Угольный микрофон

Устройство и принцип действия угольного микрофона

У́гольный микрофо́н — один из первых типов микрофонов.

Угольный микрофон содержит угольный порошок, размещённый между двумя металлическими пластинами и заключённый в герметичную капсулу. Стенки капсулы или одна из металлических пластин соединяется с мембраной. При воздействии звуковой волны на мембрану та периодически изгибается и сжимает частицы угольного порошка. При изменении давления на угольный порошок изменяется площадь контакта между отдельными зёрнышками угля, в результате изменяется сопротивление между металлическими пластинами. Если пропускать между пластинами постоянный ток, напряжение между пластинами будет зависеть от давления на мембрану. От всех других типов микрофонов отличается тем, что является не преобразователем, а усилительным элементом, так как энергия полезного электрического сигнала создаётся внешним источником постоянного напряжения, а акустические колебания лишь управляют потоком этой энергии, изменяя сопротивление цепи.

История

Микрофон Юза

В 1856 году француз Дю Монсель (Du Moncel) опубликовал результаты своих исследований, из которых следовало, что графитовые электроды обладают способностью отвечать значительным изменением электрического сопротивления при небольшом изменении площади соприкосновения проводников. Данное свойство стало основой для различных вариантов конструкций микрофонов.

Первый угольный микрофон построил американский изобретатель Эмиль Берлинер 4 марта 1877 года. Однако, развитие получил микрофон американского изобретателя Дэвида Юза (англ. David Hughes) в мае 1878 года. Микрофон Юза содержал угольный стержень с заострёнными концами, упиравшийся в две угольные же чашечки, и соединённый с подвижной мембраной. Площадь контакта угольного стержня с чашечками сильно менялась при колебаниях мембраны, соответственно менялось и сопротивление угольного микрофона, а с ним и ток в цепи. Микрофон Юза совершенствовался многими изобретателями. Весьма значительно усовершенствовал этот тип микрофонов Эдисон (в частности, он предложил использовать угольный порошок вместо угольного стержня, то есть изобрёл новый вид угольного микрофона с угольным порошком). Автор наиболее популярной конструкции угольного микрофона — Энтони Уайт (1890).

Применение

Угольный микрофон из телефонного аппарата

Угольный микрофон практически не требует дополнительного усиления сигнала (поскольку сам является неплохим параметрическим усилителем), сигнал с его выхода можно подавать непосредственно на высокоомный наушник или громкоговоритель. Из-за этого свойства угольные микрофоны использовались до недавнего времени в телефонных аппаратах, их использование освобождало телефонный аппарат от дорогостоящих и дефицитных в то время полупроводниковых деталей либо громоздких, хрупких и энергоёмких усилителей на радиолампах. Классический телефонный аппарат с дисковым номеронабирателем обычно содержал угольный микрофон (однако в аппаратах более поздних лет выпуска часто применяются динамические или электретные микрофоны, часто объединенные в единую конструкцию с усилителем, взаимозаменяемую с угольным микрофоном).

Однако угольный микрофон отличается плохой амплитудно-частотной характеристикой и узкой полосой пропускания (он нечувствителен к слишком низким и слишком высоким частотам), высоким уровнем шумов и искажений. Кроме того, в отличие от наиболее распространённого динамического микрофона, угольный требует питания постоянным током. На рубеже 80-х-90-х годов XX века появились дешёвые и доступные полупроводниковые усилители, которые позволяют использовать электретные микрофоны в традиционных телефонах, соединёнными с телефонными линиями. Поэтому в современных устройствах угольные микрофоны практически не применяются.

Тем не менее угольные микрофоны обеспечивали стандартную для того времени полосу пропускания по телефонным линиям от 300—500 Гц до 3,5 кГц, что было вполне достаточно для различения устной речи.

В соответствии с ГОСТ 7153-85, разработка ТА с угольным микрофоном с 01.01.1987 не допускается. Примечание: данный ГОСТ на ТА общего применения, не распространяется на аппаратуру специального назначения.

Особенности

• Нечувствительность к электромагнитному импульсу, поэтому пригоден для спецприменений.
• Нечувствительность к электрическим наводкам. Другие типы микрофонов выдают слабый сигнал, в любом случае требующий значительного электрического усиления, при этом усиливаются и помехи.
• Относительно высокие нелинейные искажения.
• Малый срок службы, невысокая надёжность из-за отсыревания, слёживания и истирания угольных зёрен.