میکروفون چطوری کار می‌کند؟

صدا، یا همان انرژی‌ای که می‌توانیم آن را بشنویم، تا مسافت مشخص و محدودی را می‌تواند طی کند و سپس محیط اطراف ما آن را در خود فرو می‌برد و جذب می‌کند. به همین خاطر در گذشته برای رساندن صدا به جمعیتی زیاد، جارچی می‌فرستادند و تازه با پاره‌شدن حنجره جارچی باز هم صدا تنها در محدوده‌ زمانی و مکانی مشخص شنیده می‌شد. نمی‌شد صدایش را تا آن سر زمین، یا حتی آن نفر آخر که ته صف جمعیتی که دور هم در یک جا ایستاده بود (چرا که در گذشته‌های دور، مردم بدون ترس از ویروس کووید 19، در یک محل جمع می‌شدند) منتقل کند. صدا حتی از نظر زمانی هم محدودیت داشت و نمی‌شد آن را برای آیندگان در جایی ذخیره کرد و بعد از تمام شدن لحظه، دیگر قابل شنیدن و تکرار نبود. تا این‌که در قرن 19 میلادی میکروفون اختراع شد و همه چیز را به کلی عوض کرد. این اختراع به آدم‌ها این شانس را داد تا با تبدیل انرژی صدا به الکتریسیته، صدایشان توسط افراد بیشتر در بازه مکانی و زمانی گسترده‌تری شنیده شود.

حالا اصلاً میکروفون چطوری این کار را انجام می‌دهد؟ قبل از رسیدن به آن بخش، بگذارید اول مروری داشته باشیم بر این‌که میکروفون از چه قطعات و بخش‌هایی تشکیل شده است و ضرورت هر کدام برای کارکرد این دستگاه چیست.

چه قطعاتی اجزای میکروفون را تشکیل می‌دهند؟

در واقع قطعاتی که اجزای میکروفون را تشکیل می‌دهند، رابطه مستقیمی با کیفیت صدایی که میکروفون تولید می‌کند دارند. این اجزا عبارتند از:

صفحه باد: بخشی از میکروفون است که در آن صحبت می‌کنیم. معمولاً میکروفون‌ها مانع محافظتی گردی روی سرشان دارند که از فلز سخت ساخته شده است. درست در زیر این محافظ، صفحه باد یا wind screen قرار گرفته است. تقریباً تمام میکروفون‌ها یک صفحه باد دارند که در داخل خودشان ساخته شده است. ولی برای استفاده در استودیو یا حتی اجرا در فضای باز که وزش باد ممکن است دردسرساز باشد، بهتر است از پاپ فیلتر استفاده کرد. صفحه باد، لایه‌ای نازک از فوم است که برای ممانعت از ورود باد به داخل دیافراگم و ایجاد صداهای غیرضروری استفاده می‌شود.

دیافراگم: دیافراگم بخشی از میکروفون است که شباهت بسیاری به پرده گوش ما دارد. هنگامی که امواج صوت به این قطعه ضربه می‌زنند، آن را به لرزش درمی‌آورند و میکروفون همین لرزش را به سیگنال الکتریکی تبدیل می‌کند. می‌توان دیافراگم را بزرگ‌ترین عامل کیفیت صدا در میکروفون در نظر گرفت.

سیم پیچ: سیم پیچ‌ها منحصر به میکروفون‌های دینامیک‌اند. در این نوع میکروفون‌ها، سیم پیچ به دیافراگم متصل است و هنگام لرزش آن، سیم پیچ هم به لرزه درمی‌آید.

هسته مغناطیسی: این قطعه هم منحصر به میکروفون‌های دینامیک است. هسته مغناطیسی یک میدان مغناطیسی به وجود می‌آورد که لرزش سیم پیچ در این میدان باعث ایجاد سیگنال الکتریکی می‌شود.

کپسول: در هر میکروفون، کپسول جایی است که صدا از لرزش به سیگنال الکتریکی تبدیل می‌شود. در میکروفون‌های دینامیک، سیم پیچ و هسته، جدا از کپسول قرار دارند. بعضی میکروفون‌ها برای این‌که کپسول بتواند کارش را بکند، نیاز دارد انرژی‌اش تامین شود، ولی انواعی از میکروفون‌ها هم وجود دارند که نیازی به آن ندارند.

بدنه: بدنه میکروفون احتمالاً کم‌ترین ارتباط را با کیفیت صدا و بیشترین ارتباط را با طول عمر میکروفون شما دارد. بدنه میکروفون مثل بدنه ماشین است. میکروفون‌های خوب، بدنه‌ای محکم دارند که قطعات الکترونیکی‌شان به شکلی هوشمندانه در داخلشان قرار گرفته‌اند که تحمل ضربه، افتادن و حوادث دیگری که ممکن است در طول عمر یک میکروفون برایش اتفاق بیفتد را داشته باشند.

خروجی: از این قسمت است که کابل را به میکروفون متصل می‌کنید. نوع کابل برای میکروفون‌ها به صورت پیش‌فرض XLR است.

حالا اصلاً میکروفون چطور کار می‌کند؟

برای تعریف این‌که اصلاً میکروفون چیست و چه کاری انجام می‌دهد باید گفت که نوعی مبدل است. دستگاهی که انرژی را از نوعی به نوع دیگر تبدیل می‌کند. کار میکروفون این است که انرژی آکوستیک (امواج صوت) را بگیرد و به انرژی الکتریکی (سیگنال سمعی) تبدیل کند.

سوال اساسی این است که میکروفون چطور این تبدیل را انجام می‌دهد؟

وقتی صحبت می‌کنید، امواج صوت ایجاد شده توسط صدای شما، انرژی را به سمت میکروفون حمل می‌کند. یادتان باشد، صدایی که ما می‌توانیم بشنویم، انرژی‌ای است که با ارتعاشات در هوا حمل می‌شود.

در داخل میکروفون چیزی به اسم دیافراگم قرار دارد. قطعه‌ای بسیار کوچک که غالباً از پلاستیک نازک درست شده است. با حرف زدن ما، امواج صوت به دیافراگم برخورد می‌کنند و آن را به جلو و عقب حرکت می‌دهند.

در همین حین، سیم پیچی که به دیافراگم وصل شده است هم به جلو و عقب حرکت می‌کند.

آهنربای دائمی قرار گرفته در میکروفون، میدان مغناطیسی‌ای ایجاد می‌کند که از میان سیم پیچ عبور می‌کند. در حالی که سیم پیچ از میان این میدان مغناطیسی به عقب و جلو حرکت می‌کند، جریان الکتریکی در آن جاری می‌شود.

جریان الکتریکی از میکروفون خارج می‌شود و وارد یک آمپلی‌فایر (همان تقویت کننده صدا) یا دستگاه ضبط صدا می‌شود. به همین راحتی شما صدای خودتان را به الکتریسیته تبدیل می‌کنید. با استفاده از این جریان و با استفاده از تجهیزات ضبط صدا، می‌شود صدا را برای همیشه ذخیره کرد. یا می‌شود جریان را تقویت کرد و آن را به سمت بلندگوها هدایت کرد تا الکتریسیته را دوباره به صدا، ولی این بار بلندتر تبدیل کرد.

چه انواعی از میکروفون وجود داره؟

انواع متفاوت میکروفون، روش‌های متفاوتی برای تبدیل انرژی دارند. ولی قطعه‌ای که در همه آن‌ها مشترک است دیافراگم است. همان قطعه نازک (از جنس کاغذ، پلاستیک یا آلومینیوم) که هنگام برخورد امواج صوت به آن به لرزش درمی‌آید.

با اینکه همه میکروفون‌ها در نهایت کارشان این است که انرژی صوتی را به انرژی الکتریکی تبدیل کنند، ولی بسته به نوع میکروفون، هر کدام از روشی متفاوت این کار را انجام می‌دهند. در ادامه به معرفی انواع میکروفون‌ها می‌پردازیم و طرز تبدیل انرژی صوتی به الکتریکی هر یک را بررسی می‌کنیم.

تفاوت میکروفون‌ها را می‌شود در دو دسته تقسیم بندی کرد:

1. نوع تکنولوژی تبدیلی که استفاده می‌کنند

این دسته اشاره به روش فنی‌ای دارد که میکروفون برای تبدیل صدا به الکتریسیته استفاده می‌کند. از معمول‌ترین تکنولوژی‌ها می‌توان به دینامیک، کندانسور، روبان و کریستال اشاره کرد. البته فراموش نکنیم که هر کدام از این تکنولوژی‌ها، مزایا و ضعف‌های خودشان را دارند.

2. نوع کاربردی که برای آن طراحی شده‌اند

بعضی از میکروفون‌ها برای استفاده عمومی طراحی شده‌اند و می‌‌توان به راحتی از آن‌ها در موقعیت‌های مختلف استفاده کرد و نتیجه دلخواه گرفت. در حالی که بقیه خیلی تخصصی‌اند و فقط برای هدفی که برایشان تعیین شده است خوب کار می‌کنند و به درد بخورند.

میکروفون دینامیک: این نوع میکروفون، همان میکروفون معمولی است که با استفاده از دیافراگم، آهنربا و سیم پیچ، انرژی صوتی را به الکتریکی تبدیل می‌کند.

میکروفون کندانسور: در حالی که محبوبیت میکروفون دینامیک با ساختاری که دارد برای استفاده روی صحنه مناسب است، میکروفون‌های کندانسور یا خازنی را برای ضبط در استودیو بیشتر ترجیح می‌دهند.

روش کار کردن این نوع میکروفون تنها کمی متفاوت از دینامیک است. این میکروفون از دیافراگم استفاده می‌کند تا صفحات آهنی یک خازن را حرکت دهد و از این طریق یک جریان ایجاد کند.

میکروفون بی‌سیم: میکروفون‌های بی‌سیم از فرستنده‌های رادیویی استفاده می‌کنند تا سیگنال‌هایشان را به تقویت‌کننده یا دیگر تجهیزات صوتی بفرستند یا از آن‌ها سیگنال دریافت کنند. به همین خاطر است که اغلب به این نوع میکروفون‌ها، میکروفون‌های رادیویی هم گفته می‌شود.

الگوی قطبی، یکی دیگر از ویژگی‌های مهم هر میکروفون

ویژگی دیگری که میکروفون‌ها را از یکدیگر متمایز می‌کند، الگوی قطبی آن‌هاست. میکروفون‌ها براساس الگوی قطبی‌ای که دارند، صدا را  از یک یا چند جهت مشخص دریافت می‌کنند. الگوی قطبی هر میکروفون به طراحی و نوع کاربرد میکروفون بستگی دارد. این الگوهای قطبی به سه دسته تقسیم می‌شوند و زیر شاخه‌های دیگری هم دارند.

سه الگوی قطبی که در میکروفون‌ها به کار می‌روند شامل الگوی تمام جهتی، دو جهتی و تک جهتی است. توضیح شیوه کار این الگوها را می‌توان از اسمی که دارند خیلی راحت تشخیص داد؛ میکروفون‌هایی که الگوی قطبیشان تمام جهتی یا Omnidirectional است، صداها را با میزان حساسیت برابر از تمام جهات دریافت می‌کند، در حالی که در میکروفون با الگوهای قطبی دو جهتی یا bidirectional، میکروفون صداها را از دو جهت جلو و پشت به میزان حساسیت مساوی دریافت می‌کند. سومین الگوی قطبی میکروفون‌ها، تک جهتی یا unidirectional است که فقط جلوی این میکروفون‌ها به صدا حساسند و فقط از همین سمت جلو صدا را دریافت می‌کنند. میکروفون‌ها با این نوع الگوی قطبی برای ضبط صدا از نقطه و جهتی مشخص مناسب‌ترند. برای مثال اگر در محیطی شلوغ و پر سر و صدا باشید و بخواهید صدایی مانند اخبار تلویزیون یا موسیقی‌ای که به دلتان نشسته را ضبط کنید، بهتر است از میکروفونی که الگوی قطبی آن تک جهتی است استفاده کنید تا صدا را از یک جهت مشخص دریافت کند.

میکروفون‌های تک جهتی هم خودشان به 4 دسته الگوی کاردیوئید (الگوی قلبی)، الگوی ساب کاردیوئید، الگوی سوپر کاردیوئید و الگوی هایپر کاردیوئید تقسیم می‌شوند.

این الگو‌های قلبی همان‌طور که از اسمشان پیداست الگوی دریافت صدایشان چیزی شبیه به قلب است و این میکروفون‌ها صرفاً در این‌که از کدام سمت نسبت به صدا حساس‌ترند و صدا را بهتر دریافت می‌کنند، با هم متفاوتند.

میکروفون همان بلندگو است، ولی معکوس

شاید برایتان جالب باشد که بدانید میکروفون و بلندگو، کارکردی نسبتاً مشابه با یکدیگر دارند. ولی ظاهر خیلی متفاوت آن‌ها باعث می‌شود هرگز متوجه نشویم که در واقع چقدر این دو شبیه به همند. با توجه به بخش قبل، حتی نیازی به توضیح درباره شیوه کار بلندگو نیست. چون همان روش کار میکروفون است، ولی به شکل معکوس.

در بلندگو، الکتریسیته در سیم پیچی از جنس سیم فلزی که دور (یا جلوی) آهنربای دائمی پیچیده شده است، جریان پیدا می‌کند. الگوی متغیر الکتریسیتی در داخل سیم پیچ باعث ایجاد میدان مغناطیسی در اطراف آن می‌شود و به میدانی که آهنربای دائمی ایجاد می‌کند فشار می‌آورد. همین باعث می‌شود که سیم پیچ حرکت کند. سیم پیچ به صفحه بزرگ و صافی متصل است که دیافراگم یا قیف نامیده می‌شود. وقتی که سیم پیچ حرکت می‌کند، دیافراگم هم حرکت می‌کند. از همین حرکت دیافراگم، هوا به جلو و عقب و بعد به داخل اتاق فشار داده می‌شود و همین امواج صوتی را به وجود می‌آورد که ما می‌توانیم بشنویم.

همانطور که گفتیم؛ مثل میکروفون، ولی معکوس.