میکروفن
مقدمه
میکروفون ها تراگذارهایی هستند که انرژی آکوستیکی را به انرژی الکتریکی مبدّل می‌سازند. این تراگذارها اگر در هوا کار کنند میکروفون و اگر در آب کار کنند هیدروفون نامیده می‌شوند. میکروفونها برای دو مقصود عمده بکار می‌روند. نخست ، برای تبدیل گفتار یا موسیقی به سیگنالهای الکتریکی که بوسیله انتقال یا بوسیله عمل دیگری گفتار یا موسیقی را دوباره تولید می‌کند. دوم ، میکروفونها را به عنوان دستگاه اندازه گیری بکار می‌برند؛ بدین سان که انرژی سیگنالهای آکوستیکی را بوسیله آنها به جریان الکتریسیته تبدیل می‌کنند و این جریان ر ا به دستگاههای اندازه گیری دیگری وارد می‌سازند.
پدیده‌های تبدیل انرژی آکوستیکی به انرژی الکتریکی
پدیده‌های فیزیک گوناگونی برای تبدیل انرژی آکوستیکی به انرژی الکتریکی مورد استفاده قرار می‌گیرند. این پدیده‌ها شامل القای الکترومانتیتیک ، اثر پیزوالکتریک ، مغناطوتنگش ، تغییرات ظرفیت خازن و تغییرات مقاومت گرد زغال ، متراکم می‌شود. قبل از آنکه استعمال تقویت کننده‌هایی که با چراغهای تقویت کننده کار می‌کنند بسط و توسعه یابد،حساس نبودن طبیعی تمام پدیده‌های نامبرده ، به ویژه پدیده آخرین ، سبب گردیده بود که آنها را در موارد عملی کمتر استعمال کنند و از این رو پیوسته میکروفون کربن دار بکار می برند.
ولی اکنون با ولتاژ و توان قابل ملاحظه‌ای که به کمک دستگاههای تقویت کننده یا لامپهای خلاء بدست می‌آوریم، می‌توانیم میکروفونهایی را بکار بریم که حساسیتشان بارها کمتر است؛ مانند میکروفونهای الکترودینامیک ، میکروفونهای بلوری ، میکروفونهای خازنی ، ولی در عوض برتری اینگونه میکروفونها بر سایرین این است که پاسخ آنها خیلی یکنواخت‌تر است و نوفه که از ویژگیهای این قبیل دستگاههاست در آنها وجود ندارد. تمام میکروفونها را برای این بکار می‌برند که تغییرات متناوب فشار آکوستیکی درون محیط را تبدیل کنند به تغییرات مشابهی از ولت یا جریان در داخل مدار الکتریکی که متصل به آن است.
اگر پاسخ الکتریکی میکروفون ، مربوط به تغییرات گرادیان فشار نامیده می‌شوند. همچنین می‌توان میکروفونها را به دو دسته صوتی - توانی و صوت - کنترلی تقسیم کرد. در میکروفونهای صوت - توانی انرژی صوتی موج تابش موجب پیدایش انرژی الکتریکی در مدار میکروفون می‌گردد. در میکروفونهای صوت - کنترلی موجهای آکوستیکی فقط جریان الکتریسیته‌ای که از باتری یا منبع توان دیگری به میکروفون می‌رسد کنترل می‌کند.
میکروفونهای زغالی
میکروفونهای زغالی معمولاً در دستگاههای تلفن و رادیو برای مقاصد ارتباطی بکار می‌روند. در این موارد ، باز داده الکتریکی نسبتاً زیاد ، کمی قیمت و دوام آنها بیش از هماندهی پاسخ دستگاه دارای اهمیت است. عمل این میکروفونها تابع عمل تغییر مقاومت محفظه کوچکی است که از گرد زغال پر شده است و این محفظه با دکمه زغالی می‌نامند. در وسط دیافراگم زایده‌ای نصب گردیده که از طرف دیگر بر دکمه زغالی متکی است.
وقتی دیافراگم جابجا شود زایده متصل به آن ، فشار وارد به محفظه را که شامل گرد زغالی است تغییر میدهد و در نتیجه مقاومت الکتریکی از ذره‌ای به ذره‌ای دیگر نیز تغییر می‌کند، بطوری که مقاومت کلی دکمه زغالی ، که در حدود 100 اهم است، به پیروی از تغییر فشار آکوستیکی که بر دیافراگم وارد می‌شود تقریباً بطور خطی تغییر می‌کند.
میکروفون خازنی
میکروفون خازنی دستگاهی است که عمل آن تابع تغییرات ظرفیت الکتریکی بین یک صفحه ثابت و یک دیافراگم است که خیلی محکم از اطراف کشیده شده باشد. تکمیل این میکروفون در سال 1917 بوسیله ونت را می‌توان اساس و پایه مهمی در تاریخ الکتروآکوستیک جدید شناخت و سالهای درازی این نوع میکروفون به عنوان یک دستگاه صوتی که دارای خصوصیتهای برجسته باشد پذیرفته همگان بوده است. با این وجود میکروفون خازنی نقصهای متعددی دارد؛ از جمله اینکه امپدانس درونی آن بسیار است و بواسطه همین خاصیت لازم می‌شود که در موقع استعمال ، آنرا با یک تقویت کننده مقدماتی به طریقی بسیار نزدیک همراه سازند و این امر سبب می‌گردد که در داخل امپدانس فوق العاده زیادی که برای تریدون میکروفون با تقویت کننده مقدمتی لازم است تولید نوفه گردد.
برای این میکروفون یک ولتاژ پلاریزه کننده که بتواند در فاصله 200 تا 400 ولت تغییر کند لازم است و این ولتاژ را یا باید از باتری گرفت و یا بوسیله یک دستگاه مستقیم کننده بازاده‌شان بوسیله صافی خیلی خوب تصفیه شده باشد تأمین کرد. در نتیجه این نقصها بجای استعمال میکروفون خازنی میکروفونهای بلوردار یا میکروفونهای الکترودینامیک را در بسیاری از دستگاههای صوتی بکار می‌برند، ولی کاربرد زیاد آن به عنوان دستگاه استانده اولیه جهت تنظیم اسبابها در پژوهشهای آکوستیکی بواسطه دقت زیادی است که این میکروفون در موقع ضبط صوت دارد و از این رو هنوز برای تأیید تجزیه و تحلیلهای تجربی مورد استفاده قرار می‌گیرد.
از آنجا که امپدانس درونی میکروفون از نوع ظرفیت است، اثر اولیه عمده ظرفیت کابل این است که بدون حذف بعضی از فرکانسها در آنها تنکش وارد سازد.میکروفونهای خازنی معمولی عموماً برای تنظیم دستگاههای دیگر بکار می‌روند. برای این مقاصد الزام گذاشتن تقویت کننده مقدماتی در محفظه میکروفون عیبی ندارد، مگر اینکه چون اندازه فیزیکی میکروفون را زیاد می‌کند ممکن است پدیده پراش ایجاد شود و اندازه گیری موجهای صوتی را مخدوش سازد.
یکی از برتریهای میکروفون خازنی در موقعی که برای استانده کردن سایر کمیتها بکار می‌رود این است که مانند میکروفونهای الکترودینامیکی احتیاجی به ترانسفورماتور ترونده ندارد. بدین طریق از تغییراتی در نسبت ولتاژ ترانسفورماتور که سبب تغییر فرکانس و یا سبب تغییر بار می‌شود اجتناب می‌گردد و بعلاوه پاسخ مدار باز میکروفون خارنی نسبت به تغییرات کمیتهای فیزیکی از قبیل مقاومت و مغناطیس شدن مستقل است. در اثر این خاصیت امکان دارد میکروفونهایی ساخت که از لحاظ فیزیکی کاملاً مشابه باهم باشند و به علاوه تنظیم آنها ثابت بماند و با گذشتن زمان تغییر نکند و از آن راه بتوان دستگاهی را به کمک آن را بطور دقیقی تنظیم کرد و برای سایر کارها به کار برد.
میکروفونهای پیزوالکتریک
در میکروفونهای پیزوالکتریک بلورها یا دی الکتریک هایی بکار می‌برند که خاصیت این را دارند که وقتی تغییر شکلی در اثر فشار موجهای صوتی در آن پیدا شود، بطور الکتریکی پلاریزه شده و ولتاژی که تابع خطی تغییر شکل مکانیکی وارد است، ایجاد می‌کنند. اثر مستقیم خاصیت پیزوالکتریسیته در سال 1880 میلادی بوسیله برادران کوری کشف گردید.
اگر امتداد برش بلور چنان باشد که تراکم وارد در امتدادی که سبب گردد که سطح فوقانی نسبت به سطح تحتانی از لحاظ الکتریکی مثبت بشود، وقتی تراکم در همین امتداد به کشش تبدیل شود علامت بارهای الکتریکی روی دو سطح همچنین جهت ولتاژ روی آنها نیز تغییر علامت می‌دهند. در اثر عمل معکوس اگر بواسطه وارد کردن پتانسیل الکتریکی آن را پلاریزه کنیم، یعنی روی یکی از سطوح بار مثبت و بر روی دیگری بار منفی قرار گیرد، بلور تحت فشار واقع می‌شود.
وقتی موضوع بحث درباره میکروفونهای بلوری یا سرامیکی باشد انسان فقط علاقمند به اثر مستقیم خاصیت پیزوالکتریسته می‌شود. با این همه ، از آنجا که خاصیت پیزوالکتریسیته پدیده برگشت پذیر است، تمام انواع میکروفونهای پیزوالکتریک را می‌توان با وارد ساختن اختلاف پتانسیل متناوب به طرفین آنها به یک منبع صوتی ضعیف تبدیل کرد. نمک راشل قویترین خاصیت پیزوالکتریسیته را در میان تمام موادی که دارای این خاصیت هستند داراست و از این رو غالباً استعمال آن را در طرحهای مربوط به میکروفونهای بلوری وارد می‌سازند. متأسفانه بریده‌های این نمک در اثر رطوبت خراب می‌شود و در دمای بیش از F 115˚ ضایع و غیر قابل استفاده می‌گردند.
برش X از این نمک که به زاویه ˚45 باشد بواسطه ضریب زیادی که در خاصیت تروش الکترومانیتیک داراد غالباً مورد استعمال دارد، ولی عیبش این است که خاصیت دی الکتریک آن بسیار متغیر است و این موضوع بر حساسیت یا بازداده ولتاژ بلور تأثیر می‌گذارد. برشهای بلوری که از بلور دی ایدروفسفات و آمونیوم مصنوعی بریده شده باشند و به اسم بلور ADP نامیده می‌شوند. عموماً در ساختمان میکروفونهایی بکار می‌روند که باید در دمای زیادی استعمال گردند، زیرا اگر چه حساسیت آنها از نمک راشل کمتر است، ولی می‌توانند بدون خراب شدن در دمای بیش از F 200˚ بکار می‌روند. بعلاوه خاصیت پیزوالکتریسیته و دی الکتریک آنها هم در اثر تغییر دما خیلی کم تغییر می‌کند.