Uhlíkový mikrofon - Carbon microphone

Uhlíkový mikrofon z telefonního přístroje Western Electric, kolem roku 1976.
Demontovaný uhlíkový mikrofon Ericsson s viditelnými částicemi uhlíku

Uhlíkový mikrofon , známý také jako tlačítko uhlíkový mikrofon , tlačítko mikrofonu , nebo oxid vysílač , je typ mikrofonu , je převodník , který převádí zvuk na elektrický audio signálu . Skládá se ze dvou kovových desek oddělených granulemi uhlíku . Jedna deska je velmi tenká a směřuje k mluvící osobě, působí jako bránice . Zvukové vlny narážející na membránu způsobují její vibraci a vyvíjení různého tlaku na granule, což zase mění elektrický odpor mezi deskami. Vyšší tlak snižuje odpor, protože jsou granule tlačeny blíže k sobě. Mezi deskami prochází granulemi stálý stejnosměrný proud . Proměnlivý odpor vede k modulaci proudu a vytváří měnící se elektrický proud, který reprodukuje měnící se tlak zvukové vlny. V telefonii je tento zvlněný proud přímo veden telefonními dráty do centrály . V systémech místního rozhlasu je zesilován audio zesilovačem . Frekvenční odezva většiny uhlíkových mikrofonů jsou však omezena na úzký rozsah, a zařízení se vytváří značný elektrický šum .

Před rozšířením elektronkových zesilovačů ve 20. letech 20. století byly uhlíkové mikrofony jediným praktickým prostředkem pro získávání zvukových signálů vysoké úrovně. V telefonních systémech byly široce používány až do 80. let minulého století, zatímco jiné aplikace používaly různé konstrukce mikrofonů mnohem dříve. Jejich nízké náklady, inherentně vysoký výkon a charakteristika frekvenční odezvy se dobře hodily pro telefonování. Pro obyčejnou starou telefonní službu (POTS) lze telefony na bázi uhlíkových mikrofonů stále používat bez úprav. Uhlíkové mikrofony, obvykle upravené telefonní vysílače, byly široce používány v časných AM rozhlasových vysílacích systémech, ale jejich omezená frekvenční odezva, stejně jako poměrně vysoká hladina hluku, vedly k jejich opuštění v těchto aplikacích koncem dvacátých let minulého století. Po několik desetiletí byly nadále široce používány pro low-end veřejnou adresu a vojenské a amatérské rozhlasové aplikace.

Dějiny

Hughesův první uhlíkový mikrofon, skládající se z uhlíkové tyče volně zavěšené mezi dvěma kovovými kontakty proudem procházejícím baterií. Zvukové vlny vibrovaly tyč, měnící odpor kontaktních bodů uhlíku, měnící se proud.

První mikrofon, který umožňoval správnou hlasovou telefonii, byl (volný kontakt) uhlíkový mikrofon (tehdy nazývaný vysílač). Toto nezávisle vyvinuli kolem roku 1878 David Edward Hughes v Anglii a Emile Berliner a Thomas Edison v USA. Ačkoli Edison získal první patent v polovině roku 1877, Hughes před několika lety před mnoha svědky předvedl své pracovní zařízení a většina historiků mu jeho vynález připisuje.

Hughesovo zařízení používalo volně balené uhlíkové granule - měnící se tlak vyvíjený na granule membránou z akustických vln způsobil, že se odpor uhlíku úměrně mění, což umožňuje relativně přesnou elektrickou reprodukci zvukového signálu. Hughes také razil slovo mikrofon. Královské společnosti předvedl svůj aparát zvětšením zvuku hmyzu škrábajícího se ozvučnou skříní. Na rozdíl od Edisona se Hughes rozhodl nevzít si patent; místo toho udělal svůj vynález darem světu.

V Americe vedli Edison a Berliner dlouhou právní bitvu o patentová práva. Nakonec federální soud udělil Edisonovi plná práva na vynález, když uvedl: „Edison předběhl Berlinera v přenosu řeči ... Použití uhlíku ve vysílači je mimo kontroverze vynálezem Edisona“ a berlínský patent byl prohlášen za neplatný.

Uhlíkový mikrofon je přímým prototypem dnešních mikrofonů a byl rozhodující ve vývoji telefonie, vysílání a nahrávacího průmyslu. Později byly mezi uhlíkovými knoflíky použity uhlíkové granule. Uhlíkové mikrofony byly široce používány v telefonech od roku 1890 do 80. let minulého století.

Použijte jako zesilovač

Provoz uhlíkového mikrofonu. Když zvuková vlna přitlačí na vodivou membránu, granule uhlíku se stlačí a sníží se jejich elektrický odpor.

Jako zesilovače lze použít uhlíkové mikrofony . Tato schopnost byla použita v prvních telefonních opakovačích , což umožňovalo dálkové telefonní hovory v době před elektronkovými zesilovači. V těchto opakovačích byl magnetický telefonní přijímač (elektricko-mechanický převodník ) mechanicky spojen s uhlíkovým mikrofonem. Protože uhlíkový mikrofon funguje tak, že mění proud, který jím prochází, místo generování signálního napětí jako u většiny ostatních typů mikrofonů by toto uspořádání mohlo být použito ke zesílení slabých signálů a jejich odeslání po linii. Tyto zesilovače byly většinou opuštěny s vývojem elektronek , které nabízely vyšší zisk a lepší kvalitu zvuku . Dokonce i poté, co byly vakuové trubice běžně používány, se uhlíkové zesilovače během třicátých let nadále používaly v přenosných audio zařízeních, jako jsou sluchadla. Uhlíkový zesilovač Western Electric 65A měl průměr 1,2 palce a výšku 0,4 palce a vážil méně než 1,4 unce. Takové uhlíkové zesilovače nevyžadovaly těžké objemné baterie a napájecí zdroje používané elektronkovými zesilovači. V padesátých letech minulého století byly uhlíkové zesilovače pro sluchadla nahrazeny miniaturními elektronkami (jen brzy budou nahrazeny tranzistory). Uhlíkové zesilovače se však stále vyrábějí a prodávají.

Znázorněním zesílení poskytovaného uhlíkovými mikrofony byla oscilace způsobená zpětnou vazbou, která měla za následek slyšitelné pískání ze starého „ svícnového telefonu “, pokud bylo jeho sluchátko umístěno poblíž uhlíkového mikrofonu.

Rané rozhlasové aplikace

Rané AM rádiové vysílače spoléhaly na uhlíkové mikrofony pro hlasovou modulaci rádiového signálu. V prvních dálkových přenosech zvuku od Reginalda Fessendena v roce 1906 byla kontinuální vlna z alternátoru Alexanderson přiváděna přímo do vysílací antény prostřednictvím vodou chlazeného uhlíkového mikrofonu. Pozdější systémy využívající oscilátory elektronek často používaly výstup z uhlíkového mikrofonu k modulaci předpětí mřížky oscilátoru nebo výstupní trubice k dosažení modulace.

Aktuální využití

Na rozdíl od starších telefonních instalací v různých podmínkách podle oblastí a zemí mohou být uhlíkové mikrofony v některých specializovaných aplikacích používány i dnes, ačkoli výrobci distribuci ukončují. Například Shure 104c byl na konci roku 2010 stále žádaný kvůli své široké kompatibilitě se stávajícím vybavením.

Hlavní výhodou uhlíkových mikrofonů oproti jiným mikrofonním konstrukcím je, že mohou produkovat zvukové signály na vysoké úrovni z velmi nízkých stejnosměrných napětí, aniž by potřebovaly jakoukoli formu dalšího zesílení nebo baterií. Uhlíkový mikrofon díky použití napájecího zdroje poskytuje zisk. To lze snadno demonstrovat zapojením baterie, mikrofonu a sluchátek do série. Pokud se mikrofon a sluchátko uvedou do kontaktu, systém bude oscilovat. To je možné pouze tehdy, pokud je zisk energie kolem smyčky větší než jednota. Nízkonapěťový výkon mikrofonu je zvláště užitečný na vzdálených místech obsluhovaných velmi dlouhými telefonními linkami, kde elektrický odpor vodičů může vést k silnému poklesu stejnosměrného napětí. Většina plně elektronických telefonů potřebuje k práci alespoň tři volty stejnosměrného proudu, a proto se v takových situacích často stanou nepoužitelnými, zatímco telefony s uhlíkovým vysílačem budou i nadále fungovat až na zlomek voltu. I tam, kde pracují, trpí elektronické telefony takzvaným „ efektem útesu “, kdy při poklesu síťového napětí pod kritickou úroveň náhle přestanou fungovat. Zejména to znamená, že jeden telefon na „ stranické lince “ může mít tendenci „prasat“ veškerý linkový proud , čímž ostatní odstřihne. S uhlíkovými mikrofony budou všechny přijímače na stejné lince stále fungovat, i když se sníženým výkonem .

Uhlíkové mikrofony jsou také široce používány v aplikacích kritických pro bezpečnost, jako je těžba a chemická výroba , kde nelze použít vyšší síťové napětí, kvůli riziku jiskření a následných výbuchů . Telefonní systémy na bázi uhlíku jsou také odolné vůči poškození vysokonapěťovými přechodovými jevy , jako jsou ty způsobené údery blesku , a elektromagnetickým pulzům typu generovaného jadernými výbuchy , a proto jsou stále udržovány jako záložní komunikační systémy v kritických vojenských zařízeních.

Reference

  1. ^ Heil, B.Mikrofon: Krátká ilustrovaná historie. QST , 90 (6), 50
  2. ^ Paul J. Nahin (2002). Oliver Heaviside: Život, práce a časy elektrického génia viktoriánského věku . Stiskněte JHU. p. 67. ISBN 9780801869099.
  3. ^ Huurdeman, Anton (2003). Celosvětová historie telekomunikací . John Wiley & Sons.
  4. ^ „David Hughes“ . Citováno 2013-12-30 .
  5. ^ „Stručná historie mikrofonů“ (PDF) . Citováno 2012-12-17 .
  6. ^ Síň slávy vynálezců archivována 10. června 2006 na Wayback Machine , E. Berliner, US patent 0,463,569 podaný v červnu 1877, vydaný v listopadu 1891
  7. ^ a b IEEE Global History Network: Carbon Transmitter . New Brunswick, New Jersey: Centrum historie IEEE „archivovaná kopie“ . Archivovány od originálu na 2010-03-18 . Citováno 2009-01-14 .CS1 maint: archivovaná kopie jako název ( odkaz )
  8. ^ "David Edward Hughes: Concertinist and Inventor" (PDF) . Archivováno z originálu (PDF) dne 2013-12-31 . Citováno 2012-12-17 .
  9. ^ Příklady zesilovačů, které byly založeny na uhlíkových mikrofonech:
  10. ^ Douglas Self. „Elektromechanické zesilovače (uhlíkový zesilovač Western Electric 65A ve sluchadle 66B)“ . Archivovány od originálu na 2015-09-23 . Citováno 2010-09-14 .
  11. ^ "GN 0686 Netcom In-Line Carbon Amplifier" . Headset-Plus.com.
  12. ^ "Model 104C Guide" (PDF) . Shure Incorporated.
  13. ^ "527c-as-a-a-replacement-for-model-104c" .

Bibliografie

externí odkazy

  • Edisonův vynález uhlíkového (grafitového) mikrofonu od Franka Dyera
  • TA Edison, US Patent 0,474,230 Speaking Telegraph (grafitový mikrofon), podaný v dubnu 1877, vydaný v květnu 1892
  • TA Edison, americký patent 0,203,016 Zlepšení mluvení telefonů (černé tlačítko se stlačenou lampou izolované od membrány), podané v březnu 1878, vydaném v dubnu 1878
  • TA Edison, US Patent 0,222,390 Carbon Telephone (mikrofon s uhlíkovými granulemi), podán v listopadu 1878, vydaný v prosinci 1879
  • E. Berliner, US Patent 0,222,652 Vylepšení v elektrických kontaktních telefonech (uhlíková membrána s uhlíkovým kontaktním kolíkem), podané v srpnu 1879, vydané 16. prosince 1879
  • AC White, US Patent 0,485,311 Telefon (pevný zadní uhlíkový mikrofon), podáno 24. března 1892, vydáno 1. listopadu 1892 (Bell inženýr)