Электретные и конденсаторные микрофоны
Хотя угольные микрофоны дают удовлетворительное качество речи, в технике идет постоянное совершенствование работы микрофонов на других физических основах. В современных телефонных аппаратах широко применяются конденсаторные и электретные микрофоны [1.24], которые имеют повышенные электроакустические и технические характеристики:
широкий частотный диапазон;
малую неравномерность частотной характеристики;
низкие нелинейные и переходные искажения;
низкий уровень собственных шумов.
Один из принципов построения микрофона основан на применении конденсатора, который имеет одну подвижную обкладку и меняет величину емкости в зависимости от звукового давления (рис. 1.4). При колебаниях мембраны ёмкость конденсатора меняется с частотой воздействующего на мембрану звукового давления. В электрической цепи появляется переменный ток той же частоты, и на нагрузочном сопротивлении возникает переменное напряжение, являющееся выходным сигналом микрофона.
Рис. 1.4. Внутренняя схема конденсаторного микрофона
Основным недостатком этого принципа является необходимость подключения источника электропитания (мини-аккумулятора). Дальнейшее усовершенствование этого направления — электретные микрофоны.
На рис. 1.5 показан один из способов включения электретного микрофона. Электретные микрофоны работают так же, как и конденсаторные, но они предварительно накапливают постоянное напряжение с помощью заряда электрета, тонким слоем нанесенного на мембрану и сохраняющего этот заряд продолжительное время (свыше 30 лет). Поэтому они не нуждаются в дополнительном элементе электропитания. Электретные микрофоны сегодня более предпочтительны, чем угольные, они более чувствительны и дешевы. Однако они имеют недостаток. Они чувствительны к внешним воздействиям, таким, например, как помехи бытовых электроприборов.
Рис. 1.5. Внутренняя схема электретного микрофона
Поскольку ЭДС, вырабатываемая микрофоном, мала, ее подают на усилитель, который построен на базе МОП-транзистора и получает электропитание по абонентской линии. Это также позволяет снизить выходное сопротивление до величины не более 
кОм и уменьшить потери сигнала при подключении к входу усилителя сигнала микрофона. Кроме этого, МОП-транзистор обеспечивает последовательное протекание тока, что очень важно для работы микрофона в цепи электропитания станции.
Некоторые примеры исполнения микрофонов
Мы рассмотрели теоретические принципы построения микрофонов. На практике приходится решать множество вопросов, связанных с условиями эксплуатации (климатические воздействия, возможность переноса микрофона, акустические требования) и особенностями конкретных материалов, из которых изготавливаются микрофоны.
Поэтому рассмотрим некоторые весьма распространенные в России типы капсульных микрофонов МК (микрофон капсульный) модели МК-16 и МК-10 [1.9, 1.26].
Корпус МК-10 (рис. 1.6а) изготовлен из латуни, а внутренняя поверхность покрыта изоляционным лаком. В штампованном корпусе 5 укреплен латунный цилиндрический электрод 1, покрытый сверху слоем палладия. В корпус засыпан угольный порошок 2 (1,25 г).
Рис. 1.6. Капсульные микрофоны МК-10 и МК 16
Микрофонные капсюли МК-10 (а) и МК-16 (б): 1,3 — электроды, 2 — угольный порошок, 4 — мембрана, 5, 14 — латунный и фенопластовый корпуса, 6 — основание, 7, 8 — крышки, 9, 13 — влагозащитная и капроновая прокладки (пленки), 10 — изолирующая втулка, 11 — контакт, 12 — ободок
Электрод 1 изолирован от корпуса шайбой и втулкой 10. Электрод 3, выполненный из тонкой латуни в виде пустотелой чашечки, укреплен в центре легкой металлической рупорообразной мембраны 4, края которой закреплены кольцом. Электрод 3 погружен в угольный порошок 2 (поверхность электрода, соприкасающаяся с угольным порошком, покрыта слоем палладия).
Между мембраной и угольным порошком находится эластичная пленка 9, которая крепится между двумя полыми цилиндрическими стаканчиками подвижного электрода вместе с мембраной. Сверху мембрана завальцована крышкой 8 с отверстиями для прохождения звуковых волн. Над крышкой 8 находится вторая крышка 7, которая задерживает влагу.
В микрофоне даже в горизонтальном положении сохраняется цепь прохождения тока от одного электрода к другому, так как почти весь объем камеры микрофона заполнен порошком, в который глубоко погружены электроды. Поэтому микрофонный капсюль МК-10 считается безобрывным, обладает удовлетворительной влагостойкостью и достаточной механической прочностью.
В телефонных сетях применяют низко, средне- и высокоомные микрофоны. Различное сопротивление микрофонов зависит от величины зерен угольного порошка и их термической обработки.
В микрофонном капсюле МК-16 (рис. 1.6б) основание 6 имеет форму фигурного кольца с двумя бортиками по окружности. На верхнем бортике (с большим диаметром) расположена мембрана 4 из фольги, на которой укреплен латунный электрод 3, имеющий форму колпачка. Мембрана 4 сверху покрыта влагозащитной пленкой 9. Внутри нижнего бортика с меньшим диаметром расположен корпус 14 с отверстием в середине. Полый латунный электрод 1 завальцован внутрь корпуса 14. Верхняя часть электрода имеет сферическую форму, а нижняя часть — трубчатую. Латунный колпачковый контакт 11 завальцован с внешней стороны в латунный электрод 1.
Пространство между электродами наполняется угольным порошком. Нижняя кромка латунного корпуса 5 и кромка колпачкового контакта 11 изолированы друг от друга и помещены в выемке корпуса 14. Микрофонные капсюли импортных телефонных аппаратов отличаются от отечественных капсюлей в основном размерами. Поэтому при установке импортных капсюлей в отечественные микротелефоны применяют специальные кольца и шайбы.
Микрофонный капсюль МК-16, устанавливаемый в телефонных аппаратах системы центральной батареи (ЦБ), имеет сопротивление 180 Ом.
По степени устойчивости к климатическим воздействиям микрофонные капсюли подразделяются на нормальные (Н) и устойчивые (У) для таксофонов.
Основным электроакустическим параметром, определяющим качество работы микрофона как преобразователя, является его чувствительность.
Зависимость чувствительности микрофона от частоты при постоянных значениях звукового давления и тока питания микрофона называют частотной характеристикой микрофона. На рис. 1.7 приведен пример частотных характеристик чувствительности угольных микрофонов [1.26].
Рис. 1.7. Частотные характеристики чувствительности угольных микрофонов
Чувствительность угольного микрофона на различных частотах различна. Резкое возрастание чувствительности на определенной частоте разговорного спектра обусловлено резонансом, возникающим при совпадении частоты звуковых колебаний с частотой собственных колебаний мембраны. Неравномерный характер частотной характеристики вызывает амплитудно-частотные искажения, которые воспринимаются на слух как искажение тембра голоса при телефонном разговоре. Но изменением акустической системы микрофона можно изменять характер частотной зависимости чувствительности микрофона.
Качество микрофона характеризуется также зависимостью переменной ЭДС, развиваемой микрофоном, от изменения звукового давления, действующего на мембрану. Эта зависимость называется амплитудной характеристикой микрофона. Она (в определенном диапазоне звуковых колебаний) должна быть линейной, т. е. переменная ЭДС изменяется пропорционально звуковому давлению. Чем больше диапазон звуковых давлений, в котором эта пропорциональность сохраняется, тем лучше микрофон. Крик или разговор повышенной громкости перед микрофоном хотя и увеличивает отдаваемую микрофоном мощность, однако не всегда приносит пользу, так как ясность (разборчивость) речи при этом снижается из-за появления искажений.
На рис. 1.8 показаны примеры частотных характеристик уровня чувствительности для некоторых типов электретных микрофонов [1.24]. Они измеряются относительно 1В и указаны в дБ на Па. Неравномерность частотной характеристики чувствительности в номинальном диапазоне частот для микрофона МКЭ-3 не более 12 дБ, а для МКЭ-378 — не более +2 дБ.
Рис. 1.8. Частотные характеристики чувствительности электретных микрофонов: а) МК-3: МК-378
Таблица 1.6. Технические характеристики электретных микрофонов
Чувствительность, мВ/Па, не менее
Номинальный диапазон рабочих частот, Гц
Уровень собственного шума, дБ, не более
4 
20
Чем конденсаторный микрофон отличается от электретного конденсаторного и какой из них лучше?
Принципом действия.
На конденсаторный подаётся заряд от внешнего источника.
Электретный имеет собственный заряд.
В целом — конденсаторные считаются качественнее электретных, но технологии не стоят на месте, и давно уже есть профессиональные рекордеры с электретными микрофонами.
Электретный микрофон, как правило, имеет встроенный усилитель на полевом транзисторе, и по этой причине имеет больший уровень сигнала на выходе.
1. И тот и другой используют изменение ёмкости конденсатора при колебаниях электродов, вызванных звуковыми волнами.
2. Для обеспечения их работы этот конденсатор должен быть поляризован, то есть к нему должно быть приложено достаточно высокое постоянное напряжение — в разумных пределах конечно.
3. Изначально, в конденсаторных микрофонах ( https://ru.wikipedia.org/wiki/Конденсаторный_микрофон ) в качестве диэлектрика служил воздух, а напряжение поляризации создавалось специальным внешним источником.
4. В электретных микрофонах ( https://ru.wikipedia.org/wiki/Электретный_микрофон ) в качестве источника напряжения поляризации и, одновременно, неподвижной обкладки используется диэлектрик-электрет ( https://ru.wikipedia.org/wiki/Электреты ).
5. Конденсаторные микрофоны изначально более дороги и ориентированы на рынок качественной звукозаписи, но такие hi-end студийные устройства мало подходят для использования в полевых условиях.
6. Низкая базовая цена электретных микрофонов привела к тому, что они типично ориентированы на массовый рынок бытовой техники, имеют более низкую временную стабильность, меньшие габариты и массу и обеспечивают менее качественный звук.
7. На практике сложилась тенденция к тому, что конденсаторные микрофоны — имеют большую диафрагму (часто — позолоченную), дороже и лучше, а электретные — дешевле и хуже. Однако это не означает, что нельзя сделать "плохой" конденсаторный микрофон и "хороший" электретный: если конденсаторный и электретный микрофон имеют одинаковую цену, то электретный может оказаться даже лучше.
Так что, не зная что, как и где вы собрались записывать, ответить на вопрос "лучше-хуже" нельзя — нужна конкретика.
Конденсаторный студийный микрофон:
…
Конденсаторные и электретные микрофоны – какой использовать для записи
Электретные микрофоны обычно используются в мобильных телефонах, компьютерах или домофонах. Но эти небольшие устройства также используются профессионалами в качестве студийных микрофонов и измерителей уровня звука.
Конденсаторные микрофоны, в свою очередь, являются тонкими и точными моделями, которые захватывают всё, даже самый тихий звук. Часто говорят, что они «безжалостно точны». Высокий уровень чувствительности и широкая частотная характеристика позволяют использовать конденсаторные микрофоны везде, где важно качество записанного сигнала.
Чем отличаются емкостные и электретные микрофоны?
Как работает конденсаторный микрофон
Конденсаторные микрофоны – наряду с динамическими микрофонами – являются одними из самых популярных решений среди предлагаемого оборудования для записи звука. Эти устройства состоят из подвижных обкладок и мембранной сетки, которые заряжаются поляризованным напряжением, что образует особый тип конденсатора. Его емкость изменяется в процессе колебаний мембраны от воздействия акустической волны.
Неоспоримым преимуществом конденсаторных микрофонов является их высокая чувствительность, а также быстрая реакция на переходные процессы и широкий диапазон частотных характеристик. Все эти элементы позволяют осуществлять запись звука с большим количеством деталей. Емкостные микрофоны характеризуются высоким качеством, что также отражается на их цене.
Преимущества и недостатки конденсаторных микрофонов
Преимущества конденсаторных микрофонов:
- Они легкие, но не очень прочные
- Характеризуются высокой чувствительностью и быстрой реакцией на переходные процессы, поэтому способны регистрировать даже тихие звуки, детали изменения тонов и т.д.
- Имеют широкую частотную характеристику, идеально подходят для записи вокала и акустических инструментов
- Полный потенциал может быть использован в студиях звукозаписи, в которых созданы хорошие акустические условия
- Доступны как устройства с разъемами XLR и USB
Недостатки конденсаторных микрофонов:
- Не устойчивы к механическим повреждениям и неблагоприятным погодным условиям
- Они дорогие
- Им нужна дополнительная фантомная мощность (48В) для работы
Как работает электретный микрофон
Электретные микрофоны являются одной из разновидностей конденсаторных микрофонов. Они выглядят как маленький конденсатор и состоят из диафрагмы и фиксированной мембраны.
Мембрана в устройствах этого типа выполнена из поляризованной электретной пленки, покрытой слоем металла. Тонкое металлическое покрытие – одна из двух граней конденсатора, другая – жесткая пластина. Акустическое давление воздействует на диафрагму, вызывая изменение емкости конденсатора.
В некоторых моделях электретный слой имеет фиксированное покрытие, а мембрана изготовлена из лучших материалов с механическими и термическими свойствами.
Преимущества и недостатки электретных микрофонов
Преимущества электретных микрофонов:
- Их легко и дешево производить, они являются одними из самых дешевых на рынке
- Используются, в основном, как поверхностные и конференц-микрофоны, а также микрофоны в мобильных телефонах, компьютерах, камерах, домофонах и устройствах прослушивания
- Более качественные электретные модели используются в измерителях уровня звука класса 1, а также в вокальных микрофонах
- Доступны как модели с разъемами XLR, разъемом 3,5 мм и проводными клеммами
- Как и все конденсаторные микрофоны, электретные устройства отличаются высокой чувствительностью и долговременной стабильностью
- Кроме того, эти модели устойчивы к влаге, ударам и механическим повреждениям
Недостатки электретных микрофонов:
- Они не пользуются популярностью среди звукорежиссеров, их часто считают худшими
- Подобно классическим конденсаторным микрофонам, требуется дополнительный источник питания, однако, в этом случае достаточно 1 вольта
Конденсаторный микрофон и электретный – что лучше
Электретный или обычный конденсаторный микрофон? Какое из этих устройств заслуживает внимания? Выбор конкретного решения зависит от предполагаемого использования микрофона и вашего бюджета. Несомненно, электретные микрофоны дешевле емкостных моделей, но по качеству последние выигрывают.
Если микрофон приобретается для профессионального применения, например, для записи вокала или записи акустических инструментов, стоит обратиться к емкостной модели. Для любительских применений дома или в компании достаточно электретных микрофонов. Они прекрасно работают как компьютерный микрофон, конференц-микрофон, поверхностный или галстучный.
Где ещё можно использовать электретные микрофоны? Такие устройства очень часто являются частью систем мониторинга. Благодаря небольшим размерам и влагостойкости их можно разместить практически в любом месте. В сочетании с такими же маленькими камерами они идеально подходят для наблюдения за трудными местами.
Как подключить конденсаторный микрофон к компьютеру
Как обычные конденсаторные микрофоны, так и электретные микрофоны могут быть подключены к компьютеру или консоли. В результате они используются не только для записи вокала или инструментов или в качестве элемента системы мониторинга, но также вы можете использовать их для видеоконференций, проведения виртуальных игр и записи видеоблогов.
Чтобы подключить микрофон к компьютеру, он должен быть оснащен подходящим разъемом. В случае с микрофонами они обычно имеют разъём 3,5 мм, USB и XLR.
Жидкий микрофон, или «в этом доме тебя слушают даже стены»
За долгие годы жизни, окружённые привычными вещами, мы даже не задумываемся об этом и принимаем как данность, что они должны выглядеть именно так, как выглядят для выполнения своей функции.
Однако зададимся вопросом, а могут ли привычные для нас предметы быть выполнены в несколько ином, так скажем «форм-факторе» и при этом их функция будет сохраняться?
В фильме 2008 года «На крючке» был такой интересный момент, когда компьютерная система, слишком рьяно выполняющая «защиту интересов государства» выступила против всех людей, которые могут ей помешать в этом. И в одном из моментов этого фильма, люди, когда начали подозревать, что за ними осуществляется слежка, перешли в закрытую звукозащищённую комнату. Однако, система и там умудрилась их подслушать, используя колебания водной поверхности:
С момента выхода фильма прошло более 10 лет, и в наше время, думается, мало кто будет сомневаться, что при наличии соответствующей оптики, компьютерный анализ участка изображения является сколь-нибудь существенной проблемой…
Тем не менее здесь происходит анализ изображения и это всё-таки, условно, довольно «высокие» технологии.
Но возможен ли жидкостный микрофон в чистом виде, то есть в виде некоего устройства, преобразующего звуковые колебания в модулированный (изменяющийся в соответствии со звуковыми волнами) электрический ток?
Жидкий микрофон
Как ни странно, подобный аппарат, именно в описанной реализации успешно существует и может быть легко собран любым желающим!
Также будет любопытным узнать, что одно из подобных устройств лежит в основе всех работ по микрофонной технике, и было разработано американским изобретателем Элишей Греем в 1800 годах. А если точнее, то 14 февраля 1876 года был подан патент на изобретение, содержащий описание жидкостного микрофона.
В этот же день был подан аналогичный патент, на преобразователь звука подобного же типа, от имени Александра Белла.
Оба патента были очень похожи друг на друга, что привело к большой вражде между изобретателями и этот патент считается самым дорогим в истории из-за серии последовавших за этим судов.
Тем не менее некоторые считают, что Белл своровал изобретение Грея. Но оставим это на совести самих изобретателей. Скажем только, что в дальнейшем Белл сосредоточился на работах по улучшению электромагнитного телефона и для коммерческих или иных массовых применений жидкостный преобразователь им не использовался.
Так что же представлял собой подобный преобразователь?
В истории сохранился рисунок самого Элиши Грея, где он изобразил систему следующим образом:
Как можно видеть, человек говорит в ёмкость, с дном которой соединён длинный проводник. Звуковые колебания вызывают колебания ёмкости, которые передаются проводнику, погружённому в воду. На дне ёмкости находятся второй проводник. Через всю систему в состоянии покоя и во время разговора постоянно протекает ток (ну да, подобный микрофон «шумит» из-за электролиза контактов, а что делать? На дворе 1800-е годы… 🙂 )
Как функционирует система: звуковые колебания приводят к физическому изменению местоположения проводника (проще говоря, он колеблется вверх-вниз), что, в свою очередь, вызывает резкие скачки сопротивления, и, соответственно, изменение силы протекающего электрического тока.
Как заявлял один из современников Александра Белла, после построения подобной системы и испытания её на практике, Белл с удовлетворением отметил, что система позволяет передавать вполне «членораздельную речь» (дословно, со слов Белла).
Какие микрофоны вообще бывают
В массовом сознании, особенно среди людей, которые никогда особо не интересовались этой темой, укоренилось понимание (особенно, наблюдая за звукоизлучающими динамиками), что «ну, микрофон, это, наверное, тоже что-то такое, колеблющееся в магнитном поле и вызывающее электрический ток».
Однако, как мы могли видеть выше, в качестве микрофона вполне может выступать даже иная система, в которой происходит не генерация электрического тока, а преобразование постоянно протекающего тока.
▍ Динамический микрофон
Тем не менее они тоже будут правы, так как подобного типа микрофон существует и называется «динамическим микрофоном». Его работа как раз и основана на явлении индукции, то есть перемещении проводника в магнитном поле, вызывающем электрический ток. То есть, мембрана подобного микрофона соединена с катушкой, которая колеблется в магнитном поле, источником которого являются сильные магниты, например, неодимовые.
Неоспоримым плюсом подобного типа микрофона является устойчивость к механическим повреждениям, а также к погодным условиям, однако чувствительность его оставляет желать лучшего.
▍ Конденсаторный микрофон
Гораздо более чувствительным микрофоном является конденсаторный, который может изменять свою ёмкость в зависимости от звуковых колебаний.
Обычно конденсатор представляет собой две обкладки, являющийся проводниками, между которыми проложен диэлектрик.
Микрофон с использованием эффекта конденсатора также не отличается от этого принципа и содержит две обкладки, одна из которых обычно изготавливается из эластичного материала, например, пластика, покрытого золотом, вторая обкладка которого укреплена неподвижно:
При воздействии звука на подвижную обкладку она начинает приближаться и удаляться от второй обкладки, что вызывает изменение ёмкости конденсатора. Если в этот момент конденсатор был заряжен, то изменение ёмкости приводит к изменению напряжения, и электрический ток изменяется, повторяя форму звуковой волны. Одной из подразновидностей конденсаторного микрофона является электретный микрофон.
Плюсом подобных микрофонов является высокая чувствительность, которая позволяет их использовать даже для регистрации очень тихих звуков. Минусом их является высокая стоимость и чувствительность к погодным условиям и ударам, поэтому подобные микрофоны часто используют в студиях звукозаписи и на радиостанциях (не вынося на природу).
▍ Пьезоэлектрический микрофон
Ещё одним любопытным типом микрофона является пьезоэлектрический, в котором используется одноимённый эффект, заключающийся в генерации пьезокристаллом электрического тока, пропорционально приложенной к нему силе:
Однако подобного типа микрофоны являются устаревшими, так как они очень чувствительны к условиям эксплуатации из-за хрупкого кристалла (раньше в подобного типа микрофонах в качестве пьезокристалла использовались кристаллы сегнетовой соли). Тем не менее они тоже находили своё место в дешёвой аппаратуре, а также в более качественном исполнении (когда сама пластина кристалла является мембраной, что позволяет избежать потерь качества звука при передаче колебаний) — регистрирующими шумы, в устройствах под названием «шумомеры».
▍ Угольный микрофон
Если мы ещё раз вернёмся к жидкому микрофону, который мы рассмотрели в самом начале, то, как мы уже и говорили, он по своей сути является модулирующим электрический ток (то есть изменяющим его, согласно звуковым колебаниям, причём сам он не генерирует ток). У него существует интересный аналог, который также модулирует ток, протекающий сквозь него: угольный микрофон.
Первые разработки угольного микрофона также относятся к 1800-м годам и появились на свет благодаря работам американского изобретателя Дэвида Юза:
Его микрофон представлял собой заточенный угольный стержень, соединённый с колеблющейся в такт звуку мембраной. Концы угольного стержня упирались в 2 угольные чашечки. Благодаря звуковым колебаниям — изменялась площадь контакта между стержнями и чашечками. Это, соответственно, влияло на сопротивление микрофона и ток в цепи.
Более современная версия подобного микрофона представляет собой две металлические пластины, между которыми насыпан угольный порошок, и вся эта конструкция заключена ещё в железный корпус. Колебания одной из пластин в такт звуку, — приводят к перегруппировке угольного порошка внутри, за счёт чего изменяется площадь контакта между пластинами и, соответственно, меняется сопротивление всей системы.
Благодаря тому, что угольный микрофон, по сути, также модулирует протекающий ток, он раньше был ценен тем, что практически не требует дополнительных усилителей (что позволяло избавиться от необходимости использования дорогостоящих радиодеталей) и использовать его, подключив напрямую к высокоомному наушнику или микрофону.
Однако среди его минусов можно перечислить такие, как: высокий уровень шумов в работе, нечувствительность к слишком высоким и слишком низким частотам (узкая полоса пропускания).
Кстати говоря, в одном из старых журналов Юный Техник, была показана конструкция, как сделать самодельный угольный микрофон. Для этого был необходим всего лишь спичечный коробок, в одну из стенок которого были закручены два шурупа, на которые был положен графитовый стержень (можно слегка прихватить его любой проволокой, но только неплотно, чтобы он мог колебаться; такая прихватка нужна только для того, чтобы он не свалился с шурупов и не лёг параллельно им):
Там описывалось, что звуковые колебания приводят к колебаниям графитового стержня в такт звуку, что позволяет, в свою очередь, слушать звук удалённо, на колонках, подключённых к проводам, идущим от шурупов (через шурупы постоянно должен течь ток).
После всего того, что мы изучили, нетрудно увидеть, что подобная самоделка представляет собой простейший угольный микрофон, подобный тому, который был разработан Дэвидом Юзом (никакой фантастики, а так хотелось. ).
▍ Оптический микрофон
Много раз в фильмах мы видели, как шпионы осуществляют прослушку некоего помещения, находясь далеко от него. В качестве способа осуществления прослушки использовался, как правило, лазерный луч невидимого глазом диапазона, например, инфракрасный.
В открытом виде, для изучения, подобных разработок автору не удалось найти, хотя подобная конструкция не является чем-то запредельным и может быть собрана буквально «на коленке». Тем не менее возможно, подобная ситуация связана с тем, что функционирующая система, выложенная в открытый доступ, с использованием невидимого луча — во многих странах будет подпадать уже под определение «технологий спецназначения», с соответствующими санкциями в адрес разработчика.
Тем не менее среди доступных для изучения удалось найти достаточно интересный эксперимент, который автор проводит в два этапа:
- на первом этапе он модулирует электрический ток в такт музыке, источником которой является смартфон. Электрический ток, в свою очередь, питает лазерную указку, наведённую на солнечную батарею, подключённую к звуковой колонке. В результате этой части эксперимента музыка передаётся по лазерному лучу и звучит из колонки,
- на втором этапе, автор эксперимента наводит лазерный луч снаружи помещения на стекло, таким образом, чтобы лазерный луч попадал на солнечную батарею, находящуюся внутри помещения. Колебания оконного стекла приводят к соответствующей модуляции лазерного излучения, падающего на солнечную батарею, что, в свою очередь, приводит к выработке модулированного электрического тока и регистрации звуковых колебаний (звук пишется на смартфон).
Omnia est tortor ligula (от лат. «всё есть микрофон»)
Как мы могли видеть выше, люди в разное время, достаточно творчески подходили к вопросу звуковых колебаний. Если попытаться перечислить все способы регистрации звука, то можно, наверное, их перечислить следующим образом:
- непосредственная регистрация (выцарапывание на восковом барабане и прочее — это мы не рассматриваем, так как уж слишком «аналоговые технологии»),
- генерация электрического тока,
- модуляция электрического тока,
- модуляция изображения и его анализ (или даже без анализа, если используется фотоэлемент с оптикой, наведённый в ту же точку, куда и лазер).
В видео ниже автор провёл очень интересный опыт, где проанализировал множество различных лампочек и нашёл одну, микролампу накаливания советского типа, которая регистрирует звуковые колебания — т.е. работает как микрофон!
Как заявил один из зрителей в комментариях после просмотра этого видео, он понял, почему на занятиях по информационной безопасности им рассказывали, почему на «режимных» предприятиях используют только лампы дневного света.
Точная причина подобного явления на данный момент неясна (читатели этой статьи тоже могут попробовать выдвинуть свою теорию, будет интересно с ней ознакомиться), однако была выдвинута версия, что подобный эффект возникает из-за того, что контур имеет собственный анодный заряд из-за разницы потенциала металлов: электроды (Cu), нить накаливания (Cr+Wa), цоколь (Zn), контакт (Pb). При воздействии на систему механических колебаний, — она начинает работать как усилитель, модулирующий электрический ток.
Но и это ещё не всё, в следующем видео, тем же автором был протестирован ряд разных радиоэлементов, которые также проявили свои микрофонные свойства (среди них даже трансформатор!):
Таким образом, как можно видеть по тестам выше, изменение физических параметров в результате воздействия приводит к модуляции электрического тока, которые могут быть зарегистрированы (копилка фобий: +1).
Подытоживая этот рассказ, хочется сказать, что существует большое количество способов фиксации звука. Но на настоящее время — всё-таки видится одним из наиболее перспективных способов регистрации звуковых колебаний, способ с использованием анализа изображения (кроме того, это просто даже интересно). Например, оптика хорошего качества, с возможностью приближения — наведена на оконное стекло, таким образом, чтобы на оконном стекле были видны малейшие пылинки, царапины и т. д.
Как показал эксперимент с лазерным лучом, звуковые колебания, возникающие в воздушной среде внутри помещения, так или иначе, передаются стеклу и вызывают его колебания, соответственно, будет в такт звуку «дрожать» картинка, которую показывает оптика. Применяя соответствующий компьютерный анализ изображения или даже без него (теоретически, можно даже попробовать использовать датчик компьютерной мыши + самописное ПО) — чтобы считать эти колебания и перевести в звук.
Либо же (в теории) можно проделать то же самое, используя камеру (подойдёт практически любая: вебка, смартфон и т.д.) со снятым инфракрасным фильтром, с надетой на неё соответствующей оптикой (тоже пропускающей инфракрасное излучение; в теории можно попробовать взять от CO2-лазера, хотя не факт, что именно такая поможет, скорее всего — потребуется спец.оптика по заказу) и используя инфракрасный лазер.
Также заинтересовавшиеся могут попробовать провести свои собственные эксперименты с жидким микрофоном, наверняка это будет весьма занятно, а также интересно всем (узнать о результатах опытов). По крайней мере, простота жидкого микрофона и успешная его работа у основоположников, позволяет в должной мере надеяться на успешный исход собственных опытов. Или же, может быть, вы изобретёте свой способ регистрации звука?
Скажем самописное ПО, анализирующее параметры клиентского компьютера и находящее закономерности, те, что изменяются во времени, похожие на звуковые волны: скажем, катушки индуктивности, трансформаторы, конденсаторы и т.д. — оказывающие воздействие (даже мизерное) на соответствующую подсистему компьютера, параметры которой меняются в соответствии со звуковой волной и могут быть найдены путём анализа. Весь компьютер — один сплошной микрофон. Даже без микрофона… 😉