Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Угольный микрофон из телефонной трубки Western Electric, около 1976 года.
Угольный микрофон Ericsson в разобранном виде с видимыми частицами углерода

Микрофон углерода , также известный как кнопка углерода микрофон , микрофон кнопки или передатчик углерода , представляет собой тип микрофона , A преобразователь , который преобразует звук в электрический звуковой сигнал . Он состоит из двух металлических пластин, разделенных гранулами углерода . Одна пластина очень тонкая и обращена к говорящему, действуя как диафрагма . Звуковые волны, ударяющиеся о диафрагму, вызывают ее вибрацию, оказывая различное давление на гранулы, что, в свою очередь, изменяет электрическое сопротивление.между пластинами. Более высокое давление снижает сопротивление, поскольку гранулы прижимаются друг к другу. Между пластинами через гранулы пропускают устойчивый постоянный ток . Переменное сопротивление приводит к модуляции тока, создавая переменный электрический ток, который воспроизводит меняющееся давление звуковой волны. В телефонии этот волнообразный ток напрямую передается по телефонным проводам в центральный офис . В системах громкой связи он усиливается звуковым усилителем . Однако частотная характеристика большинства угольных микрофонов ограничена узким диапазоном, и устройство производит значительныеэлектрический шум .

До распространения ламповых усилителей в 1920-х годах угольные микрофоны были единственным практическим средством получения аудиосигналов высокого уровня. Они широко использовались в телефонных системах до 1980-х годов, в то время как другие приложения использовали микрофоны другой конструкции гораздо раньше. Их низкая стоимость, изначально высокая мощность и частотная характеристика хорошо подходили для телефонии. Для обычных телефонных служб (POTS) телефоны с угольным микрофоном все еще можно использовать без изменений. Углеродные микрофоны, обычно модифицированные телефонные передатчики, широко использовались в раннем AM-радиовещании.системы, но их ограниченная частотная характеристика, а также довольно высокий уровень шума привели к тому, что к концу 1920-х годов от них отказались. В течение нескольких десятилетий они продолжали широко использоваться для систем громкой связи низкого уровня, а также в военных и любительских радиоприемниках . [1]

История [ править ]

Первый угольный микрофон Хьюза, состоящий из угольной планки, свободно подвешенной между двумя металлическими контактами, через которую проходит ток от батареи. Звуковые волны приводили в движение стержень, изменяя сопротивление точек контакта угля, изменяя ток.

Первым микрофоном, который обеспечил правильную голосовую телефонию, был угольный микрофон (тогда называемый передатчиком). Он был независимо разработан примерно в 1878 году Дэвидом Эдвардом Хьюзом в Англии и Эмилем Берлинером и Томасом Эдисоном в США. Хотя Эдисон получил первый патент в середине 1877 года, Хьюз продемонстрировал свое рабочее устройство перед многими свидетелями несколькими годами ранее, и большинство историков приписывают ему это изобретение. [2] [3] [4]

В устройстве Хьюза использовались рыхлые угольные гранулы - изменяющееся давление, оказываемое на гранулы диафрагмой со стороны акустических волн, вызывало пропорциональное изменение сопротивления углерода, позволяя относительно точное электрическое воспроизведение звукового сигнала. Хьюз также придумал слово «микрофон». Он продемонстрировал свой аппарат Королевскому обществу , усилив звук царапающих насекомых через звуковую коробку. В отличие от Эдисона, Хьюз решил не получать патент; вместо этого он сделал свое изобретение подарком миру. [5]

В Америке Эдисон и Берлинер вели долгую судебную тяжбу за патентные права. В конечном итоге федеральный суд предоставил Эдисону полные права на изобретение, заявив, что «Эдисон предшествовал Берлинеру в передаче речи ... Использование углерода в передатчике, вне всяких сомнений, является изобретением Эдисона», и патент Берлинера был признан недействительным. [6] [7]

Угольный микрофон является прямым прототипом сегодняшних микрофонов и сыграл решающую роль в развитии телефонии, радиовещания и звукозаписи. [8] Позже между угольными пуговицами стали использовать угольные гранулы. Углеродные микрофоны широко использовались в телефонах с 1890 по 1980-е годы. [7]

Использовать как усилитель [ править ]

Работа угольного микрофона. Когда звуковая волна давит на проводящую диафрагму, гранулы углерода сжимаются и уменьшают свое электрическое сопротивление.

Углеродные микрофоны можно использовать как усилители . [9] Эта возможность использовалась в ранних телефонных повторителях , делая возможными междугородные телефонные звонки в эпоху до появления ламповых усилителей. В этих ретрансляторах магнитная телефонная трубка (электромеханический преобразователь ) была механически соединена с угольным микрофоном. Поскольку угольный микрофон работает, изменяя ток, проходящий через него, вместо того, чтобы генерировать напряжение сигнала, как в большинстве других типов микрофонов, это устройство можно использовать для усиления слабых сигналов и их передачи по линии. От этих усилителей в основном отказались с разработкой электронных ламп , которые предлагали более высокий коэффициент усиления.и лучшее качество звука . Даже после того, как электронные лампы стали широко использоваться, угольные усилители продолжали использоваться в течение 1930-х годов в портативном звуковом оборудовании, таком как слуховые аппараты. Углеродный усилитель Western Electric 65A имел диаметр 1,2 дюйма, высоту 0,4 дюйма и весил менее 1,4 унции. [10] Такие углеродные усилители не требовали тяжелых громоздких батарей и источников питания, используемых ламповыми усилителями. К 1950-м годам угольные усилители для слуховых аппаратов были заменены миниатюрными электронными лампами (вскоре их заменили транзисторы). [ необходима цитата ] Однако углеродные усилители все еще производятся и продаются. [11]

Иллюстрацией усиления, обеспечиваемого угольными микрофонами, были колебания, вызванные обратной связью, которые приводили к слышимому визгу от старого « телефона с подсвечником », если его наушник находился рядом с угольным микрофоном.

Ранние приложения для радио [ править ]

Ранние радиопередатчики AM полагались на угольные микрофоны для голосовой модуляции радиосигнала. В первых передачах звука на большие расстояния Реджинальда Фессендена в 1906 году непрерывная волна от генератора переменного тока Alexanderson подавалась непосредственно на передающую антенну через угольный микрофон с водяным охлаждением. Более поздние системы, использующие генераторы на вакуумных лампах, часто использовали выходной сигнал угольного микрофона для модуляции смещения сетки генератора или выходной лампы для достижения модуляции.

Текущее использование [ править ]

Помимо устаревших телефонных установок в различных условиях в зависимости от региона и страны, угольные микрофоны все еще могут использоваться сегодня в определенных нишевых приложениях, хотя производители прекращают распространение. Например, Shure 104c, [12] все еще пользовался спросом в конце 2010-х годов из-за его широкой совместимости с существующим оборудованием. [13]

Основное преимущество угольных микрофонов по сравнению с другими микрофонами заключается в том, что они могут воспроизводить аудиосигналы высокого уровня при очень низких напряжениях постоянного тока без необходимости в каком-либо дополнительном усилении или батареях. Угольный микрофон за счет использования источника питания дает прирост мощности. В этом легко убедиться, последовательно подключив аккумулятор, микрофон и наушники. Если микрофон и наушник соприкоснутся, система начнет колебаться. Это возможно только в том случае, если усиление мощности вокруг контура больше единицы. Низковольтные характеристики микрофона особенно полезны в удаленных местах, обслуживаемых очень длинными телефонными линиями, где электрическое сопротивление проводов может привести к серьезному падению напряжения постоянного тока. Большинству полностью электронных телефонов для работы требуется не менее трех вольт постоянного тока.и поэтому они часто становятся бесполезными в таких ситуациях, тогда как телефоны с углеродными передатчиками будут продолжать работать до долей вольта. Даже там, где они работают, электронные телефоны также страдают от так называемого "эффект обрыва », при котором они внезапно прекращают работу, когда напряжение в сети падает ниже критического уровня. В частности, это означает, что один телефон на« линии связи »может иметь тенденцию« перегружать »весь линейный ток , отключая другие. угольные микрофоны, все приемники на одной линии по-прежнему будут работать, хотя и с пониженной выходной мощностью .

Углеродные микрофоны также широко используются в критически важных для безопасности приложениях, таких как горнодобывающая и химическая промышленность , где нельзя использовать более высокие линейные напряжения из-за риска искрения и последующих взрывов . Телефонные системы на углеродной основе также устойчивы к повреждениям в результате переходных процессов высокого напряжения , например, вызванных ударами молнии , и электромагнитных импульсов того типа, которые генерируются ядерными взрывами , и поэтому до сих пор используются в качестве резервных систем связи на критически важных военных объектах.

Ссылки [ править ]

  1. ^ Хайль, Б. Микрофон: краткая иллюстрированная история. QST , 90 (6), 50
  2. ↑ Пол Дж. Нахин (2002). Оливер Хевисайд: жизнь, работа и времена гения-электрика викторианской эпохи . JHU Press. п. 67. ISBN 9780801869099.
  3. ^ Huurdeman, Антон (2003). Всемирная история телекоммуникаций . Джон Вили и сыновья.
  4. ^ "Дэвид Хьюз" . Проверено 30 декабря 2013 .
  5. ^ «Краткая история микрофонов» (PDF) . Проверено 17 декабря 2012 .
  6. ^ Изобретатели Зал славы Архивированных 10 июня 2006, в Wayback Machine , Э. Берлинер, в патенте США 0,463,569 , поданный июня 1877, выданного ноября 1891
  7. ^ a b IEEE Global History Network: Carbon Transmitter . Нью-Брансуик, Нью-Джерси: Исторический центр IEEE «Архивная копия» . Архивировано из оригинала на 2010-03-18 . Проверено 14 января 2009 .CS1 maint: заархивированная копия как заголовок ( ссылка )
  8. ^ «Дэвид Эдвард Хьюз: Концертинист и изобретатель» (PDF) . Архивировано из оригинального (PDF) 31 декабря 2013 года . Проверено 17 декабря 2012 .
  9. ^ Примеры усилителей на основе угольных микрофонов:
    • К 1904 году Герберт Э. Шрив разработал угольный усилитель для передачи телефонных сигналов на большие расстояния. Кроме того, американская компания Western Electric использовала угольный усилитель в своем слуховом аппарате № 66B. См .: Электромеханические усилители. Архивировано 23 сентября 2015 г. на Wayback Machine .
    • Механическое телефонное реле, которое было изобретено Гербертом Э. Шривом, инженером Western Electric Co., было запатентовано в 1905 году. См .: Герберт Э. Шрив, « Усилитель или реле телефонного тока», патент США No. 791 655 (подано 8 июля 1904 г .; выдано 6 июня 1905 г.). См. Также: Герберт Е. Шрив, « Усилитель или реле телефонного тока», патент США № 791 656 (подано 28 февраля 1904 г .; выдано 6 июня 1905 г.).
    • В слуховом аппарате Acousticon использовался угольный усилитель. См .: Музей слуховых аппаратов .
    • Другие ранние слуховые аппараты, основанные на угольных усилителях, упоминаются здесь: Медицинская школа Вашингтонского университета: хронология слуховых устройств и раннего обучения глухих.
    • В 1924 году немецкая корпорация Siemens запатентовала слуховой аппарат с угольным усилителем. См .: Слуховые аппараты Siemens: угольный усилитель 1924 г. Архивировано 15 января 2014 г. на Wayback Machine .
  10. ^ Дуглас Селф. «Электромеханические усилители (угольный усилитель Western Electric 65A в слуховом аппарате 66B)» . Архивировано из оригинала на 2015-09-23 . Проверено 14 сентября 2010 .
  11. ^ "GN 0686 Netcom Углеродный усилитель в линию" . Headset-Plus.com.
  12. ^ "Руководство по модели 104C" (PDF) . Shure Incorporated. [ постоянная мертвая ссылка ]
  13. ^ "527c-as-a-replace-for-model-104c" .

Библиография [ править ]

  • Джозефсон, Мэтью, Эдисон: биография , Wiley, 1992, ISBN 0-471-54806-5 

Внешние ссылки [ править ]

  • Изобретение Эдисоном угольного (графитового) микрофона Фрэнком Дайером
  • Т.А. Эдисон, Патент США 0,474,230 Говорящий телеграф (графитовый микрофон), поданный в апреле 1877 г., выданный в мае 1892 г.
  • Т.А. Эдисон, Патент США 0,203,016 « Улучшение громкоговорителей» (сжатая ламповая черная кнопка, изолированная от диафрагмы), поданный в марте 1878 г., выданный в апреле 1878 г.
  • Т.А. Эдисон, Патент США 0,222,390 Углеродный телефон (микрофон из углеродных гранул), подан в ноябре 1878 г., выдан в декабре 1879 г.
  • E. Berliner, Патент США 0,222,652 « Улучшение электрических контактных телефонов» (угольная диафрагма с угольным контактным штифтом), подан в августе 1879 г., выдан 16 декабря 1879 г.
  • AC White, патент США 0,485,311 Телефон (сплошной задний угольный микрофон), подана 24 марта 1892 г., выдана 1 ноября 1892 г. (инженер Bell)