تاریخچه میکروفون ها (انواع، مخترع و حقایق)
۱. تعریف میکروفون
میکروفون وسیلهای است که ارتعاشات صوتی را به سیگنال الکتریکی تبدیل میکند تا صدا قابل ضبط، انتقال و پردازش شود. به عبارت سادهتر، وقتی شما صحبت میکنید یا موسیقی اجرا میکنید، میکروفون لرزش هوا را دریافت و آن را به نوسانات الکتریکی متناظر تبدیل میکند. این سیگنال الکتریکی سپس میتواند:
- از طریق سیم یا بیسیم منتقل شود.
- در دستگاه ضبط ذخیره شود.
- توسط اسپیکر دوباره به صدا تبدیل شود.
میکروفونها در تمام فناوریهای صوتی نقش حیاتی دارند: تلفن، رادیو، تلویزیون، ضبط صدا، استودیوهای موسیقی، پادکست، بازیهای ویدیویی، کنفرانسهای آنلاین و حتی تجهیزات نظامی. بدون میکروفون، ارتباطات مدرن صوتی و دیجیتال به شکل کنونی امکانپذیر نبود.
کلیک کنید:
نکته مهم: کیفیت میکروفون، مستقیماً روی کیفیت صدا و وضوح آن تاثیر میگذارد. بنابراین انتخاب نوع میکروفون برای کاربردهای مختلف بسیار حیاتی است.
۲. تاریخچه میکروفونها
دهه ۱۸۷۰ – آغاز انقلاب صوت
- الکساندر گراهام بل (Alexander Graham Bell) و همکارانش، به دنبال روشی بودند تا صدا را در فاصله طولانی از طریق سیم منتقل کنند.
- اولین میکروفون عملیاتی، میکروفون کربنی بود که شامل ذرات کربن بین دو صفحه فلزی میشد. وقتی هوا فشار میآورد، مقاومت الکتریکی تغییر میکرد و سیگنال تولید میشد.
- این نوع میکروفون در تلفنهای اولیه مورد استفاده قرار گرفت و نقطه شروع فناوری انتقال صدا از فاصله دور بود.
نکته جالب: میکروفون کربنی به قدری حساس بود که میتوانست صدای یک نجوا را هم دریافت کند، اما به دلیل نویز بالا و کیفیت پایین، فقط برای ارتباط ساده مناسب بود.
اوایل قرن ۲۰ – میکروفونهای الکترومکانیکی و خازنی
- با رشد رادیو و ضبط صدا، نیاز به میکروفونهای دقیقتر و با کیفیتتر افزایش یافت.
- میکروفونهای خازنی (Condenser) توسعه یافتند. این میکروفونها از یک دیافراگم حساس و صفحه ثابت تشکیل شده بودند که با تغییر فاصله بین صفحات، تغییر ظرفیت خازنی ایجاد میشد و سیگنال الکتریکی تولید میکرد.
- حساسیت بالای این میکروفونها باعث شد که بتوانند طیف گستردهای از صداها، حتی با جزئیات بسیار کم، را ضبط کنند.
حقایق جالب: بسیاری از میکروفونهای خازنی اولیه به برق باتری نیاز داشتند و در محیطهای پر سر و صدا دچار مشکل میشدند. با این حال، برای ضبط استودیو و رادیو عالی بودند.
دهه ۱۹۳۰ تا ۱۹۵۰ – میکروفونهای دینامیک و روبانی
- با پیشرفت فناوری آهنربا و سیم پیچ، میکروفونهای دینامیک ظهور کردند.
- این میکروفونها بسیار مقاوم و بدون نیاز به برق بودند و میتوانستند در محیطهای پر سروصدا و اجرای زنده بهترین عملکرد را داشته باشند.
- میکروفونهای روبانی (Ribbon) نیز معرفی شدند؛ این میکروفونها با استفاده از نوار فلزی نازک بین آهنرباها، صدای بسیار طبیعی و گرم تولید میکردند.
نکته جالب: میکروفونهای روبانی بسیار ظریف بودند و در دهه ۱۹۳۰ محبوبیت زیادی پیدا کردند، اما با ظهور میکروفونهای دینامیک و خازنی، به دلیل حساسیت بالا و آسیبپذیری، کمتر استفاده شدند.
دهه ۱۹۶۰ تا ۱۹۸۰ – انقلاب استودیو و ضبط حرفهای
- در این دوره، میکروفونهای خازنی حرفهای به استاندارد ضبط استودیو تبدیل شدند.
- برندهایی مانند Neumann و AKG مدلهای معروفی مانند U87 و C12 را عرضه کردند که هنوز هم در استودیوهای حرفهای استفاده میشوند.
- این میکروفونها دامنه فرکانسی بسیار گسترده، حساسیت بالا و نویز پایین داشتند.
نکته جالب: بسیاری از هنرمندان و خوانندگان کلاسیک و راک، صدای اصلی آثارشان را با این میکروفونها ضبط کردهاند.
عصر دیجیتال (۲۰۰۰ به بعد)
- با گسترش کامپیوترها، اینترنت و پادکست، میکروفونهای USB و دیجیتال توسعه یافتند.
- میکروفونهای MEMS (میکروالکترومکانیکی) وارد گوشیها، لپتاپها و تبلتها شدند.
- ویژگیهای مدرن شامل حذف نویز، اتصال مستقیم به رایانه، ضبط با کیفیت ۲۴ بیتی و نرخ نمونهبرداری بالا هستند.
حقایق جالب: میکروفونهای MEMS حتی میتوانند جهت صدا را تشخیص دهند و در دستگاههایی مانند دستیارهای صوتی هوشمند استفاده شوند.
۳. انواع میکروفونها (با جزئیات بیشتر)
۳.۱. میکروفون کربنی
- اولین میکروفون عملیاتی و تجاری.
- ذرات کربن بین دو صفحه فلزی قرار دارند و با فشار هوا مقاومت الکتریکی تغییر میکند.
- مزایا: ارزان، ساده، مناسب تلفنهای اولیه.
- معایب: کیفیت پایین، نویز زیاد، محدوده فرکانسی محدود.
۳.۲. میکروفون خازنی (Condenser)
- حساس، پاسخ فرکانسی گسترده، جزئیات صوتی دقیق.
- نیازمند منبع تغذیه (باتری یا فانتوم پاور).
- مناسب ضبط استودیو، وکال و سازهای موسیقی.
- مزیت: میتواند فرکانسهای بسیار بالا و پایین را با دقت ضبط کند.
۳.۳. میکروفون دینامیک (Dynamic)
- مقاوم، بدون نیاز به برق، مناسب اجرای زنده و محیطهای پر سر و صدا.
- سیم پیچ و آهنربا سیگنال تولید میکنند.
- مزیت: میتواند صداهای بسیار بلند را بدون تحریف ضبط کند.
۳.۴. میکروفون روبانی (Ribbon)
- صدای طبیعی و گرم.
- نوار فلزی نازک بین آهنرباها.
- حساس و ظریف، نیازمند مراقبت ویژه.
- کاربرد: ضبط وکال کلاسیک، گیتار، سازهای بادی.
۳.۵. میکروفونهای MEMS
- بسیار کوچک، دیجیتال و دقیق.
- استفاده در گوشیها، لپتاپها، دستیار صوتی، گجتهای هوشمند.
- میتوانند نویز محیط را حذف کنند و چند کاناله ضبط کنند.
۴. حقایق جالب درباره میکروفونها (با جزئیات)
- میکروفونها از توپ فوتبال به دانه برنج کوچک شدند.
- میکروفونهای روبانی در دهه ۱۹۳۰ محبوب بودند اما به دلیل ظرافت جای خود را به میکروفونهای خازنی و دینامیک دادند.
- انتخاب نوع میکروفون میتواند کاملاً روی ویژگیهای صدای ضبط شده تاثیر بگذارد.
- میکروفونها جهتدار یا بیجهت هستند:
- کاردیوئید: فقط جلوی میکروفون را میگیرد.
- Omni: تمام جهات را میگیرد.
- بیدیرکشنال: جلو و عقب را ضبط میکند.
- میکروفونهای مدرن USB میتوانند کیفیت ۲۴ بیت و نرخ نمونهبرداری بالا ارائه دهند و مستقیماً به کامپیوتر وصل شوند.
۵. خلاصه مخترعان و پیشرفتها
| نوع میکروفون | مخترع / توسعهدهنده | دوره |
|---|---|---|
| کربنی | الکساندر گراهام بل | ۱۸۷۶ |
| خازنی (Condenser) | ادولف کربنات، آزمایشهای بل | اوایل ۱۹۰۰ |
| دینامیک | RCA، Shure | ۱۹۳۰–۱۹۵۰ |
| روبانی | RCA و تولیدکنندگان رادیو | ۱۹۳۰ |
| MEMS دیجیتال | مهندسین مدرن | ۲۰۰۰ به بعد |
۱. میکروفون کربنی (Carbon Microphone)
نحوه عملکرد:
- شامل ذرات کربن بین دو صفحه فلزی است.
- وقتی صدا به دیافراگم برخورد میکند، ذرات کربن فشرده یا شل میشوند و مقاومت الکتریکی تغییر میکند.
- این تغییر مقاومت باعث تولید سیگنال الکتریکی متناسب با صدا میشود.
مزایا:
- ساده و ارزان.
- اولین نوع تجاری که در تلفنهای اولیه استفاده شد.
معایب:
- نویز زیاد و کیفیت پایین صدا.
- دامنه فرکانسی محدود، مناسب ضبط حرفهای نیست.
کاربردها:
- تلفنهای قدیمی و دستگاههای مخابراتی اولیه.
نکته جالب: میکروفون کربنی تا اوایل قرن بیستم در تلفنها به کار میرفت و باعث شد ارتباط صوتی از فاصلههای طولانی ممکن شود.
۲. میکروفون خازنی (Condenser / Capacitor Microphone)
نحوه عملکرد:
- از یک دیافراگم بسیار نازک و یک صفحه ثابت تشکیل شده است.
- وقتی دیافراگم با صدا حرکت میکند، ظرفیت خازنی بین دیافراگم و صفحه تغییر میکند و سیگنال الکتریکی تولید میشود.
- نیازمند منبع تغذیه خارجی یا فانتوم پاور برای کار است.
مزایا:
- حساس و دقیق، دامنه فرکانسی بسیار گسترده.
- قادر به ضبط جزئیات بسیار ریز صدا، از جمله وکال و سازهای موسیقی.
معایب:
- گرانتر از میکروفون دینامیک.
- نیازمند مراقبت و برق فانتوم.
کاربردها:
- استودیوهای حرفهای ضبط موسیقی.
- پادکستها و تولید محتوای دیجیتال با کیفیت بالا.
- ضبط سازهای موسیقی کلاسیک و جزئیات وکال.
نکته جالب: بسیاری از میکروفونهای معروف استودیویی مثل Neumann U87 و AKG C12 خازنی هستند و حتی امروز هم استاندارد ضبط حرفهای محسوب میشوند.
۳. میکروفون دینامیک (Dynamic Microphone)
نحوه عملکرد:
- دارای سیم پیچ و آهنربا است.
- وقتی دیافراگم با صدا حرکت میکند، سیم پیچ در میدان مغناطیسی حرکت کرده و جریان الکتریکی تولید میکند.
- نیازی به منبع تغذیه ندارد و مقاوم است.
مزایا:
- مقاوم، ارزان و قابل اطمینان.
- مناسب محیطهای پر سر و صدا.
- میتواند صداهای بلند را بدون تحریف ضبط کند.
معایب:
- حساسیت کمتر نسبت به میکروفون خازنی.
- جزئیات ظریف صدا را به خوبی ضبط نمیکند.
کاربردها:
- اجرای زنده موسیقی.
- کنسرتها و برنامههای تلویزیونی.
- ضبط سازهای بلند مثل درام و آمپلی فایر گیتار.
نکته جالب: میکروفونهای دینامیک مانند Shure SM58 به دلیل مقاومت و کیفیت مناسب در اجرای زنده به استاندارد جهانی تبدیل شدهاند.
۴. میکروفون روبانی (Ribbon Microphone)
نحوه عملکرد:
- از نوار فلزی نازک بین دو آهنربا ساخته شده است.
- حرکت نوار باعث تولید جریان الکتریکی متناسب با صدا میشود.
- معمولاً حساس و ظریف هستند.
مزایا:
- صدای بسیار طبیعی و گرم.
- پاسخ فرکانسی نرم و دلنشین.
- برای ضبط وکال و سازهای بادی فوقالعاده مناسب است.
معایب:
- بسیار حساس و آسیبپذیر.
- نیازمند مراقبت و شرایط محیطی مناسب.
کاربردها:
- استودیوهای حرفهای ضبط وکال و موسیقی کلاسیک.
- ضبط گیتار، سازهای بادی و سازهای آکوستیک.
نکته جالب: میکروفونهای روبانی در دهه ۱۹۳۰ بسیار محبوب بودند، اما با ظهور میکروفونهای خازنی و دینامیک، کمتر در اجراهای زنده استفاده شدند.
۵. میکروفونهای MEMS (Micro-Electro-Mechanical Systems)
نحوه عملکرد:
- میکروفونهای بسیار کوچک و دیجیتال.
- اغلب روی تراشه نصب میشوند و ارتعاشات صدا را با دقت بسیار بالا ثبت میکنند.
- قادر به پردازش دیجیتال داخلی و حذف نویز هستند.
مزایا:
- بسیار کوچک و قابل نصب روی گوشیها، لپتاپها و دستگاههای هوشمند.
- مصرف برق کم و کیفیت بالا.
- توانایی ضبط چند کاناله و شناسایی جهت صدا.
معایب:
- محدودیت در صدای بسیار بلند.
- معمولاً برای ضبط حرفهای موسیقی کاربرد مستقیم ندارد.
کاربردها:
- گوشیهای هوشمند، تبلت، لپتاپ.
- دستیارهای صوتی و گجتهای هوشمند.
- دوربینها و دستگاههای IoT.
۶. دستهبندی بر اساس جهتگیری (Polar Pattern)
۱. کاردیوئید (Cardioid):
- بیشتر صدا را از جلو میگیرد، از پشت کمتر.
- مناسب اجراهای زنده و ضبط وکال.
- اومنی (Omnidirectional):
- صدا را از همه جهات دریافت میکند.
- مناسب ضبط محیط و جمعهای چند نفره.
- بیدیرکشنال (Bidirectional / Figure-8):
- جلو و عقب را ضبط میکند، کنارهها را نمیگیرد.
- مناسب ضبط دو نفره یا سازهایی که از جلو و عقب صدا میدهند.
