Александр Минц
В настоящее время в области разработки концертных микрофонов, служащих для целей радиовещания и граммофонной записи, Германия несомненно занимает первенствующее место в Европе. Еще несколько лет тому назад английская система магнетофона Сайкес-Раунда была господствующей почти на всех европейских радиовещательных станциях. Однако в течение последних лет, благодаря исключительной постановке дела изучения микрофонов в Германии, немецкие микрофоны вытеснили из студий Парижа, Лондона и других крупнейших центров своего английского соперника.
Германские работы сосредоточены в двух местах: в исследовательских лабораториях концерна Сименса и лаборатории физика Рейсса в Берлине. Следует признать образцовой методику исследования микрофонов в лабораториях Сименса, где все качества микрофона, а именно пропорциональность электрического эффекта акустическому воздействию, а также равномерность воспроизведения различных звуковых частей, проверяются объективными способами. Измерительная техника в этих лабораториях доведена до такой высоты, что полное исследование качеств микрофона занимает несколько минут. Понятно, что при этих условиях весьма легко проверять многочисленные варианты микрофонов, производить в них те или иные изменения и выбирать наилучшие варианты. Необходимо также указать, что к этим работам был привлечен ряд виднейших электроакустиков Германии, как покойный Риггер, Тренделенбург, Гартманн и др.
Современная техника микрофонов пошла в Германии по следующим трем путям: угольные микрофоны, магнитные микрофоны и конденсаторные микрофоны. Каждая из этих систем имеет свои преимущества и недостатки, определяющие их области применения. Ниже мы приведем более подробно описания концертных микрофонов этих трех систем, чтобы потом иметь возможность произвести сравнение их.
Угольные микрофоны выполняются в двух вариантах: безмембранный тип и двухмембранный тип. Первый из них разработан Рейссом и широко известен под названием мраморного микрофона, или «марморблока». Принцип действия этого микрофона многократно описывался на страницах радиолюбительских журналов, поэтому мы только напомним вкратце его устройство. В рейссовском микрофоне отсутствует мембрана, и акустическое воздействие на микрофон осуществляется благодаря изменению давления на прорезиненную шелковую пленку, закрывающую слой угольного порошка, насыпанного в особое углубление в теле микрофона, в которое заделаны два угольных электрода.
Новый тип (№ 105) микрофона Рейсса (рис. 1 в заголовке) отличается от старого микрофона следующими улучшениями: микрофон состоит, собственно говоря, из двух микрофонов, заключенных в одном теле и расположенных с противоположных сторон, благодаря чему удается получить хорошее воспроизведение звуков, передаваемых из помещений незаглушенных (большие залы, театры и т. д.), причем эффект эхо сильно понижается этим микрофоном. Кроме того этот микрофон лучше воспроизводит низкие частоты, чем старый тип (№ 104). Сопротивление микрофона — от 250 до 400 ом. Максимальное рабочее напряжение 12 вольт.
Отличительными свойствами этого микрофона среди прочих систем угольных микрофонов является хорошая кривая воспроизведения различных звуковых частот, так как в нем отсутствует мембрана, обладающая ярко выраженной собственной частотой, а также сравнительно большая для концертных микрофонов мощность. К недостаткам этого микрофона следует отнести наличие шипящего шума в паузах между передачей и некоторую глуховатость воспроизведения звуков.
Двухмембранный тип угольного микрофона разработан в лабораториях концерна Сименса и представляет собой чрезвычайно простое и остроумное решение задачи об угольном микрофоне высокого качества. Принцип действия этого микрофона заключается в том, что в одной микрофонной колодке заключены два капсюля, отличающиеся друг от друга тем, что первый из них имеет мембрану с весьма низкой собственной частотой, а второй — мембрану с весьма высокой собственной частотой. Благодаря наложению друг на друга резонансных кривых обеих мембран (рис. 2) получается весьма удовлетворительная кривая воспроизведения всех частот, необходимых для передачи разговора и музыки. Следует отметить большую простоту устройства этого микрофона, значительную мощность его, почти полное отсутствие шумов. К недостаткам его относятся неотчетливое воспроизведение шипящих и свистящих звуков и несколько искаженный тембр в передаче игры на рояле.
Современный тип магнитного или ленточного микрофона, разработанный в лаборатории Сименса, является превосходным завершением большой серии опытов, проделанных с различными моделями ленточного микрофона.
Новая модель ленточного микрофона (рис. 3) является конструктивно законченной и чрезвычайно изящно выполненной, чем она выгодно отличается от несколько беспомощных конструкций первых моделей магнитных микрофонов, выпущенных на рынок и не нашедших широкого применения.
Ленточный микрофон состоит из следующих основных частей: 1) ленточка, в которой возникают индуктированные токи, 2) система постоянных магнитов, в поле которых движется ленточка, 3) смонтированный в кожухе микрофона трансформатор.
Ленточка представляет собой волнистую алюминиемую полоску, имеющую такие размеры, что ее собственная частота ниже частот спектра, необходимого для передачи речи или музыки. Эта ленточка в такт с падающими на нее звуковыми волнами колеблется в постоянном поле магнитов, благодаря чему индуктируется напряжение, соответствующее амплитуде звуковых колебаний. Этот микрофон дает неискаженную передачу для частот от 50 до 8 000 периодов в секунду. Трансформатор, смонтированный в кожухе микрофона, повышает получающиеся весьма малые напряжения для передачи их к усилителю. Кожух микрофона является одновременно электрической броней от всевозможных воздействий, при чем кабель к усилителю заводится непосредственно внутрь кожуха, и оболочка его может соединяться с кожухом. В кожухе имеется вырез, затянутый металлической сеткой, через которую звук воздействует на ленточку.
Микрофон этот не боится сотрясений, прекрасно работает в любом положении, совершенно не дает шумов и отличается большим постоянством в действии. Расположение ленточки в магнитном поле видно из рис. 3.
Следует отметить превосходное воспроизведение всякого рода музыкальных номеров, особенно рояля, при помощи этого микрофона. К недостаткам этого микрофона надо отнести сравнительно небольшую мощность и некоторый носовой призвук в воспроизведении разговора.
Кривая воспроизведения различных звуковых частот ленточным микрофоном изображена на рис. 4, а зависимость между силой воздействия звука и электрическим эффектом — на рис. 5.
Принцип действия конденсаторных микрофонов, разработанный в лабораториях Сименса Риггером, отличается от принципа, примененного другими фирмами (Вестерн Электрик К°, Радиокорпорейшен оф Америка). В то время как другие фирмы используют конденсаторный микрофон как источник изменения напряжения на сетке первой лампы усилителя, в риггеровском микрофоне изменение его емкости используется как фактор, влияющий на настройку колебательной цепи.
Устройство риггеровского микрофона в общих чертах таково. Листок из тонкой аллюминиевои фольги А (рис. 6) толщиной около 0,5 микрона1) подвешивается между двумя тонкими шелковыми мембранами на расстоянии около 0,1 мм от металлической пластинки Р, в которой сделан ряд прорезов. Примерно на расстоянии 2 мм сзади фольги находится массивное донышко, так что между мембраной и донышком имеется воздушная прослойка. Если звуковые волны падают через прорезы на алюминиевую фольгу, то она приходит в колебательное движение, причем емкость между фольгой и пластинкой Р изменяется в соответствии с звуковыми колебаниями.
Микрофон Риггера применяется в следующей схеме (рис. 7): колебания, возбуждаемые ламповым генератором I, подводятся к колебательному контуру II, параллельно переменному кондедсатору которого включен конденсаторный микрофон М. Контур II находится в цепи сетки катодной лампы, которой дано такое смещение, что она выпрямляет (детектирует) на нижнем сгибе характеристики. В анодную цепь лампы включено сопротивление, шунтированное конденсатором.
Изменения напряжения на этом сопротивлении подаются к входным зажимам усилителя низкой частоты.
Колебательный контур II настраивается относительно генератора I так, что рабочая точка лежит примерно на середине восходящей части резонансной кривой (точка А на рис. 8). При изменении емкости микрофона точка эта перемещается по кривой, и таким образом изменения емкости микрофона превращаются в изменения силы тока высокой частоты. После детектирования этих колебаний высокой частоты получаются колебания низкой частоты, амплитуда которых пропорциональна акустическому действию на микрофон. На рис. 9 изображен конденсаторный микрофон, выпускаемый фирмой Сименс. В рамке, укрепленной на верхней части стойки, помещен самый микрофон. На полочке в нижней части стойки установлен экранированный генератор-выпрямитель.
Конденсаторный микрофон позволяет получить исключительное по качеству воспроизведение музыки и речи, при полном отсутствии каких-либо посторонних шумов и шорохов. Мощность его (если говорить о полном комплекте) достаточно велика для концертного микрофона.
К его недостаткам следует отнести подверженность всякого рода электрическим помехам и трудность использования в нестационарных условиях.
Сравнивая все перечисленные системы микрофонов, следует указать, что для целей студийной передачи надо признать наилучшим тип конденсаторного микрофона. Хотя он и требует более тщательного ухода и опытного персонала, тем не менее его электроакустические качества настолько высоки, что для студий мощных радиовещательных станций, находящихся далеко от самых станций, ему должно быть отдано предпочтение перед всеми другими типами.
Ленточный микрофон с успехом может применяться для музыкальных трансляционных передач из зал и театров, а также для музыкальных передач, сравнительно неответственного характера, из студий.
Ввиду исключительной простоты угольных микрофонов и достаточно удовлетворительной их работы их следует применять для неответственного радиовещания или при передаче речи, когда особая художественность и бесшумность передачи не являются остро необходимыми.
Надо оговориться, что описание качеств воспроизведения различного рода передач разными микрофонами является субьективной оценкой автора этой статьи.
1) Микрон — тысячная часть милиметра.