху пленка специально покрыта сталью, выступающей в качестве электрода. А рядом расположен железный цилиндр, повернутый плоской стороной к кольцу.

Мембрана передает акустические волны, после чего создается ток. Сила образованного тока слишком мала, а сопротивление для него большое. Это затрудняет передачу аудиосигнала. Чтобы согласовать все параметры устройства и заставить его работать, устанавливается специальный каскад. Он состоит из униполярных транзисторов. Работа микрофона основывается на способности некоторых материалов подстраивать электрический заряд.

Чтобы проверить, возможно ли комбинировать устройства, достаточно сравнить значения, полученные с помощью мультиметра. Если после измерений величина составила 2-3 Вт, то они смогут работать вместе.

Проблема

У большинства дешёвых микрофонов чувствительность по умолчанию недостаточна для того, чтобы вас отчётливо слышали. Приходится кричать, но на постоянной основе так делать нельзя, оранье — занятие утомительное и вредное.

Внимательно изучив вопрос, я пришёл к выводу, что в ситуации виноваты производители, чрезмерно упрощающие конструкцию устройства. Отдав свои кровно заработанные 100-500 рублей, покупатель по сути получает модуль (капсюль) электретного микрофона без какой-либо электронной «обвязки».

Электретный микрофон и стандартный штекер 3,5 мм jack. Такая конструкция не позволяет микрофону быть чувствительным, но записать звук можно

Всякие гибкие ножки, прищепки — это опциональная мишура. Формально такие микрофоны работают, но их чувствительность и качество записи невысоки (слышен шум). Ничто не мешает добавить в схему несколько электронных компонентов, улучшив способность микрофона улавливать тихие звуки.

Типичный представитель электретных микрофонов

Также я не рассматриваю вопрос покупки отдельной звуковой карты. Это уже было в статье «Как настроить микрофон, записать и обработать звук – инструкция для начинающих».

В динамические микрофоны уже встроен усилитель

Схемы усилителей довольно просты, поэтому умеющие пользоваться паяльником люди переделывают микрофоны и наслаждаются жизнью.

Электронщики успешно дорабатывают микрофоны (источник)

Кстати, даже в дешёвых петличках за 100 рублей ставят неплохие электретные модули. Например, у меня есть микрофончик-прищепка Genius десятилетней давности, работает шикарно. После доработки, разумеется.

Кроме низкой чувствительности, на записях можно услышать негромкое шипение. Его можно подавить фильтрами в аудиоредакторе, но когда помехи слишком сильны, очистка от шума исказит полезную часть записи и голос зазвучит глухо, словно из бочки.

Читать также: Можно ли варить нержавейку инвертором

Шум (в 99% случаев это помехи от электромагнитных полей) появляется на нескольких этапах доставки звука:

1. В электретном капсюле микрофона.
2. В микрофонном предусилителе, если он имеется.
3. При передаче сигнала по не экранированному от помех соединительному кабелю.
4. В усилителе звуковой карты.

Наиболее больное место — звуковая карта компьютера. Замена на более качественную и/или вынос за пределы корпуса компьютера может избавить от шума, но не у всех есть деньги на подобный апгрейд.

Чаще всего пользователь остаётся один на один с дешёвым микрофоном, воткнутом в фоняще-шипящую звуковую карту, распаянную на материнской плате компьютера. Можно попытаться сделать звук громче программно.

Однополярное питание усилителя

Важным моментом этих схем является необходимость в некоторых дополнительных манипуляциях, связанных с однополярностью питания.

Напряжение смещения (1/₂ питания) у нас уже создается на входе схемы и два резистора мы уже сэкономили. Но для того, чтобы это постоянное напряжение не пошло на выход там требуется конденсатор. Для этого нужен С₃.

Так же стоит помнить — любой ОУ одинаково хорошо усиливает и переменное и постоянное напряжение. Поэтому необходимо превратить усилитель в усилитель переменного напряжения.

Для этой цели служит конденсатор С₁. Благодаря нему коэффициент усиления по постоянному напряжению становится равным единице. А вот переменное напряжение усиливается в соответствии с заданным резисторами коэффициентом.

Что такое электретный микрофон?

Динамические и конденсаторные модели – это решения, которые заслуживают особого внимания среди микрофонов. В настоящее время они доминируют на рынке, и это неудивительно. Динамические микрофоны достаточны для любительских приложений, в то время как емкостные модели используются как дома и в корпорациях, так и в профессиональных музыкальных студиях. Одной из разновидностей конденсаторных устройств является электретный микрофон.

Мало кто понимает, что электретные микрофоны сопровождают нас на каждом шагу. Эти небольшие аудиоустройства можно найти даже в смартфонах. Диафрагма или фиксированная оболочка микрофона изготовлена из электрета – диэлектрика с постоянной электрической поляризацией.

Электреты — Википедия

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Электре́т

— диэлектрик, длительное время сохраняющий поляризованное состояние после снятия внешнего воздействия, которое привело к поляризации (или заряжению) этого диэлектрика, и создающий в окружающем пространстве квазипостоянное электрическое поле.

Большое количество используемых материалов, методов внешнего воздействия, технологических приемов для создания поляризованного состояния в диэлектриках обуславливают многообразие проявления электретного эффекта в них.

Современные представления об электретном эффекте основаны на двух типах зарядов в диэлектриках — гетеро- и гомозаряде.

Гетерозаряд обусловлен электрической поляризацией в объёме диэлектриков вследствие ориентации диполей, ионной (или электронной) поляризации, а также смещением пространственного заряда. В этом случае отрицательный заряд электрета сосредотачивается у анода, положительный у катода, и возникающее электрическое поле противоположно по направлению полю поляризации.

Гомозаряд обусловлен инжекцией из электродов в диэлектрик носителей зарядов и локализацией их на центрах захвата или рекомбинации электронов и дырок (на энергетических ловушках) различной природы. В этом случае у катода располагается связанный отрицательный, а у анода — связанный положительный заряд, и результирующее образующееся поле имеет то же направление, что и поляризующее. Вышеупомянутые ловушки представляют собой энергетические уровни захвата инжектированных носителей заряда в запрещенной зоне диэлектрика или полупроводника.

Существует несколько способов изготовления электретов. Большинство из них основано на том, что диэлектрик помещают в электрическое поле и подвергают дополнительному физическому воздействию, которое уменьшает время релаксации диполей либо ускоряет процесс миграции заряженных частиц. В зависимости от вида физического воздействия различают термо- (нагрев вещества), электро- (действие электрического поля), фото- (действие света), магнито- (действие магнитного поля), радио- (воздействие ионизирующего излучения) и др. электреты. Электретное состояние может возникать и без приложения к диэлектрику внешнего электрического поля, например, от механической деформации (механоэлектреты), при заряжении диэлектрика в поле коронного разряда (короноэлектреты), при нагревании полимеров в контакте с электродами из разнородных металлов (металлополимерные электреты), при электризации трением (трибоэлектреты), под воздействием плазмы тлеющего разряда. Электретный эффект присущ сегнетоэлектрикам (сегнетоэлектреты), тканям живого организма (биоэлектреты). При фиксировании ориентированных в электрическом поле диполей и смещенных ионов химическим путём, например, вулканизацией, получают хемоэлектреты.

Важнейшей характеристикой электретов, определяемой экспериментально, является эффективная поверхностная плотность зарядов (σэф {\displaystyle \sigma _{\text{эф }}}, Кл/м2), равная разности между гомо- и гетерозарядами. Другим параметром, характеризующим свойства электретов, является время релаксации зарядов Tp{\displaystyle T_{p}} (время уменьшения заряда в e раз). Временем жизни электрета Tж{\displaystyle T_{\text{ж}}} называется промежуток времени, в течение которого материал сохраняет электретные характеристики. У различных полимеров Tж{\displaystyle T_{\text{ж}}} составляет 3 — 10 лет.

Существует несколько традиционных областей применения электретов. Они применяются в качестве элементов:

• Губкин А. Н. Электреты. М.: Наука, 1978. 192 с.
• Электреты / Под ред. Сесслера Г. — М.: Мир. — 1983. — 487 с.
• Лущейкин Г. А. Полимерные электреты. — М.: Химия. — 1984. — 184 с.
• Пинчук Л. С., Гольдаде В. А. Электретные материалы в машиностроении. — Гомель: Инфотрибо. — 1998. — 288 с.

Гороховатский Ю. А. Электретный эффект и его применение. // Соросовский образовательный журнал. — 1997. — № 8. — С. 92-98.

1. Рычков А. А., Бойцов В. Г. Электретный эффект в структурах поли-мер — металл: Монография. — СПб.: Изд-во РГПУ им. А. И. Герцена. — 2000. — 250 с.

Галиханов М. Ф. Короноэлектреты на основе полиэтиленовых композиционных материалов. // Все материалы. Энциклопедический справочник. 2008. № 5(С. 20-29) — 6 (С. 40-45).

Что нужно знать при эксплуатации микрофонов

• Далеко не каждый инструмент можно качественно записать одним микрофоном
• При записи важнейшую роль играет точка размещения микрофона, в том числе, его расстояние до инструмента
• Чем больше линейные размеры инструмента (например, рояль), тем сложнее найти оптимальное расположение микрофона(-ов)
• При записи с расстояния, превышающего 10–20 см, всегда следует использовать микрофоны с большой чувствительностью (обычно – конденсаторные)
• Чем ровнее АЧХ, тем лучше, но! тем холоднее и нейтральнее записанный звук. Не всем по вкусу
• Микрофонов никогда много не бывает, каждый найдёт своё применение в студии

Что выбрать: динамический или конденсаторный микрофон?

Как вы уже поняли нельзя однозначно говорить о том, что какой-то тип микрофона лучше другого, каждый из них хорош для решения определённого круга задач.

К тому же, даже внутри одного типа существуют различные модификации и модели, которые предназначены для решения конкретных задач. Например, есть микрофоны, которые созданы специально для записи человеческого голоса, например, во время интервью. Другие модели идеально справляются с записью музыкальных инструментов.

Всегда помните о том, что инструмент покупается под задачу, а не наоборот. Молоток нужен, чтобы забить гвоздь, а отвёртка, чтобы вкрутить винт или саморез. С виду процесс очень похож, а по сути, совершенно иной, также и с микрофонами.

Ещё один нюанс, о котором нужно помнить – у разных моделей микрофонов может быть разный динамический диапазон и собственная чувствительность к разным звуковым частотам. Некоторые из них предназначены для записи естественного звука с минимальной окраской, другие же специально сделаны так, чтобы записывать голос человека очень красиво и мягко.

Давайте подведём итог.

Динамический тип микрофона будет хорошим выбором если вам нужно записать: живое выступление музыкальной группы, интервью, громкие звуки, вокал или для частой записи общего назначения.

Конденсаторный тип микрофона будет очень полезен если вы записываете: любой звук с необходимостью записи в высочайшем качестве, вокал, звуки природы или необходимо записать тихий звук с хорошей детализацией, либо вам просто нужен домашний микрофон общего пользования.