Угольный микрофон
Угольный микрофон , также известный как угольный кнопочный микрофон , кнопочный микрофон или угольный передатчик , представляет собой тип микрофона , преобразователя , который преобразует звук в электрический аудиосигнал . Он состоит из двух металлических пластин, разделенных гранулами углерода . Одна пластина очень тонкая и обращена к говорящему человеку, действуя как диафрагма . Звуковые волны, ударяющие о диафрагму, заставляют ее вибрировать, оказывая различное давление на гранулы, что, в свою очередь, изменяет электрическое сопротивление между пластинами. Более высокое давление снижает сопротивление, поскольку гранулы сближаются друг с другом. постоянный постоянный ток Между пластинами через гранулы пропускают . Изменение сопротивления приводит к модуляции тока, создавая переменный электрический ток, который воспроизводит изменяющееся давление звуковой волны. В телефонии этот волнообразный ток напрямую передается по телефонным проводам в центральный офис . В системах громкой связи он усиливается усилителем звука. . Однако частотная характеристика большинства угольных микрофонов ограничена узким диапазоном, и устройство производит значительный электрический 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, тогда как в других приложениях гораздо раньше использовались микрофоны другой конструкции. Их низкая стоимость, высокая выходная мощность и частотная характеристика хорошо подходили для телефонии. Для обычной старой телефонной связи (POTS) телефоны с угольным микрофоном по-прежнему можно использовать без модификаций. Углеродные микрофоны, обычно модифицированные телефонные передатчики, широко использовались в первых системах радиовещания AM , но их ограниченная частотная характеристика, а также довольно высокий уровень шума привели к отказу от них в этих приложениях к концу 1920-х годов. они продолжали широко использоваться для недорогих систем громкой связи, а также для военных и любительских радиоприложений . В течение нескольких десятилетий после этого [1]
История
[ редактировать ]
Первым микрофоном, который позволил обеспечить полноценную голосовую телефонию, был угольный микрофон со свободными контактами (тогда он назывался 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 свободно упакованные углеродные гранулы - изменяющееся давление, оказываемое на гранулы диафрагмой со стороны акустических волн , вызывало пропорциональное изменение сопротивления углерода, что позволяло относительно точное электрическое воспроизведение звукового сигнала. Хьюз также придумал слово «микрофон». Он продемонстрировал свой аппарат Королевскому обществу , увеличив звук царапанья насекомых через звуковой ящик. 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 по поводу патентных прав. В конечном итоге федеральный суд предоставил Эдисону полные права на изобретение, заявив, что «Эдисон опередил Берлинера в передаче речи… Использование углерода в передатчике, вне всякого сомнения, является изобретением Эдисона», а патент Берлинера был признан недействительным. [6] [7]
Угольный микрофон является прямым прототипом современных микрофонов и сыграл решающую роль в развитии телефонии, радиовещания и звукозаписывающей индустрии. [8] Позже между углеродными пуговицами стали использовать углеродные гранулы. Углеродные микрофоны широко использовались в телефонах с 1890 по 1980-е годы. [7]
Использовать как усилитель
[ редактировать ]
Угольные микрофоны можно использовать в качестве усилителей . [9] Эта возможность использовалась в первых телефонных репитерах , делая возможными телефонные звонки на большие расстояния в эпоху, когда еще не существовало ламповых усилителей. В этих репитерах магнитная телефонная трубка (электромеханический преобразователь ) была механически соединена с угольным микрофоном. Поскольку угольный микрофон работает за счет изменения тока, проходящего через него, вместо генерации напряжения сигнала , как в большинстве других типов микрофонов, это устройство можно использовать для усиления слабых сигналов и передачи их по линии. От этих усилителей отказались в основном с появлением электронных ламп , которые обеспечивали более высокий коэффициент усиления и лучшее качество звука . Даже после того, как электронные лампы стали широко использоваться, угольные усилители продолжали использоваться в 1930-х годах в портативном аудиооборудовании, таком как слуховые аппараты. Карбоновый 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 в ламповых усилителях. К 1950-м годам угольные усилители для слуховых аппаратов были заменены миниатюрными электронными лампами (их вскоре заменили транзисторы). [ нужна ссылка ] Однако углеродные усилители до сих пор производятся и продаются. [11]
Иллюстрацией усиления, обеспечиваемого угольными микрофонами, были колебания, вызванные обратной связью, которые приводили к слышимому визгу старого « телефона-подсвечника », если его наушник находился рядом с угольным микрофоном.
Ранние радиоприложения
[ редактировать ]Ранние AM радиопередатчики использовали угольные микрофоны для голосовой модуляции радиосигнала. При первой передаче звука на большие расстояния , осуществленной Реджинальдом Фессенденом в 1906 году, непрерывная волна от генератора переменного тока Александерсона подавалась непосредственно на передающую антенну через угольный микрофон с водяным охлаждением. Более поздние системы, в которых использовались на электронных лампах, генераторы часто использовали выходной сигнал угольного микрофона для модуляции смещения сетки генератора или выходной лампы для достижения модуляции.
Текущее использование
[ редактировать ]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] был по-прежнему востребован в конце 2010-х годов из-за широкой совместимости с существующим оборудованием. [13]
Основное преимущество угольных микрофонов перед микрофонами других конструкций заключается в том, что они могут воспроизводить аудиосигналы высокого уровня при очень низком постоянном напряжении без необходимости использования какого-либо дополнительного усиления или батарей. Угольный микрофон за счет использования источника питания дает прирост мощности. Это можно легко продемонстрировать, подключив последовательно аккумулятор, микрофон и наушники. Если микрофон и наушники соприкоснутся, система начнет колебаться. Это возможно только в том случае, если коэффициент усиления мощности в контуре больше единицы. Характеристики микрофона при низком напряжении 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 как минимум три вольта постоянного тока, и поэтому они часто становятся бесполезными в таких ситуациях, тогда как телефоны с датчиком углерода будут продолжать работать при напряжении до долей вольта. Даже там, где они работают, электронные телефоны также страдают от так называемого " «эффект обрыва », при котором они резко перестают работать, когда напряжение в линии падает ниже критического уровня. В частности, это означает, что один телефон на « партийной линии » может иметь тенденцию «поглощать» весь линейный ток , отключая остальные. угольных микрофонов, все приемники на одной линии по-прежнему будут работать, хотя и с уменьшенной выходной мощностью .
Углеродные микрофоны также широко используются в критически важных для безопасности приложениях, таких как горнодобывающая и химическая промышленность , где нельзя использовать более высокие сетевые напряжения из-за риска искрения и последующих взрывов . Телефонные системы на основе углерода также устойчивы к повреждениям от переходных процессов высокого напряжения , например, вызванных ударами молнии , и электромагнитных импульсов типа ядерных взрывов , и поэтому до сих пор используются в качестве резервных систем связи на критически важных военных объектах.
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Хайль, Б. Микрофон: краткая иллюстрированная история. КСТ , 90(6), 50
- ^ Пол Дж. Нахин (2002). Оливер Хевисайд: жизнь, работа и времена электрического гения викторианской эпохи . Джу Пресс. п. 67. ИСБН 9780801869099 .
- ^ Хуурдеман, Антон (2003). Всемирная история телекоммуникаций . Джон Уайли и сыновья.
- ^ «Дэвид Хьюз» . Проверено 30 декабря 2013 г.
- ^ «Краткая история микрофонов» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 24 января 2013 г. Проверено 17 декабря 2012 г.
- ↑ Зал славы изобретателей . Архивировано 10 июня 2006 г., в Wayback Machine , Э. Берлинер, патент США № 0 463 569, поданный в июне 1877 г., выданный в ноябре 1891 г.
- ^ Jump up to: а б Сеть глобальной истории IEEE: Передатчик углерода . Нью-Брансуик, Нью-Джерси: Центр истории IEEE «Передатчик углерода – ГХН» . Архивировано из оригинала 18 марта 2010 г. Проверено 14 января 2009 г.
- ^ «Дэвид Эдвард Хьюз: концертист и изобретатель» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 31 декабря 2013 г. Проверено 17 декабря 2012 г.
- ^ Примеры усилителей на основе угольных микрофонов:
- К 1904 году Герберт Э. Шрив разработал угольный усилитель для передачи телефонных сигналов на большие расстояния. Кроме того, (США) 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, изобретенное Гербертом Э. Шривом, инженером Western Electric Co., было запатентовано в 1905 году. См.: Герберт Э. Шрив, «Усилитель или реле телефонного тока», патент США №. 791 655 (подано: 8 июля 1904 г.; выдано: 6 июня 1905 г.). См. также: Герберт Э. Шрив, «Усилитель или реле телефонного тока», патент США №. 791 656 (подано: 28 февраля 1904 г.; выдано: 6 июня 1905 г.).
- использовался В слуховом аппарате Acousticon угольный усилитель. См.: Музей слуховых аппаратов .
- Другие ранние слуховые аппараты, основанные на углеродных усилителях, упоминаются здесь: Медицинский факультет Вашингтонского университета: Хронология слуховых аппаратов и раннего образования глухих.
- В 1924 году немецкая корпорация Siemens запатентовала слуховой аппарат с углеродным усилителем. См.: Слуховые аппараты Siemens: карбоновый усилитель 1924 года. Архивировано 15 января 2014 года в Wayback Machine .
- ^ Дуглас Селф. «Электромеханические усилители (углеродный усилитель Western Electric 65A в слуховом аппарате 66B)» . Архивировано из оригинала 23 сентября 2015 г. Проверено 14 сентября 2010 г.
- ^ «Линейный угольный усилитель GN 0686 Netcom» . Гарнитура-Plus.com.
- ^ «Руководство по модели 104C» . Корпорация Шуре.
- ^ «527c-в-замену-модели-104c» .
Библиография
[ редактировать ]- Джозефсон, Мэтью, Эдисон: биография , Уайли, 1992, ISBN 0-471-54806-5
Внешние ссылки
[ редактировать ]
- Изобретение Эдисоном угольного (графитового) микрофона Фрэнком Дайером .
- Т. А. Эдисон, патент США № 0,474,230 Speaking Telegraph (графитовый микрофон), подан в апреле 1877 г., выдан в мае 1892 г.
- Т. А. Эдисон, патент США 0,203,016 «Улучшение разговорных телефонов» (черная кнопка со сжатой лампой, изолированная от диафрагмы), подан в марте 1878 г., выдан в апреле 1878 г.
- Т. А. Эдисон, патент США № 0 222 390 Carbon Telephone (микрофон на углеродных гранулах), подан в ноябре 1878 г., выдан в декабре 1879 г.
- Э. Берлинер, патент США № 0 222 652 « Усовершенствование электрических контактных телефонов» (углеродная диафрагма с углеродным контактным штифтом), подан в августе 1879 г., выдан 16 декабря 1879 г.
- AC White, патент США 0,485,311 «Телефон» (угольный микрофон со сплошной задней стенкой), подан 24 марта 1892 г., выдан 1 ноября 1892 г. (инженер Bell)
| Базы данных органов управления : Национальные |
|---|
