ميكروفون

الموسوعة الحرة

ميكروفون Shure Brothers ، طراز 55S ، متعدد المقاومة "Small Unidyne" ديناميكي من عام 1951

الميكروفون ، ويُسمى بالعامية " ميك" (mic) [ 1 ] أو " مايك " (mike ) [ a ] ، هو مُحوِّل طاقة يُحوِّل الصوت إلى إشارة كهربائية . تُستخدم الميكروفونات في الاتصالات السلكية واللاسلكية، وتسجيل الصوت، والبث، والإلكترونيات الاستهلاكية ، بما في ذلك الهواتف، وأجهزة السمع، والأجهزة المحمولة.

تُستخدم اليوم أنواع عديدة من الميكروفونات، تعتمد على طرق مختلفة لتحويل تغيرات ضغط الهواء في الموجة الصوتية إلى إشارة كهربائية. من أكثرها شيوعًا الميكروفون الديناميكي ، الذي يستخدم ملفًا سلكيًا معلقًا في مجال مغناطيسي؛ والميكروفون المكثف ، الذي يستخدم غشاءً مهتزًا كلوحة مكثف ؛ والميكروفون التلامسي ، الذي يستخدم بلورة من مادة كهرضغطية . عادةً ما تحتاج الميكروفونات إلى توصيلها بمضخم أولي قبل تسجيل الإشارة أو إعادة إنتاجها .

تاريخ

للتحدث إلى مجموعات أكبر من الناس، برزت الحاجة إلى رفع مستوى صوت الإنسان. وكانت أولى الوسائل المستخدمة لتحقيق ذلك هي مكبرات الصوت. ومن الأمثلة الأولى، التي تعود إلى القرن الخامس قبل الميلاد في اليونان، أقنعة مسرحية ذات فتحات فم على شكل قرون، تعمل على تضخيم صوت الممثلين في المدرجات . [ 4 ] وبين عامي 1664 و1685، كان الفيزيائي الإنجليزي روبرت هوك أول من جرب استخدام وسط غير الهواء، وذلك باختراعه هاتفًا بدائيًا مصنوعًا من سلك مشدود مثبت في كل طرف منه كوب. [ 5 ] ويُعرف هذا الهاتف اليوم باسم هاتف العلبة المعدنية .

في عام 1856، طوّر المخترع الإيطالي أنطونيو ميوتشي ميكروفونًا ديناميكيًا يعتمد على توليد تيار كهربائي بتحريك ملف سلكي إلى أعماق مختلفة في مجال مغناطيسي. وكانت هذه الطريقة في التعديل أيضًا أسلوبًا راسخًا في تكنولوجيا الهاتف. وفي حديثه عن جهازه، كتب ميوتشي في عام 1857: "يتكون من غشاء مهتز ومغناطيس كهربائي ملفوف حوله سلك حلزوني. يُغيّر الغشاء المهتز تيار المغناطيس. وتُحدث هذه التغييرات في التيار، التي تنتقل إلى الطرف الآخر من السلك، اهتزازات مماثلة في غشاء الاستقبال، مما يُعيد إنتاج الكلمة." [ 6 ]

في عام 1861، صنع المخترع الألماني يوهان فيليب رايس جهاز إرسال صوتي بدائي ( هاتف رايس ) يستخدم شريطًا معدنيًا متصلًا بغشاء مهتز يُنتج تيارًا متقطعًا. وتحققت نتائج أفضل في عام 1876 مع تصميم جهاز الإرسال السائل في الهواتف الأولى من قِبل ألكسندر غراهام بيل وإليشا غراي ، حيث كان الغشاء متصلًا بقضيب موصل في محلول حمضي. [ 7 ] إلا أن هذه الأنظمة كانت تُنتج جودة صوت رديئة للغاية.

اخترع ديفيد إدوارد هيوز ميكروفونًا كربونيًا في سبعينيات القرن التاسع عشر.

كان الميكروفون الكربوني (ذي التلامس غير المحكم) أول ميكروفون مكّن من إجراء اتصالات صوتية هاتفية فعّالة . طُوّر هذا الميكروفون بشكل مستقل من قبل ديفيد هيوز في إنجلترا، وإميل برلينر وتوماس إديسون في الولايات المتحدة. على الرغم من حصول إديسون على براءة الاختراع الأولى في منتصف عام 1877 (بعد نزاع قانوني طويل)، إلا أن هيوز كان قد عرض جهازه العامل أمام العديد من الشهود قبل ذلك بسنوات، وينسب إليه معظم المؤرخين اختراعه. [ 8 ] [ 9 ] [ 10 ] [ 11 ] حقق ميكروفون برلينر نجاحًا تجاريًا بفضل استخدامه من قبل ألكسندر غراهام بيل في هاتفه، وانضم برلينر إلى فريق عمل بيل. [ 12 ] كان للميكروفون الكربوني دور حاسم في تطوير الاتصالات الهاتفية والإذاعية وصناعة التسجيلات. [ 13 ] قام توماس إديسون بتطوير الميكروفون الكربوني ليصبح جهاز إرساله ذو الزر الكربوني عام 1886. [ 10 ] [ 14 ] استُخدم هذا الميكروفون في أول بث إذاعي، وهو عرض أُقيم في دار أوبرا متروبوليتان بنيويورك عام 1910. [ 15 ]

همفري بوغارت ، وجاك براون، ولورين باكال مع ميكروفونات الشريط RCA Varacoustic MI-6203 التي تبث إلى القوات في الخارج خلال الحرب العالمية الثانية.

في عام 1916، حقق إي سي وينت من شركة ويسترن إلكتريك إنجازًا بارزًا آخر باختراعه أول ميكروفون مكثف . [ 16 ] وفي عام 1923، صُنع أول ميكروفون عملي ذو ملف متحرك. وأصبح ميكروفون ماركوني-سايكس المغناطيسي، الذي طوره الكابتن إتش جيه راوند ، المعيار المعتمد في استوديوهات بي بي سي في لندن. [ 17 ] [ 18 ] وفي عام 1930، قام آلان بلوملين وهيربرت هولمان بتحسينه بإصدار الميكروفون HB1A الذي كان يُعتبر المعيار الأفضل في ذلك الوقت. [ 14 ]

وفي عام 1923 أيضاً، تم تقديم الميكروفون الشريطي ، وهو نوع كهرومغناطيسي آخر، يُعتقد أنه من ابتكار هاري ف. أولسون ، الذي طبق المفهوم المستخدم في مكبر الصوت الشريطي لصنع ميكروفون. [ 19 ] وعلى مر السنين، طورت العديد من الشركات هذه الميكروفونات، وأبرزها شركة RCA التي حققت تقدماً كبيراً في التحكم في نمط التقاط الصوت، مما منح الميكروفون خاصية التوجيه.

شكّل طرح ميكروفون نيومان يو 47 عام 1949 نقطة تحوّل في تكنولوجيا الميكروفونات. فقد كان أول ميكروفون مكثف للاستوديوهات يستخدم كبسولة كبيرة ثنائية الغشاء مع أنماط التقاط قابلة للتبديل ومضخم صوت أنبوبي مفرغ، مما وضع معيارًا جديدًا لتسجيلات صوتية وآلات موسيقية عالية الدقة ودافئة وغنية بالتفاصيل. [ 20 ] ومع ازدهار تكنولوجيا التلفزيون والسينما، ازداد الطلب على الميكروفونات عالية الدقة وذات توجيهية أكبر. واستجابت شركة إلكترو-فويس بإطلاق ميكروفونها ذي التصميم الموجه الحائز على جائزة الأوسكار عام 1963. [ 21 ]

نسخة حديثة من الميكروفون الديناميكي Shure SM57

أحدث ميكروفون Shure SM57، الذي طُرح عام 1965، ثورةً في تسجيل الآلات الموسيقية وتضخيم الصوت الحي. استخدم SM57 كبسولة Unidyne III لتقديم صوت نقيّ وخالٍ من التشويش. سمح تصميمه الصغير والمتين بوضعه بالقرب من الطبول ومكبرات الصوت. وقد أصبح من أكثر الميكروفونات مبيعًا في التاريخ. [ 22 ]

أنواع

تُصنّف الميكروفونات حسب مبدأ تحويل الطاقة فيها (مكثف، ديناميكي، إلخ) وحسب خصائصها الاتجاهية (متعدد الاتجاهات، قلبي الشكل، إلخ). أحيانًا تُستخدم خصائص أخرى لوصف الميكروفون، مثل حجم الغشاء، والاستخدام المقصود، أو اتجاه إدخال الصوت الرئيسي بالنسبة للمحور الرئيسي (العنوان الأمامي أو الجانبي).

مكثف

داخل ميكروفون المكثف أوكتافا 319
آلية عمل الميكروفون المكثف

يُعرف الميكروفون المكثف ، الذي اخترعه إي سي وينت في شركة ويسترن إلكتريك عام 1916، [ 23 ] أيضًا باسم ميكروفون السعة أو الميكروفون الكهروستاتيكي - حيث كانت المكثفات تُسمى تاريخيًا بالمكثفات. يعمل غشاء الميكروفون كأحد لوحي المكثف، وتُحدث الاهتزازات الصوتية تغييرات في المسافة بين اللوحين. [ 24 ] ولأن سعة اللوحين تتناسب عكسيًا مع المسافة بينهما، فإن الاهتزازات تُحدث تغييرات في السعة. تُستخدم هذه التغييرات في السعة لقياس الإشارة الصوتية . [ 25 ] يُطلق على مجموعة الألواح الثابتة والمتحركة اسم عنصر أو كبسولة .

تتنوع ميكروفونات المكثف من ميكروفونات الهاتف البسيطة إلى ميكروفونات الكاريوكي الرخيصة وصولاً إلى ميكروفونات التسجيل عالية الدقة. وهي تُنتج عمومًا إشارة صوتية عالية الجودة، وتُعدّ الآن الخيار الأمثل في المختبرات واستوديوهات التسجيل . ويعود السبب في ملاءمة هذه التقنية إلى صغر الكتلة التي يجب أن تُحرّكها الموجة الصوتية الساقطة، مقارنةً بأنواع الميكروفونات الأخرى التي تتطلب من الموجة الصوتية بذل جهد أكبر.

تتطلب الميكروفونات المكثفة مصدر طاقة، يُوفر إما عبر مداخل الميكروفون في الجهاز كطاقة فانتوم أو من بطارية صغيرة. الطاقة ضرورية لضبط جهد لوحة المكثف، كما أنها ضرورية لتشغيل إلكترونيات الميكروفون. تتوفر الميكروفونات المكثفة أيضًا بغشائين يمكن توصيلهما كهربائيًا لتوفير مجموعة من الأنماط القطبية ، مثل النمط القلبي، والنمط متعدد الاتجاهات، والنمط الثماني. من الممكن أيضًا تغيير النمط باستمرار في بعض الميكروفونات، مثل Røde NT2000 أو CAD M179.

هناك فئتان رئيسيتان من الميكروفونات المكثفة، اعتمادًا على طريقة استخراج الإشارة الصوتية من المحول: الميكروفونات ذات التحيز DC، والميكروفونات المكثفة ذات التردد الراديوي (RF) أو التردد العالي (HF).

مكثف ذو انحياز تيار مستمر

في ميكروفون مكثف ذي انحياز تيار مستمر ، تُشحن الصفائح بشحنة ثابتة ( Q ). يتغير الجهد الكهربائي بين صفيحتي المكثف بتغير اهتزازات الهواء، وفقًا لمعادلة السعة (C = Q / V )، حيث Q = الشحنة بالكولوم ، وC = السعة بالفاراد ، وV = فرق الجهد بالفولت . تبقى شحنة ثابتة تقريبًا على المكثف. ومع تغير السعة، تتغير الشحنة عبر المكثف بشكل طفيف جدًا، ولكنها تبقى ثابتة نسبيًا عند الترددات المسموعة. تشكل سعة الكبسولة (من 5 إلى 100 بيكوفاراد تقريبًا ) وقيمة مقاومة الانحياز (من 100 ميجا أوم إلى عشرات الجيج أوم) مرشحًا عالي التمرير لإشارة الصوت، ومنخفض التمرير لجهد الانحياز. تجدر الإشارة إلى أن الثابت الزمني لدائرة RC يساوي حاصل ضرب المقاومة في السعة.  

خلال الفترة الزمنية لتغير السعة (حتى 50  مللي ثانية عند  إشارة صوتية بتردد 20 هرتز)، تكون الشحنة ثابتة عمليًا، ويتغير الجهد عبر المكثف لحظيًا ليعكس تغير السعة. يتفاوت الجهد عبر المكثف صعودًا وهبوطًا فوق جهد الانحياز. ويُلاحظ فرق الجهد بين جهد الانحياز والمكثف عبر المقاومة المتصلة على التوالي. يُضخّم الجهد عبر المقاومة لأغراض الأداء أو التسجيل. في معظم الحالات، لا تُساهم الدوائر الإلكترونية في الميكروفون نفسه في تضخيم الجهد، نظرًا لأن فرق الجهد كبير جدًا، ويصل إلى عدة فولتات عند مستويات الصوت العالية.

مكثف الترددات الراديوية

ميكروفون مكثف ذو غشاء صغير AKG C451B

تستخدم ميكروفونات المكثف بترددات الراديو جهدًا منخفضًا نسبيًا، يتم توليده بواسطة مذبذب منخفض الضوضاء. قد يتم تعديل سعة الإشارة الصادرة من المذبذب إما بتغيرات السعة الناتجة عن الموجات الصوتية التي تحرك غشاء الكبسولة، أو قد تكون الكبسولة جزءًا من دائرة رنانة تُعدّل تردد إشارة المذبذب. ينتج عن عملية إزالة التعديل إشارة تردد صوتي منخفضة الضوضاء ذات مقاومة مصدر منخفضة جدًا. يسمح غياب جهد الانحياز العالي باستخدام غشاء ذي شد أقل، مما يُتيح الحصول على استجابة ترددية أوسع نظرًا لزيادة مرونته. تُؤدي عملية الانحياز بترددات الراديو إلى كبسولة ذات مقاومة كهربائية أقل، ومن فوائدها الجانبية إمكانية تشغيل ميكروفونات المكثف بترددات الراديو في ظروف جوية رطبة قد تُسبب مشاكل في الميكروفونات ذات الانحياز بالتيار المستمر ذات الأسطح العازلة الملوثة. تستخدم سلسلة ميكروفونات Sennheiser MKH تقنية الانحياز بترددات الراديو. ابتكر المخترع السوفيتي الروسي ليون ثيرمين تطبيقًا سريًا يعمل عن بعد لنفس المبدأ الفيزيائي يسمى " الشيء" ، واستخدمه للتنصت على مقر إقامة السفير الأمريكي في موسكو بين عامي 1945 و1952.

مكثف إلكتروني

أول براءة اختراع لميكروفون إلكتروني رقائقي من قبل جي إم سيسلر وآخرون (الصفحات من 1 إلى 3)

الميكروفون الإلكتروني هو نوع من الميكروفونات المكثفة، ابتكره جيرهارد سيسلر وجيمس ويست في مختبرات بيل عام 1962. [ 26 ] يُستبدل الشحنة الخارجية المستخدمة في الميكروفونات المكثفة التقليدية بشحنة دائمة في مادة إلكترونية. والمادة الإلكترونية هي مادة كهروإجهادية مشحونة كهربائيًا أو مستقطبة بشكل دائم . ويُشتق اسمها من كلمتي "كهرباء ساكنة" و "مغناطيس" ؛ حيث تُدمج الشحنة الساكنة في المادة الإلكترونية عن طريق محاذاة الشحنات الساكنة فيها، تمامًا كما يُصنع المغناطيس الدائم بمحاذاة المجالات المغناطيسية في قطعة من الحديد.

نظراً لأدائها الجيد وسهولة تصنيعها، وبالتالي انخفاض تكلفتها، فإن الغالبية العظمى من الميكروفونات المصنعة اليوم هي ميكروفونات إلكترونية؛ إذ يقدر أحد مصنعي أشباه الموصلات الإنتاج السنوي بأكثر من مليار وحدة. [ 27 ] تُستخدم هذه الميكروفونات في العديد من التطبيقات، بدءاً من التسجيل عالي الجودة واستخدام ميكروفونات الياقة (الميكروفونات الصغيرة) وصولاً إلى الميكروفونات المدمجة في أجهزة تسجيل الصوت الصغيرة والهواتف. قبل انتشار ميكروفونات MEMS، كانت جميع ميكروفونات الهواتف المحمولة وأجهزة الكمبيوتر وأجهزة المساعد الرقمي الشخصي وسماعات الرأس تقريباً من النوع الإلكتروني.

على عكس ميكروفونات المكثف الأخرى، لا تتطلب هذه الميكروفونات جهد استقطاب، ولكنها غالبًا ما تحتوي على مضخم أولي مدمج يحتاج إلى طاقة. ويتم تزويد هذا المضخم الأولي بالطاقة الوهمية في تطبيقات تقوية الصوت والاستوديوهات. أما الميكروفونات أحادية الصوت المصممة لأجهزة الكمبيوتر الشخصية ، والتي تُسمى أحيانًا ميكروفونات الوسائط المتعددة، فتستخدم قابس 3.5  مم كما هو معتاد في توصيلات الاستريو؛ حيث ينقل طرف القابس الطاقة بدلًا من إشارة القناة الثانية.

ميكروفون صمامي

الميكروفون الصمامي هو ميكروفون مكثف يستخدم مضخمًا أنبوبيًا مفرغًا (صماميًا) . [ 28 ] ولا يزال يحظى بشعبية كبيرة بين عشاق الصوت الأنبوبي .

متحرك

باتي سميث تغني في ميكروفون Shure SM58 (من النوع القلبي الديناميكي)
آلية عمل الميكروفون الديناميكي

يعمل الميكروفون الديناميكي (المعروف أيضًا باسم ميكروفون الملف المتحرك) عن طريق الحث الكهرومغناطيسي . وهو متين ، وغير مكلف نسبيًا، ومقاوم للرطوبة. هذا، بالإضافة إلى إمكانية رفع مستوى الصوت بشكل كبير قبل حدوث التغذية الراجعة ، يجعله شائع الاستخدام على المسرح.

تستخدم الميكروفونات الديناميكية نفس مبدأ الديناميكية المستخدم في مكبرات الصوت ، ولكن بشكل معكوس. يتم تثبيت ملف حث صغير متحرك ، موضوع في المجال المغناطيسي لمغناطيس دائم، على غشاء الميكروفون. عندما يدخل الصوت عبر واقي الرياح الخاص بالميكروفون، تحرك الموجة الصوتية الغشاء، مما يحرك الملف في المجال المغناطيسي، مُنتجًا جهدًا متغيرًا عبر الملف من خلال الحث الكهرومغناطيسي.

شريط

إدموند لوي يستخدم ميكروفونًا شريطيًا

تستخدم ميكروفونات الشريط شريطًا معدنيًا رقيقًا، عادةً ما يكون مموجًا، معلقًا في مجال مغناطيسي. يتصل الشريط كهربائيًا بمخرج الميكروفون، ويولد اهتزازه داخل المجال المغناطيسي الإشارة الكهربائية. تشبه ميكروفونات الشريط ميكروفونات الملف المتحرك من حيث أن كليهما ينتج الصوت عن طريق الحث المغناطيسي. تلتقط ميكروفونات الشريط الأساسية الصوت بنمط ثنائي الاتجاه (يُسمى أيضًا نمط الرقم ثمانية، كما في الرسم التوضيحي أدناه) لأن الشريط مفتوح من كلا الجانبين. أيضًا، نظرًا لأن كتلة الشريط أقل بكثير، فإنه يستجيب لسرعة الهواء بدلاً من ضغط الصوت . على الرغم من أن التقاط الصوت المتناظر من الأمام والخلف قد يكون مزعجًا في التسجيل الاستريو العادي، إلا أنه يمكن الاستفادة من خاصية رفض الترددات العالية عن طريق وضع ميكروفون الشريط أفقيًا، على سبيل المثال فوق الصنج، بحيث يلتقط الفص الخلفي الصوت من الصنج فقط. يُعد استجابة نمط الرقم ثمانية لميكروفون الشريط مثالية لتسجيل الاستريو باستخدام زوج بلوملين . تُنتج أنماط توجيهية أخرى عن طريق تغليف أحد جانبي الشريط في مصيدة صوتية أو حاجز، مما يسمح للصوت بالوصول إلى جانب واحد فقط. يتميز ميكروفون RCA Type 77-DX الكلاسيكي بعدة أوضاع قابلة للتعديل خارجيًا للحاجز الداخلي، مما يسمح باختيار أنماط استجابة متعددة تتراوح من شكل الرقم ثمانية إلى أحادي الاتجاه.

لم يكن بالإمكان الحصول على استجابة جيدة للترددات المنخفضة في الميكروفونات الشريطية القديمة إلا عند تعليق الشريط بشكل غير محكم، مما جعلها هشة نسبيًا. أما الآن، فقد طُرحت مواد شريطية حديثة، بما في ذلك مواد نانوية جديدة [ 29 ] ، تُزيل هذه المشاكل، بل وتُحسّن النطاق الديناميكي الفعال للميكروفونات الشريطية عند الترددات المنخفضة. كما تُقلل واقيات الرياح من خطر تلف الميكروفونات الشريطية القديمة، وتُخفف أيضًا من التشويش الناتج عن الانفجارات في التسجيل.

على غرار أنواع الميكروفونات الديناميكية الأخرى، لا تتطلب ميكروفونات الشريط طاقة فانتوم؛ بل إن هذا الجهد قد يُتلف بعض ميكروفونات الشريط القديمة. تتضمن بعض تصميمات ميكروفونات الشريط الحديثة مضخمًا أوليًا، وبالتالي فهي تتطلب طاقة فانتوم، وقد صُممت دوائر ميكروفونات الشريط السلبية الحديثة (أي تلك التي لا تحتوي على المضخم الأولي المذكور) خصيصًا لمقاومة تلف الشريط والمحول الناتج عن طاقة الفانتوم.

الكربون

ميكروفون ويسترن إلكتريك ذو زرين من الكربون

كان الميكروفون الكربوني أقدم أنواع الميكروفونات. يستخدم ميكروفون الزر الكربوني (المعروف أيضًا باسم ميكروفون برلينر أو إديسون) كبسولة أو زرًا يحتوي على حبيبات كربونية مضغوطة بين لوحين معدنيين. عند تطبيق جهد كهربائي على اللوحين، يمر تيار صغير عبر الكربون. يهتز أحد اللوحين، وهو الغشاء، استجابةً للموجات الصوتية الساقطة، مما يُطبق ضغطًا متغيرًا على الكربون. يُشوه هذا الضغط المتغير الحبيبات، مما يؤدي إلى تغيير مساحة التلامس بين كل زوج من الحبيبات المتجاورة، وبالتالي تغيير المقاومة الكهربائية لكتلة الحبيبات. تُسبب هذه التغيرات في المقاومة تغيرًا مماثلًا في التيار المار عبر الميكروفون، مما يُنتج الإشارة الكهربائية. كانت الميكروفونات الكربونية شائعة الاستخدام في الهواتف؛ ورغم أنها تتميز بجودة صوت منخفضة للغاية ونطاق استجابة تردد محدود جدًا، إلا أنها أجهزة متينة للغاية. كان ميكروفون بوديه، الذي استخدم كرات كربونية كبيرة نسبيًا، مشابهًا لميكروفونات الزر الكربوني الحبيبية. [ 30 ]

على عكس أنواع الميكروفونات الأخرى، يمكن استخدام ميكروفون الكربون كمضخم صوت، حيث يستخدم كمية ضئيلة من الطاقة الصوتية للتحكم في كمية أكبر من الطاقة الكهربائية. وقد استُخدمت ميكروفونات الكربون في بدايات استخدام مُكررات إشارة الهاتف ، مما أتاح إجراء المكالمات الهاتفية لمسافات طويلة في عصر ما قبل الصمامات المفرغة. تُعرف هذه المُكررات باسم "مرحل براون" [ 31 ] ، وتعمل عن طريق ربط جهاز استقبال الهاتف المغناطيسي بميكروفون الكربون ميكانيكيًا: حيث تُنقل الإشارة الضعيفة من جهاز الاستقبال إلى الميكروفون، الذي يقوم بدوره بتعديل تيار كهربائي أقوى، مما يُنتج إشارة كهربائية أقوى تُرسل عبر الخط.

كهرضغطية

ميكروفون كريستال أستاتيك عتيق

يستخدم الميكروفون البلوري أو الميكروفون الكهروإجهادي [ 32 ] ظاهرة الكهروإجهادية - قدرة بعض المواد على توليد جهد كهربائي عند تعرضها للضغط [ b ] - لتحويل الاهتزازات إلى إشارة كهربائية. كانت الميكروفونات البلورية تُزود بها أجهزة الصمامات المفرغة (الأنابيب المفرغة) بشكل شائع، مثل مسجلات الأشرطة المنزلية. كانت مقاومة خرجها العالية تتوافق  جيدًا مع مقاومة دخلها العالية (عادةً حوالي 10 ميجا أوم) لمرحلة دخل الصمام المفرغ. كان من الصعب مطابقتها مع أجهزة الترانزستور المبكرة ، فتم استبدالها بالميكروفونات الديناميكية، ولاحقًا بأجهزة المكثفات الإلكترونية الصغيرة. جعلت المقاومة العالية للميكروفون البلوري منه عرضةً للتشويش الناتج عن التعامل معه، سواءً من الميكروفون نفسه أو من كابل التوصيل.

تُستخدم المحولات الكهروإجهادية غالبًا كميكروفونات تلامسية لتضخيم الصوت الصادر من الآلات الموسيقية الصوتية، ولاستشعار ضربات الطبول وتشغيل العينات الإلكترونية، ولتسجيل الصوت في بيئات صعبة، مثل تحت الماء وتحت ضغط عالٍ. عادةً ما تكون اللاقطات المثبتة على جسر الغيتارات الصوتية أجهزة كهروإجهادية تلامس الأوتار المارة فوق الجسر. يختلف هذا النوع من الميكروفونات عن لاقطات الملفات المغناطيسية الشائعة في الغيتارات الكهربائية ، والتي تستخدم الحث المغناطيسي، بدلًا من الاقتران الميكانيكي، لالتقاط الاهتزازات.

الألياف البصرية

ميكروفون الألياف الضوئية Optoacoustics 1140

يقوم الميكروفون الليفي البصري بتحويل الموجات الصوتية إلى إشارات كهربائية عن طريق استشعار التغيرات في شدة الضوء، بدلاً من استشعار التغيرات في السعة أو المجالات المغناطيسية كما هو الحال مع الميكروفونات التقليدية. [ 33 ] [ 34 ]

أثناء التشغيل، ينتقل الضوء الصادر من مصدر ليزر عبر ألياف بصرية لإضاءة سطح غشاء عاكس. تعمل اهتزازات الصوت في الغشاء على تعديل شدة الضوء المنعكس عنه في اتجاه محدد. ثم يُنقل الضوء المُعدَّل عبر ألياف بصرية ثانية إلى كاشف ضوئي، والذي يحوّله إلى صوت تناظري أو رقمي للإرسال أو التسجيل. تتميز ميكروفونات الألياف البصرية بنطاق ديناميكي وترددي عالٍ، مماثل لأفضل الميكروفونات التقليدية عالية الدقة.

لا تتأثر الميكروفونات الليفية الضوئية بأي مجالات كهربائية أو مغناطيسية أو كهروستاتيكية أو إشعاعية (وهذا ما يُعرف بمناعة التداخل الكهرومغناطيسي/التداخل الراديوي ). ولذلك، يُعد تصميم الميكروفون الليفي الضوئي مثاليًا للاستخدام في المناطق التي تكون فيها الميكروفونات التقليدية غير فعالة أو خطيرة، مثل داخل التوربينات الصناعية أو في بيئات أجهزة التصوير بالرنين المغناطيسي .

تتميز الميكروفونات الليفية البصرية بمتانتها ومقاومتها للتغيرات البيئية من حرارة ورطوبة، ويمكن تصنيعها بأي اتجاهية أو مطابقة للمقاومة . قد تصل المسافة بين مصدر الضوء في الميكروفون وكاشف الضوء الخاص به إلى عدة كيلومترات دون الحاجة إلى أي مضخم أولي أو جهاز كهربائي آخر، مما يجعل الميكروفونات الليفية البصرية مناسبة للمراقبة الصوتية الصناعية والمراقبة الأمنية.

تُستخدم الميكروفونات الليفية البصرية في مجالات تطبيقية محددة للغاية، مثل مراقبة الموجات تحت الصوتية وإلغاء الضوضاء . وقد أثبتت جدواها بشكل خاص في التطبيقات الطبية، حيث تُمكّن أخصائيي الأشعة والموظفين والمرضى من التواصل بشكل طبيعي داخل غرف التصوير بالرنين المغناطيسي وفي غرف التحكم عن بُعد، وذلك في ظل وجود مجال مغناطيسي قوي وصاخب. [ 35 ] تشمل الاستخدامات الأخرى مراقبة المعدات الصناعية ومعايرة الصوت وقياسه، والتسجيل عالي الدقة، وإنفاذ القانون. [ 36 ]

الميكروفونات القائمة على مقياس التداخل فابري-بيرو

يستخدم نوع فرعي من الميكروفونات الليفية البصرية مقياس تداخل فابري-بيرو كعنصر استشعار. في هذه المستشعرات، تشكل مرآتان عاكستان جزئياً تجويفاً بصرياً ينتشر الضوء من خلاله. [ 37 ]

مبدأ عمل الميكروفون البصري

تُغير الموجات الصوتية التي تمر عبر التجويف معامل انكسار الوسط داخل مقياس التداخل. ويؤدي هذا إلى تعديل طول المسار البصري، مما ينتج عنه تعديل قابل للقياس في شدة الضوء المنقول أو المنعكس، والذي يمكن تحويله إلى إشارة كهربائية. [ 38 ]

لأن مبدأ الاستشعار لا يعتمد على غشاء منحرف ميكانيكيًا، فإن الضغط الصوتي يُعدّل معامل انكسار الوسط داخل التجويف البصري مباشرةً. تُمكّن آلية الكشف هذه، الخالية من الغشاء، من العمل ضمن نطاق ترددي واسع يمتد من الطيف المسموع إلى نطاق الموجات فوق الصوتية. تستطيع الميكروفونات البصرية من هذا النوع رصد تغيرات معامل الانكسار التي تقل عن 10⁻¹⁴ تقريبًا، والتي تُقابل تغيرات في الضغط من رتبة الميكروباسكال، كما يمكنها تحمل مستويات ضغط صوتي تزيد عن 180  ديسيبل. [ 39 ] وقد حققت التطبيقات المذكورة نطاقات ترددية من الطيف المسموع حتى عدة ميغاهرتز، على سبيل المثال حتى 4  ميغاهرتز تقريبًا في الهواء وترددات أعلى في السوائل. وبالتالي، يمكن لهذه المستشعرات رصد الإشارات الصوتية في كل من الغازات والسوائل. نظرًا لأن آلية الاستشعار لا تعتمد على كتلة خاملة متحركة، فإن الميكروفونات البصرية من نوع فابري-بيرو يمكن أن تُظهر استجابة زمنية سريعة وتستخدم في القياس بالموجات فوق الصوتية وكأجهزة استشعار مرجعية لمعايرة الباعثات الصوتية وفوق الصوتية.

بفضل تصميمها القائم على الألياف الضوئية وخلوها من المكونات الإلكترونية عند نقطة الاستشعار، تتمتع هذه الميكروفونات بمناعة كبيرة ضد التداخل الكهرومغناطيسي. تشمل تطبيقاتها الأبحاث الصوتية، والمراقبة الصناعية، والاختبارات غير المتلفة للمواد. يتيح مبدأ الاستشعار الكشف عن الموجات فوق الصوتية دون تلامس مباشر مع سطح الاختبار، وهو ما يُستخدم في تطبيقات الاختبارات غير المتلفة، بما في ذلك في صناعات السيارات والفضاء. [ 40 ]

الليزر

يُوجَّه شعاع ليزر نحو سطح نافذة أو أي سطح مستوٍ آخر يتأثر بالصوت. تُغيِّر اهتزازات هذا السطح زاوية انعكاس الشعاع، ويتم رصد حركة بقعة الليزر الناتجة عن الشعاع العائد وتحويلها إلى إشارة صوتية. في تطبيق أكثر متانة وتكلفة، يُقسَّم الضوء العائد ويُغذَّى إلى مقياس تداخل ، والذي يرصد حركة السطح من خلال التغيرات في طول المسار البصري للشعاع المنعكس. يُعدّ التطبيق الأول تجربةً بسيطةً تُجرى على سطح طاولة، بينما يتطلب التطبيق الثاني ليزرًا فائق الاستقرار وبصريات دقيقة للغاية. وقد دُرست ميكروفونات الليزر لقدرتها على رصد اهتزازات الصوت على الأسطح البعيدة.

يُعدّ الميكروفون الليزري التجريبي جهازًا يستخدم شعاع ليزر ودخانًا أو بخارًا للكشف عن الاهتزازات الصوتية في الهواء الطلق. في 25 أغسطس/آب 2009، مُنحت براءة الاختراع الأمريكية رقم 7,580,533 لميكروفون كشف تدفق الجسيمات، وهو يعتمد على زوج من خلية ضوئية ليزرية مع تيار متحرك من الدخان أو البخار في مسار شعاع الليزر. تُحدث موجات ضغط الصوت اضطرابات في الدخان، مما يؤدي بدوره إلى اختلافات في كمية ضوء الليزر الواصل إلى الكاشف الضوئي. عُرض نموذج أولي للجهاز في المؤتمر 127 لجمعية هندسة الصوت في مدينة نيويورك، في الفترة من 9 إلى 12 أكتوبر/تشرين الأول 2009. [ 41 ]

سائل

لم تكن الميكروفونات الأولى قادرة على إنتاج كلام مفهوم حتى أدخل ألكسندر غراهام بيل تحسينات عليها، شملت ميكروفونًا مائيًا وجهاز إرسال يعملان بمقاومة متغيرة. يتكون جهاز الإرسال المائي الذي ابتكره بيل من كوب معدني مملوء بالماء مع إضافة كمية قليلة من حمض الكبريتيك . تتسبب الموجة الصوتية في تحريك غشاء الميكروفون، مما يجبر إبرة على التحرك لأعلى ولأسفل في الماء. تتناسب المقاومة الكهربائية بين السلك والكوب عكسيًا مع حجم سطح الماء المحيط بالإبرة المغمورة. قدم إليشا غراي طلب براءة اختراع لنسخة تستخدم قضيبًا نحاسيًا بدلًا من الإبرة. أُجريت تعديلات وتحسينات طفيفة أخرى على الميكروفون المائي من قِبل ماجورانا، وتشامبرز، وفاني، وسايكس، وإليشا غراي، وحصل ريجينالد فيسيندين على براءة اختراع لإحدى النسخ عام ١٩٠٣. كانت هذه أول ميكروفونات عاملة، لكنها لم تكن عملية للاستخدامات التجارية. جرت أول مكالمة هاتفية شهيرة بين بيل وواتسون باستخدام ميكروفون مائي.

أنظمة MEMS

ميكروفون MEMS من أكوستيكا AKU230

يُطلق على ميكروفون MEMS أيضًا اسم شريحة الميكروفون أو ميكروفون السيليكون. يتم حفر غشاء حساس للضغط مباشرةً في رقاقة سيليكون باستخدام تقنيات معالجة MEMS، وعادةً ما يكون مصحوبًا بمضخم صوت مدمج. [ 42 ] معظم ميكروفونات MEMS هي أنواع مختلفة من تصميم ميكروفون المكثف. تحتوي ميكروفونات MEMS الرقمية على دوائر تحويل تناظري إلى رقمي (ADC) مدمجة على نفس شريحة CMOS، مما يجعل الشريحة ميكروفونًا رقميًا، وبالتالي يسهل دمجها مع المنتجات الرقمية الحديثة. من أبرز الشركات المصنعة لميكروفونات MEMS المصنوعة من السيليكون: Cirrus Logic، [ 43 ] وInvenSense (خط إنتاج تُباع بواسطة Analog Devices)، [ 44 ] وAkustica وInfineon وKnowles Electronics وMemstech وSonion MEMS وVesper وAAC Acoustic Technologies، [ 45 ] وOmron. [ 46 ] تُستخدم ميكروفونات MEMS بشكل شائع في الهواتف الذكية والأجهزة اللوحية وأجهزة الكمبيوتر وغيرها من تطبيقات الإلكترونيات الاستهلاكية مثل وحدات تحكم الألعاب وسماعات الرأس.

في العقد الثاني من القرن الحادي والعشرين، تم تطوير ميكروفونات MEMS الكهروإجهادية. وتمثل هذه الميكروفونات تغييراً جوهرياً في بنيتها ومادتها مقارنةً بتصاميم MEMS الحالية التي تعتمد على المكثفات. [ 47 ]

بلازما

في الميكروفون البلازمي، وهو نوع تجريبي من الميكروفونات، يُستخدم قوس بلازمي من الغاز المتأين. تُحدث الموجات الصوتية تغيرات في الضغط المحيط بالبلازما، مما يؤدي بدوره إلى تغيرات في درجة الحرارة، والتي بدورها تُغير موصلية البلازما. ويمكن رصد هذه التغيرات في الموصلية كتغيرات مُضافة إلى التيار الكهربائي المُغذي للبلازما. [ 48 ]

مكبرات الصوت كميكروفونات

مكبر الصوت، وهو محول طاقة يحول الإشارة الكهربائية إلى موجات صوتية، هو النقيض الوظيفي للميكروفون. ولأن مكبر الصوت التقليدي يشبه في تركيبه الميكروفون الديناميكي (بغشاء وملف ومغناطيس)، فإنه يمكن لمكبرات الصوت أن تعمل كميكروفونات. وينطبق مبدأ التبادلية ، لذا فإن الميكروفون الناتج يعاني من نفس عيوب مكبر الصوت أحادي المحرك: استجابة ترددية محدودة في النطاقين المنخفض والعالي، وتوجيه ضعيف ، وحساسية منخفضة . عمليًا، تُستخدم مكبرات الصوت أحيانًا كميكروفونات في تطبيقات لا تتطلب نطاقًا تردديًا عاليًا أو حساسية عالية، مثل أجهزة الاتصال الداخلي ، وأجهزة الاتصال اللاسلكي ، أو ملحقات الدردشة الصوتية في ألعاب الفيديو .

مع ذلك، يوجد تطبيق عملي واحد على الأقل يستغل نقاط الضعف هذه: استخدام مكبر صوت متوسط ​​الحجم (ووفر) موضوع بالقرب من طبلة البيس في طقم الطبول ليعمل كميكروفون. ومن الأمثلة التجارية على ذلك مكبر الصوت Yamaha Subkick، وهو مكبر صوت (ووفر) بقطر 6.5 بوصة (170 مم) مثبت بممتص صدمات داخل هيكل طبلة بقطر 10 بوصات، ويُستخدم أمام طبلة البيس. ولأن الغشاء السميك نسبيًا غير قادر على تحويل الترددات العالية، بينما يتحمل الترددات المنخفضة القوية، فإن هذا المكبر غالبًا ما يكون مثاليًا لالتقاط صوت طبلة البيس مع تقليل تداخل الصوت من الصنجات وطبلة السنير القريبة. [ 49 ] 

تصميم الكبسولة وتوجيهها

تُعدّ العناصر الداخلية للميكروفون المصدر الرئيسي للاختلافات في اتجاهية الصوت. يستخدم ميكروفون الضغط غشاءً بين حجم داخلي ثابت من الهواء والبيئة المحيطة، ويستجيب بشكل موحد للضغط من جميع الاتجاهات، ولذلك يُوصف بأنه متعدد الاتجاهات. أما ميكروفون تدرج الضغط، فيستخدم غشاءً مفتوحًا جزئيًا على الأقل من كلا الجانبين. ويُنتج فرق الضغط بين الجانبين خصائصه الاتجاهية. يتميز ميكروفون تدرج الضغط النقي بحساسية متساوية للأصوات القادمة من الأمام أو الخلف، ولكنه غير حساس للأصوات القادمة من الجانب، لأن الصوت الواصل إلى الأمام والخلف في الوقت نفسه لا يُحدث تدرجًا بينهما. النمط القطبي المميز لميكروفون تدرج الضغط النقي هو شكل الرقم 8. تُشتق أنماط قطبية أخرى من خلال تصميم كبسولة تجمع بين هذين التأثيرين بطرق مختلفة. على سبيل المثال، يتميز الميكروفون القلبي الشكل بجزء خلفي مغلق جزئيًا، لذا فإن استجابته هي مزيج من خصائص الضغط وتدرج الضغط. [ 50 ] عوامل أخرى، مثل الشكل الخارجي للميكروفون والأجهزة الخارجية مثل أنابيب التداخل، يمكن أن تغير بشكل أكبر الاستجابة الاتجاهية للميكروفون.

الأنماط القطبية

يشير اتجاه الميكروفون أو نمطه القطبي إلى مدى حساسيته للأصوات القادمة بزوايا مختلفة حول محوره المركزي. تمثل الأنماط القطبية الموضحة في هذا القسم مسار النقاط في الإحداثيات القطبية التي تُنتج نفس مستوى الإشارة الخارجة من الميكروفون إذا تم توليد مستوى ضغط صوتي معين من تلك النقطة.

يعتمد توجيه جسم الميكروفون بالنسبة للرسومات التخطيطية على تصميم الميكروفون. ففي الميكروفونات ذات الغشاء الكبير، مثل ميكروفون أوكتافا (الموضح أعلاه)، يكون الاتجاه الصاعد في الرسم التخطيطي القطبي عموديًا عادةً على جسم الميكروفون، ويُعرف هذا الاتجاه باسم " التوجيه الجانبي " . أما في الميكروفونات ذات الغشاء الصغير، مثل ميكروفون شور (الموضح أعلاه أيضًا)، فيمتد هذا الاتجاه عادةً من محور الميكروفون، ويُعرف هذا الاتجاه باسم " التوجيه الأمامي " .

يتأثر النمط القطبي بالحماية (أي الانعراج أو التبديد أو الامتصاص) التي يوفرها الغلاف نفسه، بالإضافة إلى دمج غشائين إلكترونيًا. وتجمع بعض تصميمات الميكروفونات بين مبادئ مختلفة لإنشاء النمط القطبي المطلوب.

متعدد الاتجاهات

نمط قطبي متعدد الاتجاهات

يكون استجابة الميكروفون متعدد الاتجاهات (أو غير الاتجاهي) في الوضع المثالي كروية الشكل في ثلاثة أبعاد. في الواقع، كما هو الحال مع الميكروفونات الاتجاهية، فإن النمط القطبي للميكروفون متعدد الاتجاهات يعتمد على التردد. جسم الميكروفون ليس صغيرًا جدًا، ونتيجة لذلك، يميل إلى التأثير على الأصوات القادمة من الخلف، مما يتسبب في تسطيح طفيف للاستجابة القطبية. يزداد هذا التسطيح كلما اقترب قطر الميكروفون (بافتراض أنه أسطواني) من طول موجة التردد المطلوب. لذلك، يوفر الميكروفون ذو القطر الأصغر أفضل خصائص متعددة الاتجاهات عند الترددات العالية.  يبلغ طول موجة الصوت عند 10 كيلوهرتز 36 ملم (1.4 بوصة ) . غالبًا ما يبلغ قطر أصغر ميكروفونات القياس 6.4 ملم (0.25 بوصة) ، مما يلغي الاتجاهية عمليًا حتى عند أعلى الترددات المسموعة.  

تختلف الميكروفونات متعددة الاتجاهات عن الميكروفونات القلبية، فهي لا تستخدم تجاويف الرنين لتأخير الصوت، ولذلك تُعتبر أنقى الميكروفونات من حيث انخفاض التشويش. وبفضل حساسيتها للضغط، تتميز باستجابة ترددية منخفضة مسطحة للغاية تصل إلى 20  هرتز أو أقل. كما أن الميكروفونات الحساسة للضغط أقل استجابةً لضوضاء الرياح والأصوات الانفجارية مقارنةً بالميكروفونات الاتجاهية (الحساسة للسرعة).

ومن الأمثلة على الميكروفونات غير الاتجاهية كرة البلياردو السوداء المستديرة رقم 8 .

قلبي الشكل، قلبي الشكل المفرط، قلبي الشكل الفائق، قلبي الشكل الفرعي

حساسية قطبية الميكروفون القلبي. يكون الميكروفون موازياً للصفحة وموجهاً للأعلى في كل رسم تخطيطي. [ 51 ]
ميكروفون ديناميكي فائق الاتجاهية من جامعة ساوند US664A

الميكروفون أحادي الاتجاه الأكثر شيوعًا هو الميكروفون القلبي ، الذي سُمي بهذا الاسم لأن نمط حساسيته يشبه شكل القلب . تُستخدم عائلة الميكروفونات القلبية عادةً لتسجيل الصوت أو الكلام نظرًا لقدرتها الفائقة على عزل الأصوات القادمة من الاتجاهات الأخرى. في ثلاثة أبعاد، يكون شكل الميكروفون القلبي كالتفاحة، حيث يُمثل الميكروفون ساق التفاحة. يقلل استجابة الميكروفون القلبي من التقاط الصوت من الجوانب والخلف، مما يساعد على تجنب التغذية الراجعة من السماعات . ولأن هذه الميكروفونات الاتجاهية تُحقق أنماطها عن طريق استشعار تدرج الضغط، فإن وضعها بالقرب من مصدر الصوت (على بُعد بضعة سنتيمترات) يُؤدي إلى تعزيز الترددات المنخفضة نتيجةً لزيادة التدرج. يُعرف هذا بتأثير التقارب . [ 52 ] يُعد الميكروفون SM58 الأكثر استخدامًا لتسجيل الصوت الحي لأكثر من 50 عامًا [ 53 ]، مما يُؤكد أهمية الميكروفونات القلبية وشعبيتها.

يُعدّ الميكروفون القلبي الشكل في جوهره مزيجًا من ميكروفون متعدد الاتجاهات (ضغط) وميكروفون على شكل الرقم 8 (تدرج الضغط)؛ [ 54 ] فبالنسبة للموجات الصوتية القادمة من الخلف، تلغي الإشارة السالبة من الميكروفون على شكل الرقم 8 الإشارة الموجبة من العنصر متعدد الاتجاهات، بينما بالنسبة للموجات الصوتية القادمة من الأمام، تتجمع الإشارتان. مع ذلك، في الترددات المنخفضة، يتصرف الميكروفون القلبي الشكل كميكروفون متعدد الاتجاهات.

بدمج المكونين بنسب مختلفة، يمكن الحصول على أي نمط بين النمط متعدد الاتجاهات والنمط على شكل الرقم 8، والذي يشكل عائلة النمط القلبي من الدرجة الأولى. تشمل الأشكال الشائعة ما يلي:

  • يشبه الميكروفون فائق الاتجاهية الميكروفون القلبي، لكن بمساهمة أكبر قليلاً في شكل الرقم 8، مما يؤدي إلى منطقة حساسية أمامية أضيق وفص حساسية خلفي أصغر. ويتم إنتاجه بدمج المكونين بنسبة 3:1، مما ينتج عنه انعدام الإشارة عند 109.5 درجة. هذه النسبة تزيد من عامل التوجيه ( أو مؤشر التوجيه). [ 55 ] [ 56 ]
  • الميكروفون فائق الاتجاهية يشبه الميكروفون فائق الاتجاهية، إلا أنه يتميز بكثافة التقاط صوتية أمامية أعلى وكثافة التقاط صوتية خلفية أقل. ويُنتج بنسبة 5:3 تقريبًا، مع نقطة انعدام عند 126.9 درجة. تُعظم هذه النسبة نسبة الطاقة بين الإشعاع الأمامي والخلفي . [ 55 ] [ 56 ]
  • لا يحتوي الميكروفون شبه القلبي على نقاط انعدام الإشارة. ويتم إنتاجه بنسبة 7:3 تقريبًا مع  مستوى يتراوح بين 3 و10 ديسيبل بين اللاقط الأمامي والخلفي. [ 57 ] [ 58 ]

يمكن توجيه ثلاثة ميكروفونات/ميكروفونات مائية قلبية الشكل بشكل متعامد كمجموعة ثلاثية متجاورة لتحسين الكسب وإنشاء نمط شعاع قابل للتوجيه. [ 59 ] [ 60 ]

ثنائي الاتجاه

نمط قطبي ثنائي الاتجاه، الميكروفون موجه للأعلى

تستقبل الميكروفونات ثنائية الاتجاه ، أو ذات الشكل 8، الصوت بالتساوي من الأمام والخلف. معظم الميكروفونات الشريطية من هذا النوع. من حيث المبدأ، لا تستجيب هذه الميكروفونات لضغط الصوت على الإطلاق، بل فقط لتغير الضغط بين الأمام والخلف؛ فبما أن الصوت القادم من الجانب يصل إلى الأمام والخلف بالتساوي، فلا يوجد فرق في الضغط، وبالتالي لا توجد حساسية للصوت القادم من ذلك الاتجاه. بعبارة أخرى، بينما تُعد الميكروفونات متعددة الاتجاهات محولات طاقة قياسية تستجيب للضغط من أي اتجاه، فإن الميكروفونات ثنائية الاتجاه محولات طاقة متجهة تستجيب للتدرج على طول محور عمودي على مستوى غشاء الميكروفون. وهذا بدوره يعكس قطبية الصوت القادم من الخلف.

بندقية

النمط القطبي الفصي المرتبط بميكروفونات البندقية. الميكروفون موجه للأعلى.
ميكروفون بندقية من شركة أوديو-تكنيكا
أنبوب التداخل الخاص بميكروفون البندقية. توجد الكبسولة في قاعدة الأنبوب.

تتميز ميكروفونات البندقية بقدرتها الفائقة على التقاط الصوت من اتجاه محدد. فهي تلتقط الصوت بنمط ضيق مشابه للميكروفونات الاتجاهية فائقة القلبية أو فائقة الاتجاهية. [ 61 ] [ 62 ] وتحقق هذه الدقة في التقاط الصوت باستخدام أنبوب طويل مزود بفتحات على طوله. فعندما يأتي الصوت من الجوانب، تلغي الموجات الداخلة عبر الفتحات المختلفة بعضها بعضًا، مما يقلل من الضوضاء غير المرغوب فيها. [ 63 ]

مع ذلك، يتميز هذا التصميم بحساسية معينة للأصوات القادمة من خلف الميكروفون. تتغير مناطق التقاط الصوت الخلفية هذه تبعًا لتردد الصوت، مما قد يؤثر أحيانًا على جودة الصوت بإضافة تشويش غير مرغوب فيه إلى التسجيل. وتظهر هذه الحساسية في نمط التقاط الصوت الفصي المرتبط عادةً بهذه الميكروفونات.

تصميمات خاصة بالتطبيقات

صُمم ميكروفون الياقة للتشغيل دون استخدام اليدين. تُرتدى هذه الميكروفونات الصغيرة على الجسم. في الأصل، كانت تُثبّت بحبل يُلفّ حول الرقبة، ولكن في الغالب تُثبّت على الملابس بمشبك أو دبوس أو شريط لاصق أو مغناطيس. يمكن إخفاء سلك الياقة تحت الملابس، ويمكن توصيله إما بجهاز إرسال لاسلكي في الجيب أو تثبيته على الحزام (للاستخدام المتنقل)، أو توصيله مباشرةً بجهاز المزج (للاستخدام الثابت).

ينقل الميكروفون اللاسلكي الصوت كإشارة راديوية أو ضوئية بدلاً من نقله عبر كابل. ترسل معظم الميكروفونات اللاسلكية الاحترافية إشارتها باستخدام جهاز إرسال راديوي صغير إلى جهاز استقبال قريب متصل بنظام الصوت.

يلتقط الميكروفون التلامسي الاهتزازات مباشرةً من سطح صلب أو جسم ما، على عكس الاهتزازات الصوتية التي تنتقل عبر الهواء. يُستخدم هذا النوع من الميكروفونات للكشف عن الأصوات الخافتة جدًا، مثل تلك الصادرة عن الأجسام الصغيرة أو الحشرات . يتكون الميكروفون عادةً من محول طاقة مغناطيسي (ملف متحرك)، ولوحة تلامس، ودبوس تلامس. توضع لوحة التلامس مباشرةً على الجزء المهتز من آلة موسيقية أو أي سطح آخر، وينقل دبوس التلامس الاهتزازات إلى الملف. وقد استُخدمت الميكروفونات التلامسية لالتقاط صوت نبضات قلب الحلزون وخطوات النمل. وقد طُوّر مؤخرًا إصدار محمول من هذا الميكروفون.

الميكروفون الحلقي هو نوع من الميكروفونات اللاصقة يلتقط الكلام مباشرة من حلق الشخص، حيث يُثبّت عليه. وهذا يسمح باستخدام الجهاز في الأماكن ذات الأصوات المحيطة التي قد تجعل المتحدث غير مسموع لولا ذلك.

عاكس مكافئ من سوني، بدون ميكروفون. سيواجه الميكروفون سطح العاكس، وسيرتد الصوت الذي يلتقطه العاكس باتجاه الميكروفون.

يستخدم الميكروفون المكافئ عاكسًا مكافئًا لتجميع وتركيز الموجات الصوتية على مستقبل الميكروفون، تمامًا كما يفعل الهوائي المكافئ (مثل طبق استقبال الأقمار الصناعية ) مع موجات الراديو. تشمل الاستخدامات الشائعة لهذا الميكروفون، الذي يتميز بحساسية أمامية عالية جدًا وقدرته على التقاط الأصوات من مسافات بعيدة، تسجيلات الطبيعة، والفعاليات الرياضية الخارجية، والتنصت ، وإنفاذ القانون ، وحتى التجسس . لا تُستخدم الميكروفونات المكافئة عادةً في تطبيقات التسجيل القياسية، نظرًا لضعف استجابتها للترددات المنخفضة كأثر جانبي لتصميمها.

الميكروفون الحدودي (أو ميكروفون منطقة الضغط) عبارة عن كبسولة أو أكثر من كبسولات الميكروفونات المكثفة الصغيرة متعددة الاتجاهات أو القلبية الشكل ، توضع بالقرب من أو بمحاذاة حدود (سطح) مثل الأرضية أو الطاولة أو الجدار. تُثبّت الكبسولة (أو الكبسولات) عادةً في لوحة مسطحة أو غلاف. يوفر هذا الترتيب نمط التقاط اتجاهي في نصف الفضاء مع تقديم إشارة خرج متماسكة الطور نسبيًا .

يجمع الميكروفون الاستريو بين ميكروفونين في وحدة واحدة لإنتاج إشارة صوتية ستيريو. يُستخدم الميكروفون الاستريو غالبًا في تطبيقات البث أو التسجيل الميداني، حيث يكون من غير العملي استخدام ميكروفونين مكثفين منفصلين في تكوين XY التقليدي (انظر قسم ممارسات الميكروفونات ) للتسجيل الستيريو. تتميز بعض هذه الميكروفونات بزاوية تغطية قابلة للتعديل بين القناتين.

الميكروفون المانع للضوضاء هو تصميم عالي التوجيه مُصمم خصيصًا للبيئات الصاخبة. يُستخدم في قمرات قيادة الطائرات، حيث يُركّب عادةً كميكروفونات ذراع على سماعات الرأس. كما يُستخدم أيضًا في دعم العروض الحية على مسارح الحفلات الموسيقية الصاخبة للمغنين المشاركين في العروض الحية . تجمع العديد من الميكروفونات المانعة للضوضاء الإشارات الواردة من غشائين كهربائيين متعاكسين أو تتم معالجتها إلكترونيًا. في تصميمات الغشائين، يُركّب الغشاء الرئيسي بالقرب من مصدر الصوت، بينما يُوضع الغشاء الثاني بعيدًا عنه لالتقاط الأصوات المحيطة وطرحها من إشارة الغشاء الرئيسي. بعد دمج الإشارتين، تُخفّض الأصوات الأخرى غير المصدر الرئيسي بشكل كبير، مما يزيد من وضوح الصوت بشكل ملحوظ. تستخدم تصميمات أخرى مانعة للضوضاء غشاءً واحدًا يتأثر بفتحات مفتوحة على جانبي الميكروفون وخلفه، مما يؤدي إلى  خفض مستوى الصوت البعيد بمقدار 16 ديسيبل. وقد تم استخدام تصميم سماعة رأس واحدة مانعة للضوضاء من شركة Crown باستخدام غشاء واحد بشكل بارز من قبل فنانين صوتيين مثل غارث بروكس وبريتني سبيرز وجانيت جاكسون . [ 64 ]

تقنيات الميكروفون الاستريو

تُستخدم تقنيات قياسية متنوعة مع الميكروفونات المستخدمة في تضخيم الصوت في العروض الحية، أو للتسجيل في الاستوديو أو في مواقع تصوير الأفلام. ومن خلال ترتيب مناسب لميكروفون واحد أو أكثر، يمكن الحفاظ على الخصائص المرغوبة للصوت المراد تسجيله، مع التخلص من الأصوات غير المرغوبة.

تزويد الطاقة

تتطلب الميكروفونات التي تحتوي على دوائر إلكترونية فعّالة، مثل معظم ميكروفونات المكثف، طاقة لتشغيل مكوناتها الفعّالة. استخدمت أولى هذه الميكروفونات دوائر الصمامات المفرغة مع وحدة تزويد طاقة منفصلة، ​​باستخدام كابل وموصل متعدد الأطراف. مع ظهور تقنية التضخيم الإلكتروني، انخفضت متطلبات الطاقة بشكل كبير، وأصبح من العملي استخدام نفس موصلات الكابل والموصل للصوت والطاقة. خلال ستينيات القرن الماضي، طُوّرت عدة طرق لتزويد الميكروفونات بالطاقة، وخاصة في أوروبا. عُرّفت الطريقتان الرئيسيتان في البداية في المواصفة الألمانية DIN 45595 باسم Tonaderspeisung أو T-power، وفي المواصفة DIN 45596 باسم طاقة الفانتوم. منذ ثمانينيات القرن الماضي، أصبحت طاقة الفانتوم أكثر شيوعًا، لأنه يمكن استخدام نفس المدخل لكل من الميكروفونات المزودة بالطاقة والميكروفونات غير المزودة بها. في الأجهزة الإلكترونية الاستهلاكية مثل كاميرات DSLR وكاميرات الفيديو، يُعدّ توصيل الميكروفونات بمقبس الهاتف 3.5 مم أكثر شيوعًا  . تم وصف الطاقة الوهمية والطاقة T والطاقة القابلة للتوصيل في المعيار الدولي IEC 61938. [ 65 ]

الموصلات والاتصال

ميكروفون سامسون مزود بموصل USB
الرمز الإلكتروني للميكروفون

أكثر أنواع الموصلات شيوعًا المستخدمة في الميكروفونات هي:

  • موصل XLR ذكر في الميكروفونات الاحترافية
  • تستخدم ميكروفونات الموسيقيين الأقل تكلفة موصل هاتف بقطر 6.35  مم (يُشار إليه أحيانًا بقطر 1/4 بوصة ) ،  وهوموصل هاتف غير متوازن من نوع TS (طرف وغلاف) بقطر 6.35 مم (1/4 بوصة ) . وتستخدم ميكروفونات الهارمونيكا عادةً موصل TS عالي المقاومة بقطر 6.35 مم (1/4 بوصة ) لتوصيلها بمضخمات صوت الجيتار.   
  •  قابس هاتف صغير TRS (طرف، حلقة، وغطاء) ستيريو 3.5 مم (يشار إليه أحيانًا باسم 1/8 بوصة صغير ) (متوفر أيضًا كـ TS أحادي) على كاميرات المستخدمين المحترفين، وأجهزة التسجيل، وميكروفونات الكمبيوتر. 
  • تتيح تقنية USB الاتصال المباشر بأجهزة الكمبيوتر. تقوم الإلكترونيات الموجودة في هذه الميكروفونات، والتي يتم تشغيلها عبر وصلة USB، بإجراء عملية التضخيم المسبق وتحويل الإشارة التناظرية إلى رقمية قبل نقل بيانات الصوت الرقمية عبر واجهة USB.

تستخدم بعض الميكروفونات موصلات أخرى، مثل موصل XLR ذي الخمسة دبابيس أو موصل XLR صغير، للتوصيل بالأجهزة المحمولة. بينما تستخدم بعض ميكروفونات الياقة (أو ميكروفونات الطية ، نسبةً إلى أيام تثبيت الميكروفون على طية سترة مراسل الأخبار ) موصلًا خاصًا للتوصيل بجهاز إرسال لاسلكي، مثل جهاز الراديو . ومنذ عام 2005، بدأت تظهر ميكروفونات احترافية مزودة بوصلات USB، مصممة للتسجيل المباشر في برامج الكمبيوتر.

جسر المعاوقة

عند اختيار مضخم أولي لميكروفون معين، يجب معرفة معاوقة الميكروفون . المعاوقة خاصية كهربائية تعتمد على التردد، تُقاس بالأوم  (Ω)، وتربط الجهد بالتيار. عندما لا يكون نقل الطاقة هو الهدف ، تُنقل الإشارات عادةً على شكل جهود متغيرة، وهذا ينطبق أيضًا على الميكروفونات. للحصول على أعلى سعة للإشارة، تُستخدم طريقة تُسمى توصيل المعاوقة . في هذا التكوين، يجب أن تكون معاوقة خرج الميكروفون ضئيلة مقارنةً بمعاوقة دخل المضخم الأولي (عمليًا، يُوصى بأن تكون معاوقة المضخم الأولي أكبر بعشر مرات على الأقل من معاوقة الميكروفون). وبذلك، يتم تخفيف الإشارة بأقل قدر ممكن، ولا يُستهلك أي طاقة تقريبًا في هذه العملية. [ 66 ]

يُعدّ مطابقة المعاوقة البديل الرئيسي لتقنية توصيل المعاوقة، إذ تُحسّن هذه التقنية نقل الطاقة إلى أقصى حدّ ممكن عند معاوقة مصدر مُحدّدة. إلا أن هذه التقنية لم تعد مُجدية منذ أوائل القرن العشرين، حين كانت المُضخّمات باهظة الثمن وتُنتج كمية كبيرة من الحرارة. ولتقليل عدد المُضخّمات في خطوط الهاتف، كان لا بدّ من تقليل فقد الطاقة إلى أدنى حدّ، لذا تمّت مُطابقة معاوقات المصدر والحمل. ومن عيوب مطابقة المعاوقة  فقدان الإشارة بمقدار 6 ديسيبل، حيث يظهر نصف مستوى الجهد فقط عند مدخل المُضخّم الأولي. [ 66 ] مع ذلك، تُعدّ بعض الميكروفونات الشريطية والديناميكية استثناءً من ذلك، وذلك لافتراض المُصمّمين أن معاوقة حمل مُحدّدة تُشكّل جزءًا من دائرة التخميد الكهروصوتي الداخلية للميكروفون. [ 67 ]

تختلف معاوقات الميكروفونات اختلافًا كبيرًا، ويعتمد ذلك على تصميمها. في الميكروفونات السلبية، ترتبط هذه القيمة ارتباطًا وثيقًا بمعاوقة الملف (أو آلية مشابهة). أما في الميكروفونات النشطة، فتصف هذه القيمة معاوقة خرج دائرة التضخيم الداخلية.

تُعتبر المقاومة المنخفضة أقل من 600  أوم. وتُعتبر المقاومة المتوسطة بين 600  أوم و10  كيلو أوم. أما المقاومة العالية فهي أعلى من 10 كيلو أوم. وبفضل مكبر الصوت  المدمج فيها ، تتراوح مقاومة خرج ميكروفونات المكثف عادةً بين 50 و200 أوم. [ 66 ] [ 68 ] 

واجهة ميكروفون رقمية

ميكروفون رقمي من نوع Neumann D-01 وواجهة ميكروفون رقمي USB من نوع Neumann DMI-8 ذات 8 قنوات

يُعرّف معيار AES42 ، الصادر عن جمعية هندسة الصوت ، واجهة رقمية للميكروفونات. تُخرج الميكروفونات المتوافقة مع هذا المعيار إشارة صوتية رقمية مباشرةً عبر موصل XLR أو XLD ذكر، بدلاً من إخراج إشارة تناظرية. يمكن استخدام الميكروفونات الرقمية إما مع أجهزة جديدة مزودة بوصلات إدخال مناسبة تتوافق مع معيار AES42، أو عبر وحدة واجهة مناسبة. تتوفر الآن ميكروفونات بجودة الاستوديو تعمل وفقًا لمعيار AES42 من عدد من مصنعي الميكروفونات.

القياسات والمواصفات

مقارنة استجابة التردد المحوري في المجال البعيد لميكروفون أوكتافا 319 وميكروفون شور SM58

بسبب اختلاف تصميمها، تتميز الميكروفونات باستجابات صوتية فريدة. ينتج عن هذا الاختلاف في الاستجابة تباين في الطور والتردد . إضافةً إلى ذلك، لا تتمتع الميكروفونات بحساسية متساوية لضغط الصوت، ويمكنها استقبال مستويات صوتية متفاوتة دون تشويه. على الرغم من أن الميكروفونات ذات الاستجابة الأكثر تجانسًا مرغوبة في التطبيقات العلمية، إلا أن هذا ليس هو الحال غالبًا في تسجيل الموسيقى، حيث يمكن أن تُضفي الاستجابة غير المتجانسة للميكروفون لونًا مرغوبًا على الصوت. يوجد معيار دولي لمواصفات الميكروفونات [69]، لكن قلة من المصنّعين يلتزمون به. ونتيجةً لذلك، يصعب مقارنة البيانات المنشورة من مختلف المصنّعين نظرًا لاختلاف تقنيات القياس المستخدمة. مع ذلك، ينبغي توخي الحذر عند استخلاص أي استنتاجات قاطعة من هذه البيانات أو أي بيانات منشورة أخرى، ما لم يكن معروفًا أن المصنّع قدّم مواصفاته وفقًا للمعيار IEC  60268-4.

يُظهر مخطط استجابة التردد حساسية الميكروفون بالديسيبل ضمن نطاق ترددي (عادةً من 20  هرتز إلى 20  كيلوهرتز)، وذلك عادةً للصوت المحوري تمامًا (أي الصوت الواصل بزاوية 0° إلى الكبسولة). قد تُذكر استجابة التردد بشكل أقل دقةً نصيًا، كما يلي: 30  هرتز - 16  كيلوهرتز  ±3  ديسيبل. يُفسر هذا على أنه رسم بياني خطي شبه مسطح بين الترددات المذكورة، مع اختلافات في السعة لا تتجاوز ±3  ديسيبل. مع ذلك، لا يمكن تحديد مدى سلاسة هذه الاختلافات، ولا في أي أجزاء من الطيف الترددي تحدث. تجدر الإشارة إلى أن العبارات الشائعة مثل "20  هرتز - 20  كيلوهرتز" لا معنى لها دون قياس التفاوت بالديسيبل. تختلف استجابة تردد الميكروفونات الاتجاهية اختلافًا كبيرًا باختلاف المسافة من مصدر الصوت، وباختلاف هندسة مصدر الصوت. ينص معيار IEC  60268-4 على ضرورة قياس استجابة التردد في ظروف الموجة المستوية التقدمية (على مسافة بعيدة جدًا من المصدر)، إلا أن هذا نادرًا ما يكون عمليًا. يمكن قياس الميكروفونات المستخدمة في المحادثات القريبة باستخدام مصادر صوتية ومسافات مختلفة، ولكن لا يوجد معيار موحد، وبالتالي لا توجد طريقة لمقارنة البيانات من نماذج مختلفة ما لم يتم وصف تقنية القياس.

مستوى الضوضاء الذاتية، أو مستوى الضوضاء المدخلة المكافئ، هو مستوى الصوت الذي يُنتج نفس جهد الخرج الذي يُنتجه الميكروفون في غياب الصوت. يُمثل هذا أدنى نقطة في النطاق الديناميكي للميكروفون، وهو أمر بالغ الأهمية عند الرغبة في تسجيل أصوات هادئة. يُقاس هذا المستوى عادةً بوحدة ديسيبل (A) ، وهي شدة الضوضاء المكافئة على مقياس الديسيبل، مع مراعاة الترددات المُرجحة لكيفية سماع الأذن، على سبيل المثال: 15  ديسيبل (A) (مستوى ضغط الصوت مُقاسًا بوحدة 20 ميكروباسكال). كلما انخفض الرقم كان ذلك أفضل. تُحدد بعض الشركات المصنعة للميكروفونات مستوى الضوضاء باستخدام معيار ITU-R 468، الذي يُمثل بدقة أكبر طريقة سماعنا للضوضاء، ولكنه يُعطي قيمة أعلى بحوالي 11-14 ديسيبل. عادةً ما يُقاس مستوى الضوضاء في الميكروفون الهادئ بـ 20 ديسيبل ( A ) أو 32 ديسيبل (A) وفقًا لمعيار 468. توجد منذ سنوات ميكروفونات فائقة الهدوء لتطبيقات خاصة، مثل ميكروفون Brüel & Kjaer 4179، الذي يبلغ مستوى ضوضائه حوالي 0 ديسيبل. ومؤخرًا، طُرحت في سوق الاستوديوهات والترفيه ميكروفونات أخرى بمواصفات ضوضاء منخفضة، مثل موديلات من Neumann وRøde تُعلن عن مستويات ضوضاء تتراوح بين 5 و7 ديسيبل. ويتحقق ذلك عادةً بتعديل استجابة التردد للكبسولة والإلكترونيات لتقليل الضوضاء ضمن منحنى الترجيح A، مع إمكانية زيادة الضوضاء واسعة النطاق.      

يُعدّ مستوى التشويش مؤشرًا هامًا لأقصى مستوى صوت قابل للاستخدام، حيث أن نسبة التشوه التوافقي الكلي (THD) البالغة 1%، والتي تُذكر عادةً ضمن أقصى مستوى ضغط صوتي (SPL)، تُعتبر في الواقع مستوىً طفيفًا جدًا من التشوه، يكاد يكون غير مسموع، خاصةً عند الذروات العالية القصيرة. أما التشويش فهو أكثر وضوحًا. بالنسبة لبعض الميكروفونات، قد يكون مستوى التشويش أعلى بكثير من أقصى مستوى ضغط صوتي.

النطاق الديناميكي للميكروفون هو الفرق في مستوى ضغط الصوت بين مستوى الضوضاء الأساسي وأقصى مستوى ضغط صوت. إذا ذُكر وحده، على سبيل المثال "120  ديسيبل"، فإنه ينقل معلومات أقل بكثير من معرفة قيم الضوضاء الذاتية وأقصى مستوى ضغط صوت بشكل منفصل.

تشير الحساسية إلى مدى كفاءة الميكروفون في تحويل الضغط الصوتي إلى جهد خرج. يُنتج الميكروفون ذو الحساسية العالية جهدًا أكبر، وبالتالي يحتاج إلى تضخيم أقل في جهاز المزج أو التسجيل. هذا عامل عملي مهم، ولكنه ليس مؤشرًا مباشرًا على جودة الميكروفون، وفي الواقع، يُعد مصطلح "الحساسية" تسمية غير دقيقة، إذ قد يكون "كسب التحويل" أكثر دلالة (أو ببساطة " مستوى الخرج ")، لأن الحساسية الحقيقية تُحدد عادةً بمستوى الضوضاء ، والحساسية المفرطة من حيث مستوى الخرج تُؤثر سلبًا على مستوى التشويش. هناك مقياسان شائعان. المعيار الدولي (المفضل) يُقاس بالمللي فولت لكل باسكال عند تردد 1  كيلو هرتز. تشير القيمة الأعلى إلى حساسية أكبر. أما الطريقة الأمريكية الأقدم فتُقاس بمعيار 1  فولت/باسكال، وتُقاس بالديسيبل، مما ينتج عنه قيمة سالبة. مرة أخرى، تشير القيمة الأعلى إلى حساسية أكبر، لذا فإن -60  ديسيبل أكثر حساسية من -70  ديسيبل.

ميكروفونات القياس

ميكروفون مكثف AKG C214 مزود بحامل مضاد للاهتزاز

تُستخدم بعض الميكروفونات لاختبار مكبرات الصوت، وقياس مستويات الضوضاء، وتقييم التجربة الصوتية كميًا. وهي عبارة عن محولات طاقة مُعايرة، وعادةً ما تُرفق بشهادة معايرة تُحدد حساسيتها المطلقة للتردد. غالبًا ما يُشار إلى جودة ميكروفونات القياس باستخدام التصنيفات: الفئة 1، النوع 2، وما إلى ذلك، وهي لا تُشير إلى مواصفات الميكروفون، بل إلى أجهزة قياس مستوى الصوت . [ 70 ] وقد اعتُمد مؤخرًا معيار أكثر شمولًا [ 71 ] لوصف أداء ميكروفونات القياس.

تُعتبر ميكروفونات القياس عمومًا مجسات قياسية للضغط ؛ فهي تُظهر استجابة شاملة الاتجاهات، لا يحدها سوى توزيع التشتت لأبعادها الفيزيائية. تتطلب قياسات شدة الصوت أو قدرة الصوت قياسات تدرج الضغط، والتي تُجرى عادةً باستخدام مصفوفات من ميكروفونين على الأقل، أو باستخدام مقاييس سرعة الرياح السلكية الساخنة .

معايرة

لإجراء قياس علمي باستخدام الميكروفون، يجب معرفة حساسيته بدقة (بالفولت لكل باسكال ). ونظرًا لاحتمالية تغير هذه الحساسية مع مرور الوقت، فمن الضروري معايرة ميكروفونات القياس بانتظام. تُقدم هذه الخدمة من قِبل بعض مصنعي الميكروفونات ومختبرات اختبار معتمدة مستقلة. وتخضع جميع عمليات معايرة الميكروفونات في نهاية المطاف لمعايير أساسية في معاهد قياس وطنية، مثل المختبر الفيزيائي الوطني (NPL) في المملكة المتحدة، ومعهد الاختبارات والتقييم (PTB) في ألمانيا ، والمعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا (NIST) في الولايات المتحدة، والتي تعتمد في الغالب على معيار التبادلية الأساسي للمعايرة. ويمكن استخدام ميكروفونات القياس التي تمت معايرتها بهذه الطريقة لمعايرة ميكروفونات أخرى باستخدام تقنيات المعايرة المقارنة.

اعتمادًا على التطبيق، يجب اختبار ميكروفونات القياس بشكل دوري (كل عام أو عدة أشهر، عادةً) وبعد أي حدث قد يكون ضارًا، مثل السقوط (تأتي معظم هذه الميكروفونات في حقائب مبطنة بالإسفنج لتقليل هذا الخطر) أو التعرض لأصوات تتجاوز المستوى المقبول.

المصفوفات

مصفوفة الميكروفونات هي أي عدد من الميكروفونات التي تعمل بالتزامن . ولها تطبيقات عديدة:

عادةً، تتكون المصفوفة من ميكروفونات متعددة الاتجاهات موزعة حول محيط المكان، ومتصلة بجهاز كمبيوتر يقوم بتسجيل النتائج وتفسيرها في شكل متماسك.

الزجاج الأمامي

ميكروفون بدون واقي الرياح

توفر واقيات الرياح (أو ما يُعرف أيضًا بالزجاج الأمامي ) وسيلةً للحد من تأثير الرياح على الميكروفونات. فبينما توفر واقيات الصوت حمايةً من الرياح أحادية الاتجاه، تحمي القبعات الإسفنجية شبكة الميكروفون من الرياح من جميع الاتجاهات، أما الأغطية الكبيرة فتُحيط بالميكروفون بالكامل وتحمي هيكله أيضًا. وهذا الأخير مهمٌ للغاية، لأنه نظرًا لمحتوى الترددات المنخفضة للغاية لضوضاء الرياح، فإن الاهتزازات التي تحدث في هيكل الميكروفون قد تُساهم بشكلٍ كبير في مستوى الضوضاء الصادرة.

صُممت مادة الحماية المستخدمة - سواء كانت شبكًا سلكيًا أو قماشًا أو إسفنجًا - لتكون ذات مقاومة صوتية عالية. يمكن لتغيرات ضغط الهواء ذات السرعة المنخفضة نسبيًا، والتي تُشكل الموجات الصوتية، أن تمر عبرها بأقل قدر من التوهين، بينما تُعاق الرياح ذات السرعة العالية بدرجة أكبر بكثير. يؤدي زيادة سُمك المادة إلى زيادة توهين الرياح، ولكنه يبدأ أيضًا في التأثير سلبًا على محتوى الصوت عالي التردد. هذا يُحد من الحجم العملي لشاشات الإسفنج البسيطة. في حين أن الإسفنج والشبكات السلكية يمكن أن تكون ذاتية الدعم جزئيًا أو كليًا، فإن الأقمشة الناعمة والشاش تتطلب الشد على إطارات أو التغليف بعناصر هيكلية أكثر خشونة.

بما أن ضوضاء الرياح تتولد جميعها عند أول سطح يصطدم به الهواء، فكلما زادت المسافة بين محيط الحاجز وكبسولة الميكروفون، زاد تخفيف الضوضاء. بالنسبة لحاجز كروي تقريبًا، يزداد التخفيف بمقدار مكعب تلك المسافة تقريبًا. مع الحواجز الهوائية الكاملة، يوجد تأثير إضافي لغرفة الضغط، شرحه يورغ ووتكه لأول مرة [ 72 ] ، والذي يسمح، بالنسبة للميكروفونات ثنائية المنافذ (تدرج الضغط)، للحاجز والميكروفون معًا بالعمل كمرشح صوتي عالي التردد.

بما أن الاضطراب على سطح ما هو مصدر ضوضاء الرياح، فإن تقليل الاضطراب الكلي يُسهم في خفض الضوضاء. وقد استُخدمت بنجاح كل من الأسطح الملساء ديناميكيًا هوائيًا والأسطح التي تمنع تكوّن الدوامات القوية. تاريخيًا، أثبت الفراء الصناعي فائدته الكبيرة لهذا الغرض، إذ تُنتج أليافه اضطرابًا دقيقًا وتمتص الطاقة بصمت. وإذا لم تتشابك ألياف الفراء بفعل الرياح والأمطار، فإنها تكون شفافة صوتيًا، لكن الطبقة الخلفية المنسوجة أو المحبوكة تُخفف الضوضاء بشكل ملحوظ. ومع ذلك، يُعاني هذا النوع من المواد من صعوبة تصنيعه باستمرار وصعوبة الحفاظ عليه في حالة ممتازة في الموقع. لذا، ثمة اهتمام بالتخلي عن استخدامه. [ 73 ]

مغني ومرشح صوت فرقعة القرص أمام ميكروفون مكثف ذي غشاء كبير

انظر أيضاً

ملحوظات

  1. ↑ يُستبدل التهجئة القياسية القديمة "mike" ، التي تعود إلى عشرينيات القرن الماضي، للاسم المختصر غير الرسمي - باتباع نفس المبدأ الإملائي لكلمة "bike " بدلاً من "bicycle" - غالبًا بالتهجئة الأحدث "mic" ، التي شاع استخدامها بين مهندسي الصوت في ستينيات القرن الماضي. في عام 2010، عدّل دليل أسلوب وكالة أسوشيتد برس تهجئته القياسية للمصطلح من "mike" إلى "mic" ، مع الإبقاء على "miced" في تهجئة اسم المفعول من الفعل " to mic/mike" (بدلاً من التهجئة غير المألوفة "miced" أو "mic'd "). [ 2 ] [ 3 ]
  2. ↑ ومن الأمثلة على ذلك طرطرات البوتاسيوم والصوديوم ، وهي بلورة كهرضغطية تعمل كمحول طاقة، سواء كميكروفون أو كمكون مكبر صوت رفيع.

مراجع

  1. ↑ زيمر، بن (29 يوليو 2010). "كيف ينبغي اختصار كلمة 'ميكروفون'؟" . صحيفة نيويورك تايمز . تم الاطلاع عليه في 10 سبتمبر 2010 .
  2. ↑ أوكرنت، أريكا (20 يوليو 2015). "هل الميكروفون 'ميكروفون' أم 'مايك'؟" . مينتال فلوس . تم الاسترجاع في 13 فبراير 2024 .
  3. ↑ عبادي، مارك (20 نوفمبر 2017). "الجميع ينتقد ترامب لكتابته 'مايك' بدلاً من 'ميك' - ولكن إليكم سبب صحة ترامب" . بزنس إنسايدر . تم الاطلاع عليه في 13 فبراير 2014 .
  4. ↑ مونتغمري، هنري سي. (1959). "التضخيم والصوت عالي الدقة في المسرح اليوناني". المجلة الكلاسيكية . 54 (6): 242-245 . JSTOR 3294133 . 
  5. ↑ ماكفي، دانيال. "تاريخ مبكر للهاتف 1664-1866" . OceanOfK.org . محيط المعرفة. الجزء 1. مؤرشف من الأصل في 3 سبتمبر 2003. تم الاطلاع عليه في 5 نوفمبر 2025 .
  6. ↑ لاندر، جاك (1 يوليو 2017). "من اخترع الهاتف؟" . مجلة المخترعين . مؤرشف من الأصل في 1 ديسمبر 2022.
  7. ↑ ماكلويد، إليزابيث (1999). ألكسندر غراهام بيل: حياة مبتكرة . تورنتو: دار نشر كيدز كان.
  8. ↑ ناهين، بول ج. (2002). أوليفر هيفسايد: حياة وعمل وعصر عبقري كهربائي من العصر الفيكتوري . مطبعة جامعة جونز هوبكنز. ص 67. ISBN  9780801869099.
  9. ↑ إستريتش، بوب. "ديفيد إدوارد هيوز" . مؤرشف من الأصل في 1 نوفمبر 2019. تم الاسترجاع في 30 ديسمبر 2013 .
  10. 1 2 هوردمان، أنطون (2003). التاريخ العالمي للاتصالات السلكية واللاسلكية . جون وايلي وأولاده.
  11. ↑ "ديفيد هيوز" . موسوعة بريتانيكا . تم الاطلاع عليه في 17 ديسمبر 2012 .
  12. ↑ وايل، فريدريك ويليام 1926 إميل برلينر: صانع الميكروفون، شركة بوبس-ميريل للنشر، إنديانابوليس
  13. ↑ "ديفيد إدوارد هيوز: عازف كونشرتين ومخترع" (ملف PDF) . مؤرشف من الأصل (ملف PDF) في 31 ديسمبر 2013. تم الاطلاع عليه في 17 ديسمبر 2012 .
  14. 1 2 روبجونز، هيو (2001). "تاريخ موجز للميكروفونات" (ملف PDF) . كتاب بيانات الميكروفونات . مؤرشف من الأصل (ملف PDF) في 25 نوفمبر 2010.
  15. ↑ شويرتلي، سكوت. "تاريخ الميكروفون" . Ethos3.com . تم الاطلاع عليه في 9 مايو 2023 .
  16. ↑ فاجن، دكتور في الطب. تاريخ الهندسة والعلوم في نظام بيل: السنوات الأولى (1875-1925). نيويورك: مختبرات بيل للهواتف، 1975
  17. ↑ هينيسي، برايان (2005). ظهور البث الإذاعي والتلفزيوني في بريطانيا . ساوثرلي. ISBN 9780955140808.
  18. ↑ "المغناطيس المغناطيسي ماركوني-سايكس" . تم الاطلاع عليه في 18 يونيو 2018 .
  19. ↑ "1931 هاري ف. أولسون وليس أندرسون، ميكروفون شريطي من طراز RCA 44" . مجلة ميكس . 1 سبتمبر 2006. مؤرشف من الأصل في 24 مارس 2008. تم الاطلاع عليه في 10 أبريل 2013 .
  20. ↑ ويب، جيم. "اثنا عشر ميكروفونًا صنعت التاريخ" (ملف PDF) . جمعية هندسة الصوت . تم الاطلاع عليه في 11 نوفمبر 2025 .
  21. ↑ «يفوز ميكروفون Electro-Voice موديل 642 Cardiline بأول جائزة أوسكار لتصميم الميكروفونات منذ 22 عامًا!» (ملف PDF) . مجلة الصوت . يونيو 1963. صفحة 58. تاريخ الاطلاع: 25 سبتمبر 2025 . 
  22. ↑ بيترسن، جورج (سبتمبر 2004). "قاعة مشاهير التكنولوجيا، 1877-1950" . ميكس . تم الاسترجاع في 11 نوفمبر 2025 .
  23. ↑ "مختبرات بيل وتطوير التسجيل الكهربائي" . Stokowski.org (موقع ليوبولد ستوكوفسكي) . مؤرشف من الأصل في 21 يونيو 2023.
  24. ↑ "أنواع مختلفة من الميكروفونات ومتى يتم استخدامها" . مجلة العلوم الشعبية .
  25. ↑ "المحول الكهروميكانيكي" . بريتانيكا . تم الاطلاع عليه في 2 يونيو 2024 .
  26. ↑ سيسلر، جي إم؛ ويست، جي إي (1962). "ميكروفون مكثف ذاتي التحيز ذو سعة عالية". مجلة الجمعية الصوتية الأمريكية . 34 (11): 1787-1788 . رمز Bibcode : 1962ASAJ...34.1787S . doi : 10.1121/1.1909130 .
  27. ↑ فان راين، آري. "الدوائر المتكاملة لميكروفونات الإلكتريت عالية الأداء" . ناشيونال سيميكوندكتور. مؤرشف من الأصل في 19 أغسطس 2010.
  28. ↑ معهد بي في أمستردام، إس إيه إي. "الميكروفونات" . التعليم الإعلامي الإبداعي العملي . تم الاطلاع عليه في 7 مارس 2014 .
  29. ↑ "الشركات المحلية تعزف على أوتار الابتكار الموسيقي الحقيقي" . مجلة ماس هاي تك: مجلة تكنولوجيا نيو إنجلاند . 8 فبراير 2008. مؤرشف من الأصل في 19 فبراير 2008.
  30. ↑ "ميكروفون بوديه" . Machine-History.com . مؤرشف من الأصل في 22 أغسطس 2015.
  31. ↑ "مرحل هاتفي من نوع براون G مملوك لإدوين هوارد أرمسترونغ" . المتحف الوطني للتاريخ الأمريكي . تم الاطلاع عليه في 15 يونيو 2022 .
  32. ↑ لي، وون سيوب؛ لي، سيونغ س. (2008). "ميكروفون كهرضغطية مبني على غشاء دائري" (ملف PDF) . أجهزة الاستشعار والمحركات أ . 144 (2): 367-373 . رمز Bibcode : 2008SeAcA.144..367L . doi : 10.1016/j.sna.2008.02.001 . مؤرشف من الأصل (ملف PDF) في 17 يوليو 2013. تم الاطلاع عليه في 28 مارس 2023 .
  33. ↑ باريتسكي، ألكسندر؛ كوتس، أ. (1997). "ميكروفون الألياف الضوئية كتطبيق عملي لمستشعرات تحديد المواقع بالألياف الضوئية" . في: شلادوف، إسحاق؛ روتمان، ستانلي ر. (محرران). الاجتماع العاشر للهندسة البصرية في إسرائيل . وقائع SPIE. المجلد 3110. بيلينجهام، واشنطن، الولايات المتحدة الأمريكية: الجمعية الدولية للهندسة البصرية. الصفحات 408-409 . Bibcode : 1997SPIE.3110..408P . doi : 10.1117/12.281371 . ISBN   9780819425324. S2CID 110338054 . 
  34. ↑ US 6462808 ، ألكسندر باريتسكي وألكسندر كوتس، "ميكروفون/مستشعر بصري صغير"، نُشر في 8 أكتوبر 2002 
  35. ↑ كارلين، سوزان. "دراسة حالة: هل تسمعني الآن؟" . RT-Image.com . دار نشر فالي فورج. مؤرشف من الأصل في 15 يوليو 2011.
  36. ↑ غولد، بيرغ (9 فبراير 2017). "أفضل 15 ميكروفونًا للكمبيوتر" . موقع مايكروفون توب جير . تم الاطلاع عليه في 20 مارس 2023 .
  37. ↑ فيشر، بالتازار: "ميكروفون بصري يسمع الموجات فوق الصوتية". Nature Photonics 10 ، 356-358 (2016).
  38. ↑ بريسر، ستيفان وآخرون: "مستشعر بصري بالكامل عالي الحساسية غير حركي للكشف عن الموجات فوق الصوتية والتصوير الصوتي الضوئي". مجلة البصريات الطبية الحيوية 7(10) ، 4171-4186 (2016).
  39. ↑ هايندل، ريتشارد وآخرون: رسائل البصريات 42(21) ، 4319-4322 (2017).
  40. ↑ م. براونز، ماتياس، لوكينغ، فابيان وآخرون: تقييم المواد 01/2021 : الصوتيات المُثارة بالليزر للفحص غير التلامسي للمواد المركبة في صناعة الطيران
  41. ↑ غريفين (21 سبتمبر 2009). "الصوت التالي الذي ستسمعه: تقنية دقيقة بالليزر - القفزة التطورية التالية في تكنولوجيا الميكروفونات" . MixOnline.com . تم الاطلاع عليه في 15 مايو 2026 .
  42. ↑ روز، بروس (8 يناير 2019). "مقارنة بين ميكروفونات MEMS وميكروفونات المكثف الإلكتروني (ECM)" . CUIDevices.com . تم الاطلاع عليه في 27 مارس 2023 .
  43. ↑ "شركة سيروس لوجيك تُكمل استحواذها على شركة وولفسون مايكروإلكترونيكس" . موقع ماركت ووتش . تم الاطلاع عليه بتاريخ 21 أغسطس 2014 .
  44. ↑ «شركة Analog Devices ستبيع خط إنتاج الميكروفونات لشركة InvenSense» (بيان صحفي). Analog Devices . تاريخ الاطلاع: 27 نوفمبر 2015 .
  45. ↑ كاستيلانو، روبرت (23 أغسطس 2009). "ميكروفونات MEMS ستتأثر سلبًا بتراجع سوق الهواتف الذكية" . سيكينج ألفا . تم الاطلاع عليه بتاريخ 23 أغسطس 2009 .
  46. ↑ "شركة أومرون ستطلق الإنتاج الضخم وتوريد رقاقة مستشعر صوتي بتقنية MEMS" . تم الاطلاع عليه بتاريخ 24 نوفمبر 2009 .
  47. ↑ "ميكروفونات MEMS تسيطر على السوق" . EETimes .
  48. ↑ أكينو، هيروشي؛ شيموكاوا، هيروفومي؛ كيكوتاني، تاداشي؛ غرين، جاكي (أبريل 2014). "حول دراسة الميكروفون الأيوني". مجلة جمعية هندسة الصوت . 62 (4): 254-264 . doi : 10.17743/jaes.2014.0013 .
  49. ↑ كرين، لاري (يوليو 2004). "مراجعة ياماها سابكيك - مراجعة مشغل الشريط" . RecordingHacks.com . تم الاطلاع عليه في 11 أبريل 2023 .
  50. ↑ بارتليت، بروس. "كيف يعمل الميكروفون القلبي" . مؤرشف من الأصل في 12 ديسمبر 2016. تم الاطلاع عليه في 12 فبراير 2015 .
  51. ↑ "فهم أنماط التقاط الصوت المختلفة للميكروفون" . 28 مارس 2015. تم الاطلاع عليه في 4 أبريل 2020 .
  52. ↑ تأثير القرب. مؤرشف في 16 أكتوبر 2007، في Wayback Machine. جيف مارتن، مقدمة في تسجيل الصوت .
  53. ↑ "التاريخ - تطور ثورة صوتية" . شور. مؤرشف من الأصل في 16 يوليو 2012. تم الاطلاع عليه في 30 يوليو 2013 .
  54. ↑ رايبورن، راي أ. (12 نوفمبر 2012). كتاب إيرغل عن الميكروفون: من أحادي إلى ستيريو إلى محيطي - دليل لتصميم الميكروفون وتطبيقاته . تايلور وفرانسيس. ISBN 9781136118135.
  55. 1 2 سينا، إي. دي؛ هاجيهابي أوغلو، هـ.؛ تسفيتكوفيتش، ز. (يناير 2012). "حول تصميم وتنفيذ الميكروفونات التفاضلية ذات الرتبة العليا". معاملات IEEE في معالجة الصوت والكلام واللغة . 20 (1): 162-174 . Bibcode : 2012ITASL..20..162D . doi : 10.1109/TASL.2011.2159204 . hdl : 11511/30509 . S2CID 206602089 . 
  56. 1 2 بينيستي، جاكوب؛ جينغدونغ، تشين (23 أكتوبر 2012). دراسة وتصميم مصفوفات الميكروفونات التفاضلية . سبرينغر ساينس آند بيزنس ميديا. ISBN 9783642337529.
  57. ↑ بيرنرز، ديف (ديسمبر 2005). "اسأل الأطباء: فيزياء تسجيل الصوت بتقنية منتصف الجانب (MS)" . مجلة يونيفرسال أوديو الإلكترونية . يونيفرسال أوديو . تم الاطلاع عليه في 30 يوليو 2013 .
  58. ↑ "أنماط توجيه الميكروفونات" . تم الاطلاع عليه في 30 يوليو 2013 .
  59. ↑ وونغ، كاينام؛ نونييلو، تشيبوزو؛ وو، يو (فبراير 2018). "ثلاثية من مستشعرات القلبية في توجيه متعامد وتجميع مكاني - نمط شعاعها من نوع مرشح المطابقة المكانية". معاملات IEEE في معالجة الإشارات . 66 (4): 895-906 . Bibcode : 2018ITSP...66..895W . doi : 10.1109/TSP.2017.2773419 . S2CID 3298960 . 
  60. ^ نونيلو، تشيبوزو؛ وونغ، كينام. وو ، يو (يناير 2019). "الميكروفونات القلبية/الهيدروفونات في ثالوث متعامد ومترابط - جهاز تشكيل شعاع قابل للتوجيه بدون خطأ في توجيه الشعاع" . مجلة الجمعية الصوتية الأمريكية . 145 (1): 575– 588. بيب كود : 2019ASAJ..145..575N . دوى : 10.1121/1.5087697 . بميد 30710946 . S2CID 73422758 . تم الاسترجاع في 1 فبراير 2021 .  
  61. ↑ هوكينز، برايان س.؛ فيرغسون، آبي (30 مايو 2023). "أفضل ميكروفونات البندقية" . مجلة العلوم الشعبية . ريكرنت فنتشرز . تم الاسترجاع في 15 سبتمبر 2025 .
  62. ↑ بارنيل-بروكس، جيس؛ ماي، توم (18 أغسطس 2025). "أفضل ميكروفونات البندقية لعزل الصوت في عام 2025" . عالم الكاميرات الرقمية . فيوتشر يو إس . تم الاسترجاع في 15 سبتمبر 2025 .
  63. ↑ ماكاليستر، ماكس (28 يناير 2023). "أفضل 5 ميكروفونات بندقية لاستوديو منزلك" . ProduceLikeAPro.com . أكاديمية Produce Like a Pro . تم ​​الاطلاع عليه في 15 سبتمبر 2025 .
  64. ↑ "ميكروفون كراون ديفيرويد" (ملف PDF) . كراون أوديو. مؤرشف من النسخة الأصلية (ملف PDF) بتاريخ 10 مايو 2012.
  65. ↑ أنظمة الوسائط المتعددة - دليل الخصائص الموصى بها للواجهات التناظرية لتحقيق قابلية التشغيل البيني (تقرير فني). IEC. 61938:2013 . تم الاطلاع عليه في 19 يوليو 2023 .
  66. 1 2 3 "هل يجب عليّ مطابقة معاوقة الميكروفون مع معاوقة جهاز المزج؟" . Service.Shure.com . Shure. 23 مايو 2022. تم الاطلاع عليه في 27 يونيو 2022 .
  67. ↑ روبرتسون، أ. إي.: "الميكروفونات" مطبعة إيليف لصالح بي بي سي، 1951-1963
  68. ↑ إيرغل، جون ؛ فورمان، كريس (2002). هندسة الصوت لتقوية الصوت . ميلووكي: شركة هال ليونارد. ص 66. ISBN  978-0-634-04355-0.
  69. ↑ معدات نظام الصوت - الجزء 4: الميكروفونات (تقرير فني). اللجنة الكهروتقنية الدولية. 12 سبتمبر 2018. 60268-4:2018 . تاريخ الاطلاع: 19 يوليو 2023 .
  70. ↑ معيار اللجنة الكهروتقنية الدولية 61672 ومعيار المعهد الوطني الأمريكي للمواصفات القياسية 1.4
  71. ↑ IEC 61094
  72. ↑ "يورغ ووتكه - الميكروفونات والرياح" . FilmeBase.pt . تم الاطلاع عليه في 3 يونيو 2024 .
  73. ↑ "Rycote Cyclone" . Rycote.com . تم الاطلاع عليه في 3 يونيو 2024 .

للمزيد من القراءة