Звуковая волна колеблет тонкую мембрану микрофона, а преобразователь создаёт соответствующий электрический сигнал. Это и есть главная работа микрофона: принять изменения в воздухе и передать их дальше уже в виде изменений электрического сигнала.
Микрофон при этом не обязан сам сохранять запись. Он создаёт сигнал на выходе; запись, передача или дальнейшая обработка относятся к устройству, которое этот сигнал получает. Чтобы понять, откуда сигнал берётся, проследим путь звука до мембраны, а затем сравним два способа преобразования её движения.
Сначала движется воздух
Когда человек произносит слово, в воздухе распространяются колебания. Они достигают микрофона и воздействуют на его чувствительную тонкую часть — мембрану. Мембрана начинает двигаться в ответ на эти изменения. Без этого первого звена микрофону нечего было бы преобразовывать: неподвижная мембрана не передала бы движение дальше.
Полезная бытовая аналогия — тонкая перегородка, которая откликается на колебания воздуха. Она помогает представить, почему лёгкая подвижная часть может реагировать на звук. Но сама по себе перегородка не создаёт электрический сигнал. Для этого в микрофоне нужен преобразователь: устройство, связывающее движение мембраны с электрическими изменениями.
Слово «соответствующий» здесь важно. Если воздушные колебания меняются, движение мембраны тоже меняется, а вслед за ним меняется выходной сигнал. Микрофон не превращает произнесённое слово сразу в написанные буквы и не определяет его смысл. Он работает со звуковыми колебаниями.
Проследим короткий маршрут для фразы «Доброе утро». Голос создаёт меняющиеся колебания воздуха. Они доходят до мембраны, и её движение меняется по ходу фразы. Преобразователь создаёт меняющийся электрический сигнал. Что сделать с этим сигналом дальше — отдельный вопрос для другого устройства.
Динамический принцип: мембрана, катушка и магнит
В динамическом микрофоне к мембране прикреплена катушка. Звуковая волна двигает мембрану; катушка движется вместе с ней в магнитном поле. Это движение создаёт электрический сигнал, соответствующий принятому звуку. Такой путь описан в объяснении Shure о динамических и конденсаторных микрофонах.
Здесь можно различить две передачи движения. Сначала воздух приводит в движение мембрану. Затем мембрана двигает прикреплённую катушку. Электрический сигнал появляется благодаря движению катушки в магнитном поле, а не потому, что воздух сам стал электричеством.
Если голос становится другим, меняются колебания, дошедшие до мембраны. Катушка движется вслед за ней иначе, и электрический сигнал тоже меняется. Для понимания принципа не нужно представлять каждую букву отдельным толчком катушки: речь — это непрерывно меняющийся звук, а микрофон откликается на его изменения.
Магнит и катушка в этом объяснении имеют разные роли. Магнит создаёт поле, в котором происходит движение. Катушка связана с мембраной и движется. Если убрать из мысленной картины мембрану, будет непонятно, как звук передаёт движение катушке. Если убрать магнитное поле, будет потерян способ получения электрического сигнала в таком варианте.
Конденсаторный принцип: меняется расстояние
В конденсаторном микрофоне подвижная мембрана находится перед неподвижной пластиной. Когда звук двигает мембрану, расстояние между ними меняется. Это изменение участвует в образовании электрического сигнала. Пособие Shure по микрофонной технике описывает мембрану и пластину как части чувствительного к звуку элемента.
Здесь не нужно искать движущуюся катушку из предыдущего раздела. Оба принципа начинают со звуковой волны и движения мембраны, но дальше используют разные физические изменения. В динамическом варианте важна катушка, движущаяся в магнитном поле. В конденсаторном — изменение расстояния между мембраной и пластиной.
Вернёмся к произнесённой фразе. Воздушные колебания по-прежнему заставляют мембрану двигаться. Но теперь каждое её движение меняет положение относительно неподвижной пластины. Работа чувствительного элемента и связанных с ним частей позволяет получить меняющийся электрический сигнал на выходе. Общая задача микрофона не изменилась: преобразовать звук в сигнал.
Такое сравнение помогает не путать название типа с результатом. «Динамический» и «конденсаторный» здесь обозначают принципы преобразования. Оба дают электрический выходной сигнал, с которым дальше может работать другое устройство.
Зачем конденсаторному микрофону питание
Для работы конденсаторного элемента и связанных с ним электронных частей предусмотрено питание. Оно может быть организовано по-разному: существуют варианты с постоянным зарядом элемента и варианты, которым для него нужен внешний источник. Поэтому нельзя говорить, что каждому конденсаторному микрофону обязательно нужно одно и то же напряжение или один способ подачи питания. Это различие отмечено в материале Shure о типах микрофонов.
Питание микрофона и сохранение записи — разные задачи. Питание помогает работать его чувствительному элементу и электронике. Но оно не превращает микрофон в хранилище звука. Если к нему подключено устройство записи, именно оно получает сигнал и может его сохранить.
Можно проверить это различие вопросом: что выходит из микрофона во время речи? Не бумажная запись слова и не готовый текст, а электрический сигнал. Что останется после окончания речи, зависит уже от того, было ли внешнее устройство, способное принять и записать этот сигнал. Из принципа работы самого микрофона сохранение не следует.
Карта движения и сигнала
| Часть или явление | Роль |
|---|---|
| Звуковая волна в воздухе | Доносит колебания от источника звука до микрофона. |
| Мембрана | Движется под действием звуковой волны. |
| Преобразователь | Связывает движение мембраны с появлением электрического сигнала. |
| Катушка и магнитное поле в динамическом варианте | Позволяют получить сигнал при движении катушки с мембраной. |
| Мембрана и пластина в конденсаторном варианте | Образуют элемент, в котором меняется расстояние между частями. |
| Выход сигнала | Передаёт результат работы микрофона другому устройству. |
По таблице видно, что у обоих вариантов есть общая часть пути: звук в воздухе достигает мембраны и заставляет её двигаться. Затем путь разделяется. Нельзя поставить катушку динамического микрофона и пластину конденсаторного в одну обязательную цепочку: это части разных способов преобразования.
Энергия тоже проходит через разные формы. Звуковая волна приносит движение к мембране. Дальше устройство создаёт электрический сигнал. Такое описание полезнее, чем фраза «микрофон ловит голос»: она сообщает о результате, но не показывает, что именно меняется внутри.
Три вопроса для проверки
Какая часть первой откликается на дошедший до микрофона звук? Мембрана. Воздушная волна приводит её в движение, а преобразователь использует это движение для получения сигнала.
Что движется вместе с мембраной в динамическом варианте? Прикреплённая к ней катушка. Она движется в магнитном поле, и возникает электрический сигнал.
Почему выходной сигнал ещё не равен сохранённой записи? Микрофон создаёт и передаёт сигнал. Чтобы сохранить его, нужно другое устройство, выполняющее запись.
Если нужно оформить такое объяснение как учебный результат, пригодится материал о том, как собрать школьный проект на телефоне или компьютере. В проекте можно отдельно показать общий путь «звук — мембрана — сигнал» и две разные ветки преобразования. Ссылка помогает с оформлением результата, а не служит источником сведений об устройстве микрофона.