přihlášení uživatele
přihlásit trvale na tomto počítači
vyhledávaní

zvukVývoj záznamových zařízení X - vynález mikrofonu

10.9.2013 | Autor: Michal Kašpárek | sekce: pro muzikanty - workshopy

Vývoj záznamových zařízení X - vynález mikrofonu


Mikrofon je v naprosté většině případů prvním a leckdy i nejdůležitějším prvkem nahrávacího řetězce. Koneckonců se jedná o kus techniky, bez které by svět tak, jak ho známe, nemohl vůbec existovat. Mikrofon dnes najdeme nejenom v nahrávacích studiích, na pódiích, v televizích, kamerách, fotoaparátech, mobilních telefonech, počítačích či jiných poměrně smysluplných zařízeních, ale „naslouchat“ nám začínají i ledničky, varné konvice či celé domácnosti vybavené systémem řízení umělou inteligencí. Historické kořeny tohoto významného vynálezu zasahují až do sedmnáctého století.

Co se etymologie týče, výraz mikrofon pochází z řeckých výrazů „micro“, což znamená malý, a „phon“ jehož českým překladem je zvuk. Pravděpodobně nejstarší dochovaný záznam o tomto zařízení pochází ze slovníku z roku 1683, který jej vysvětluje jako zařízení, které zesiluje „malé“ zvuky. Samozřejmě v této souvislosti nebyly myšleny elektroakustické měniče, jaké známe dnes, nýbrž akustická naslouchadla, ušní trumpetky či tehdejší megafony. Další výskyt mikrofonu pochází například z druhé poloviny 19. století - tentokrát znamenající stetoskopické naslouchadlo, založené opět čistě na akustickém principu vedení a zesílení zvuku.

V dnešním slova smyslu je však definice mikrofonu jednoznačně na straně zařízení, které převádí akustické kmitání na elektrické napětí s obdobným charakterem sinusového průběhu. Počátky tohoto zařízení leží ve stejném období jako velké množství dalších převratných vynálezů - v 19. století. A stejně jako u jiných zařízení i vlastní prvenství vynálezu mikrofonu je zahaleno dohady a nejasnostmi.

Schéma principu uhlíkového mikrofonu - při stlačení granulí zvukovou vlnou dojde jejich přiblížením ke snížení jejich elektrického odporu


První pokusy o výrobu mikrofonu jsou jednoznačně spojeny s přenosem hlasu a postupným vznikem „mluvícího telegrafu“ - telefonem.

Mnohé z těchto událostí byly již popsány v minulých dílech. Jedním z prvních vynálezců byl německý fyzik Johann Philipp Reis, který navrhl membránu s přiloženou kovovou páskou, která propojovala elektrický obvod. Toto zařízení samozřejmě fungovalo velmi špatně a o srozumitelném přenosu mluveného slova nemohla být ani řeč.

Americký vynálezce a zakladatel budoucí Western Electric Company,Elisha Gray sestrojil tzv. tekutý vysílač (liquid transmitter), složený z membrány s připojenou kovovou tyčinkou (elektrodou) ponořenou do kyselého roztoku. Ta při vstupních zvukových vibracích měnila svou vzdálenost od druhé pevné elektrody, čímž měnila velikost elektrického odporu a tak regulovala procházející proud.

Velmi podobný princip použil Alexander Graham Bell v roce 1876 ve svém prvním modelu primitivního telefonického systému. Na toto téma se poté rozhořel dlouhý patentový spor mezi Bellem a Grayem, který skončil vítězstvím A. G. Bella, jenž měl svůj patent doručit o několik hodin (!) dříve než Elisha Gray.

Nelze opominout ani Itala Antonia Meucciho a jeho pokusy s elektroléčbou, které vedly, dalo by se říct téměř nedopatřením, k nepřímému objevu elektromagnetické indukce. Jeho role v historii technické evoluce není dodnes jednoznačně objasněna, některé výzkumy však naznačují, že mohl předběhnout ostatní výzkumníky až o desítky let a pouze vlivem nešťastných událostí nemohl své objevy patentovat. Převládající názor historiků je však zatím takový, že Meucciho experimenty nedosahovaly valných výsledků ,a proto nevzbudily zájem mecenášů a nebyly patentovány. Nicméně Kongres Spojených států, u příležitosti výročí dvoustých narozenin v roce 2002, Antonia Meuccia uznal vynálezcem telefonu před Grahamem Bellem.

Další pokrok v této oblasti přichází s Emile Berlinerem, kterého návštěva americké průmyslové výstavy inspirovala k vylepšení Bellova hlasového vysílače do podoby, která se poté používala jako mikrofon v prvních telefonech. Nebyl ovšem sám - mizerná kvalita liquid transmitteru přímo volala po vylepšeních a o jeho zlepšení se pokoušeli mnozí konstruktéři a vynálezci. Zřejmě nejúspěšnějším z nich byl David Edward Hughes, který v roce 1878 navrhl zcela nový typ uhlíkového mikrofonu.

Vnitřní schéma uhlíkového telefonního mikrofonu Solid Black


Hlavní částí uhlíkového (carbon) mikrofonu byl uzavřený prostor s membránou plný uhlíkových zrnek. Akustický signál pohybující membránou stlačoval zrnka, čímž měnil jejich odpor a tím (obdobně jako u liquid transmitteru) procházející proud mezi napájecí a výstupní elektrodou. Ačkoliv na dnešní standardy byl výkon takového mikrofonu velmi špatný, zkreslený a s vysokým obsahem šumu, v době svého vzniku se jednalo o významný krok kupředu, který umožnil praktickou použitelnost telefonu pro srozumitelný přenos artikulované řeči. Hugheovu práci zdokonalil T. A. Edison, který použil jemnější zrnka a umístil je do robustní konstrukce mezi dvě kovové destičky.

Vznikla tak po desetiletí používaná konstrukce uhlíkového „button“ mikrofonu (elektrický odpor stlačovaných zrnek je nepřímo úměrný tlaku). Další výhodou uhlíkové konstrukce je její současné využití jako zesilovacího prvku - první polovodičový zesilovací prvek byl vynalezen až v roce 1906. V kamenných dobách zvukové techniky tak mikrofonem přímo procházel výkonový signál, a tedy poměrně vysoký proud. Mikrofony se tím mimo jiné podstatně zahřívaly.

Hlavní nevýhodou Hughesovy a později Edisonovy konstrukce byla (kromě již zmíněné z dnešního pohledu nevalné kvality) velká citlivost na otřesy. Mikrofony používané později ve studiích apod. byly tehdy umístěny v poměrně těžkých pouzdrech a pružinami upevněny do pevných stacionárních rámů.

Jednostranný uhlíkový mikrofon z roku 1915


Nedlouho po rozšíření uhlíkového mikrofonu se začaly (jako ostatně u všech technických novinek) objevovat nejrůznější vylepšení. Tento proces byl ještě podpořen na začátku dvacátých let minulého století rozvojem rozhlasového vysílání a technologií elektrického záznamu zvuku, kdy velká nahrávací studia začala využívat první elektrické mixážní pulty a výrazně tím zlepšila kvalitu produkovaných gramodesek.

Mezi prvními komerčně dostupnými modely mikrofonů, používaných zpočátku takřka výhradně v telefonních přístrojích, byl Blakeův vysílač (vyráběný Western Electric) v Bellově telefonu z roku 1882. Celý přístroj měřil na výšku téměř jeden metr - kvůli rozměrům jednotlivých komponent. Černý telefonní vysílač Solid Black společnosti Western Electric byl patentován v roce 1892 a byl v obměnách používán po následujících několik desetiletí. Další významné modely mikrofonů Western Electric číslo 229 z roku 1895 či 323 z roku 1917 měly lepší citlivost a trpěly nižším zkreslením, všechny mikrofony této konstrukce však trpěly vnitřní rezonancí obvykle v oblasti kolem 1 kHz, která způsobovala zvuk jako z megafonu. To ovšem nebylo v případě telefonování nutně nežádoucí, neboť tento jev mohl v mnohých případech zlepšit srozumitelnost mluvené řeči. Pro potřeby přenosu či záznamu hudby však kvalita stále nebyla dostatečná.

Mikrofon model 323 Western Electric z roku 1915


Zajímavostí související s počátky přenosu hlasu jsou mikrofonové náustky. Ty byly obvykle kovové či plastové (vyráběné často z tehdy rozšířeného druhu vulkanitu, podobně jako gramofonové desky). Během let se však objevilo mnoho druhů a typů náustků měnitelných, či dokonce jednorázových. To bylo způsobeno hygienickými požadavky na jejich čistotu z důvodu přenosu bakterií tuberkulózy. Proto byla tato „mluvítka“ pravidelně desinfikována, vyvařována či zakryta různými jednorázovými rouškami.

Jeden z nejlepších mikrofonů z počátků rozhlasového vysílání byl vyroben v Německu firmou Reisz, respektive jejím tehdejším zaměstnancem Georgem Neumannem, který se později osamostatnil a začal vyrábět mikrofony pod svým vlastním jménem. Dodnes existující společnost Georg Neumann GmbH, založená v roce 1928 v Berlíně, je předním světovým výrobcem špičkových studiových mikrofonů.

Během dvacátých let však uhlíkovým mikrofonům začal docházet dech a omezení této konstrukce přestalo být dostačující pro využití jinde než v telefonii. Vysoký šum, úroveň zkreslení a v neposlední řadě také problémy s „přesýpáním“ zrnek v pouzdře způsobující nestabilní a nekonzistentní vlastnosti odstartovaly rozsáhlý výzkum alternativních řešení.

Mikrofon model 387 Western Electric z roku 1920


Jedna z větví výzkumu byla založena na poznatcích bratrů Curieových (Jacques a Pierre Curie) z konce 19. století. Konstruktéři se snažili využít vlastností piezoelektrických materiálů postavených na krystalech křemene či Seignettovy soli. Na rozdíl od dnes využívaných piezoelektrických snímačů však byla kvalita tehdejších mikrofonů velmi špatná a prakticky nepoužitelná.

Další nalezená cesta ke snímání zvuku využívala proměnné kapacity kondenzátoru, jehož jedna elektroda byla tvořena pružnou kmitající membránou. Změnou vzdálenosti mezi plochami kondenzátoru tak docházelo ke změně jeho vnitřní kapacity, která byla následně převáděna aktivním elektrickým obvodem na napětí. První kondenzátorový mikrofon byl sestaven roku 1917 v Bellově laboratoři v USA jako laboratorní měřicí pomůcka. Praktického využití se tato technologie dočkala až v průběhu dvacátých let, ovšem první skutečně masově vyráběný a rozšířený kapacitní mikrofon byl vyroben již zmíněným Georgem Neumannem v roce 1928. Model CMV 3 svými kvalitami zdaleka převýšil všechny doposud vyráběné uhlíkové mikrofony a na dlouhá desetiletí se stal standardem pro nahrávací studia.

Psáno pro: časopis Muzikus 2013/01

Online verze stránky: http://www.muzikus.cz/pro-muzikanty-workshopy/Vyvoj-zaznamovych-zarizeni-X-vynalez-mikrofonu~10~zari~2013/

Komentáře

celkový počet: 0

Buďte první...


 
 
 
&;

Tento web používá k poskytování služeb, personalizaci reklam, poskytování funkcí sociálních médií a analýze návštěvnosti soubory cookie. Používáním tohoto webu s tím souhlasíte.