Кіріспе
Микрофонның дизайны Көміртек микрофоны, көміртекті түйме микрофоны, түйме микрофоны немесе көміртекті таратушы деп те аталады, бұл дыбысты электрлік аудио сигналына айналдыратын микрофонның түрі. Ол көміртек түйіршіктерімен бөлінген екі металл пластинадан тұрады. Бір пластинка өте жұқа, сөйлеушіге қараған, диафрагма сияқты әрекет етеді. Диафрагмаға соққы берген дыбыс толқындары оның дірілденуіне себепші болады, бұл түйіршіктерге әртүрлі қысым жасайды, бұл өз кезегінде пластиналар арасындағы электр кедергісін өзгертеді. Жоғары қысым гранулдарды бір-біріне жақын итергенде кедергісін төмендетеді. Тұрақты ток түйіршіктер арқылы пластиналар арасында өтеді. Қарсылықтың өзгеруі токтың модуляциясына әкеледі, бұл дыбыс толқынының өзгермелі қысымын қайталайтын өзгермелі электр тоғын жасайды. Телефон арқылы бұл толқындық ток тікелей телефон сымдары арқылы орталық кеңсеге өтеді. Аудиоды күшейткіш арқылы күшейтеді. Көбінесе көміртек микрофондарының жиілік реакциясы тар диапазонмен шектеледі және құрылғы елеулі электр шуын шығарады. 1920-жылдары вакуумды құбырлы күшейткіштердің таралуына дейін көміртек микрофондары жоғары деңгейдегі дыбыс сигналдарын алудың жалғыз практикалық құралы болды. Олар 1980-ші жылдарға дейін телефон жүйелерінде кеңінен қолданылған, ал басқа қолданбалар микрофонның әртүрлі дизайнын әлдеқайда бұрын қолданған. Олардың арзан бағасы, жоғары шығыны және жиілік респонсіялары телефонияға өте қолайлы болды. Қарапайым ескі телефон қызметі (POTS) үшін көміртек микрофоны бар телефондарды әлі де өзгертпей пайдалануға болады. Көміртек микрофондары, әдетте, телефон берушілері өзгертілген, ертедегі AM радио хабар тарату жүйелерінде кеңінен қолданылған, бірақ олардың жиіліктері шектеулі, сондай-ақ шу деңгейі де жоғары болды, бұл 1920-жылдардың аяғында осы қолданбалардан бас тартуға әкелді. Олар төменгі деңгейдегі қоғамдық сөйлеулер, әскери және әуесқой радио қолданбалар үшін бірнеше онжылдықтар бойы кеңінен қолданыла берді.
The carbon microphone, also known as carbon button microphone, button microphone, or carbon transmitter, is a type of microphone, a transducer that converts sound to an electrical audio signal. It consists of two metal plates separated by granules of carbon. One plate is very thin and faces toward the speaking person, acting as a diaphragm. Sound waves striking the diaphragm cause it to vibrate, exerting a varying pressure on the granules, which in turn changes the electrical resistance between the plates. Higher pressure lowers the resistance as the granules are pushed closer together. A steady direct current is passed between the plates through the granules. The varying resistance results in a modulation of the current, creating a varying electric current that reproduces the varying pressure of the sound wave. In telephony, this undulating current is directly passed through the telephone wires to the central office. In public address systems it is amplified by an audio amplifier. The frequency response of most carbon microphones, however, is limited to a narrow range, and the device produces significant electrical noise. Before the proliferation of vacuum tube amplifiers in the 1920s, carbon microphones were the only practical means of obtaining high level audio signals. They were widely used in telephone systems until the 1980s, while other applications used different microphone designs much earlier. Their low cost, inherently high output and frequency response characteristic were well suited for telephony. For plain old telephone service (POTS), carbon microphone based telephones can still be used without modification. Carbon microphones, usually modified telephone transmitters, were widely used in early AM radio broadcasting systems, but their limited frequency response, as well as a fairly high noise level, led to their abandonment in those applications by the late 1920s. They continued to be widely used for low end public address, and military and amateur radio applications for some decades afterward.
Тарих
Дұрыс дауыс телефониясын іске асыратын алғашқы микрофон (бос байланыс) көміртек микрофоны (ол кезде хабар таратушы деп аталатын) болды. Бұл әдісті 1878 жылы Англияда Дэвид Эдвард Хьюз, АҚШ-та Эмиль Берлинер мен Томас Эдисон өз бетімен әзірледі. Эдисонға алғашқы патент 1877 жылдың ортасында берілсе де, Хьюз бірнеше жыл бұрын көптеген куәгерлердің алдында өзінің жұмыс жасайтын құрылғысын көрсеткен болатын, ал көптеген тарихшылар оны ойлап тапқан деп есептейді. Хьюз құрылғысы еріктей салынған көміртек түйіршіктерін қолданды. Дыяфрагманың дыбыстық толқындардан түйіршіктерге әсер ететін әртүрлі қысымы көміртектің кедергісін пропорционалды түрде өзгертуге әкеліп соқты, бұл дыбыс сигналының электрлік қайталануын салыстырмалы түрде дәл жасауға мүмкіндік берді. Хьюз микрофон сөзін де ойлап шығарды. Ол өзінің аппаратын Корольдік қоғамға үн қорапшасын тырнап жатқан жәндіктердің дыбысын ұлғайтып көрсетті. Эдисоннан айырмашылығы, Хьюз патент алмауға шешім қабылдады; оның орнына ол өзінің өнертабысын әлемге сыйлық етті. Америкада Эдисон мен Берлинер патенттік құқық үшін ұзақ соттыққа түсті. Ақырында федералды сот Эдисонға өнертабысқа толық құқық берді, "Эдисон Берлинердің алдында сөйлеуді таратуда болды. Берлинердің патенті жарамсыз деп танылды. Көміртек микрофоны - бүгінгі микрофонның тікелей прототипі және телефон, радио хабарларын тарату және жазба индустриясының дамуында маңызды рөл атқарды. Кейін көміртек түймелерінің арасында көміртек түйіршіктерін қолданды. Көміртек микрофондары 1890 жылдан бастап 1980 жылға дейін телефондарда кеңінен қолданылған. Бұл мүмкіндік ерте телефон ретрансляторларында қолданылған, бұл вакуумдық құбырлы күшейткіштерге дейінгі дәуірде ұзақ қашықтыққа телефон қоңырауларын жасауға мүмкіндік берді. Бұл ретрансляторларда магниттік телефон қабылдағышы (электрлік механикалық түрлендіргіш) көміртек микрофонына механикалық түрде қосылған. Көміртек микрофоны онымен өтетін токтың өзгеруі арқылы жұмыс істейтіндіктен, басқа микрофон түрлеріндегідей сигнал кернеуін тудырмаудың орнына, бұл құрылым әлсіз сигналдарды күшейту және оларды желіге жіберу үшін пайдаланылуы мүмкін. Бұл күшейткіштер көбінесе жоғары пайда және жақсы дыбыс сапасын ұсынатын вакуумдық түтіктердің дамуымен тасталды. Вакуумдық түтіктер кеңінен қолданылғаннан кейін де, көміртек күшейткіштерді 1930 жылдары есту аппараттары сияқты портативті дыбыс жабдықтарында пайдалану жалғастырылды. Western Electric 65A көміртек күшейткішінің диаметрі 1,2 " және биіктігі 0,4" болды және салмағы 1,4 унциядан аз болды. Мұндай көміртектік күшейткіштерде вакуумды құбырлы күшейткіштерде қолданылатын ауыр батареялар мен қуат көздері қажет емес еді. 1950 жылдары есту аппараттары үшін көміртек күшейткіштердің орнын шағын вакуумды түтіктер (ақылда транзисторлармен алмастырылды) басқарды. Алайда көміртектік күшейткіштер әлі де өндіріліп, сатылуда. Көміртек микрофондарымен қамтамасыз етілген күшейткішті көбейтудің мысалы - кері байланыс салдарынан болатын тербеліс, егер оның құлаққаптары көміртек микрофонының жанында орналасса, ескі "шамдалған телефоннан" естілетін сыңғырлау пайда болды.
Радионың алғашқы қолданылуы
Ертедегі AM радио хабар таратушылар радио сигналын дауыстық модуляциялау үшін көміртек микрофондарына сүйенді. Реджинальд Фессенденнің 1906 жылы жасаған алғашқы алыс қашықтыққа аудио хабарларын тарату кезінде Александерсон генераторынан үздіксіз толқын сумен салқындатылған көміртек микрофоны арқылы тікелей хабар тарату антеннасына жіберілді. Кейінгі уақытта вакуумдық түтік осцилляторларын пайдаланатын жүйелер көбінесе көміртек микрофонынан шыққан шығысты осциллятордың немесе шығыс түтігінің торлық ауытқуының модуляциясын іске асыру үшін модуляциялады.
Қазіргі қолданылуы
Бұрынғы телефон қондырғыларынан басқа, аймақтар мен елдерге байланысты әртүрлі жағдайларда, көміртек микрофондары өндірушілер таратпаса да, кейбір мақсатты қолданбаларда әлі де қолданылуы мүмкін. Мысалы, Shure 104c, 2010 жылдардың соңында қолданыстағы жабдықпен кең үйлесімділігі үшін сұранысқа ие болды. Көміртек микрофондарының басқа микрофон жобаларына қарағанда басты артықшылығы - олар өте төмен DC кернеуінен қосымша күшейту немесе батареялар қажетсіз жоғары деңгейдегі дыбыс сигналдарын шығара алады. Көміртек микрофоны, қуат көзі арқылы қуаттылық береді. Бұл батареяны, микрофон мен құлаққаптарды қатар қосу арқылы оңай дәлелденуі мүмкін. Егер микрофон мен құлаққап байланысқа келсе, жүйе тербеліске ұшырайды. Бұл тек қана циклдің айналасындағы қуаттылық бірліктен артық болса ғана мүмкін. Микрофонның төмен кернеулік қызметі өте ұзақ телефон желілерімен қызмет көрсететін шалғай жерлерде өте пайдалы, онда сымдардың электрлік кедергісі DC кернеуінің қатты төмендеуіне әкелуі мүмкін. Барлық электрондық телефондардың көпшілігі жұмыс істеу үшін кем дегенде үш вольт DC қажет, сондықтан мұндай жағдайларда олар жиі пайдасыз болады, ал көміртекті хабар таратушы телефондар вольттың бір бөлігінен төмен жұмыс істей береді. Тіпті жұмыс істеген жерлерде де электрондық телефондар "тасқауыл әсерінен" зардап шегеді, яғни желідегі кернеулік қауіпті деңгейден төмен түскенде олар кенеттен жұмысын тоқтатады. Бұл, атап айтқанда, "партиялық желідегі" бір телефон барлық желідегі токты "алып кетуі" мүмкін, басқаларын кесіп тастайды. Көміртек микрофондары бар болса, сол желідегі барлық қабылдағыштар, егер шығыны азайтылса да, жұмыс істейді. Көміртек микрофондары сондай-ақ тау-кен және химия өндірісі сияқты қауіпсіздікке маңызды қосымшаларда кеңінен қолданылады, онда ұшқырлар мен содан туындайтын жарылыстар қаупіне байланысты жоғары желілік кернеулерді қолдануға болмайды. Көміртегіге негізделген телефон жүйелері сондай-ақ найзағай соққылары мен ядролық жарылыстардан пайда болған электр магниттік импульстер сияқты жоғары кернеудегі транзиторлардан зақымдануға төзімді, сондықтан олар әлі де маңызды әскери қондырғыларда резервтік байланыс жүйелері ретінде сақталады.