Угольный микрофон - Carbon microphone

Угольный микрофон из телефонной трубки Western Electric, около 1976 года.

Угольный микрофон Ericsson в разобранном виде с видимыми частицами углерода

В угольный микрофон, также известный как угольный микрофон кнопки, кнопка микрофон, или же углеродный передатчик, это тип микрофон, а преобразователь что обращает звук к электрическому звуковой сигнал. Он состоит из двух металл пластины, разделенные гранулами углерод. Одна пластина очень тонкая и обращена к говорящему, действуя как диафрагма. Звуковые волны удары по диафрагме заставляют ее вибрировать, вызывая различные давление на гранулах, что, в свою очередь, изменяет электрическое сопротивление между пластинами. Более высокое давление снижает сопротивление, поскольку гранулы сдвигаются ближе друг к другу. Устойчивый постоянный ток проходит между пластинами через гранулы. Различное сопротивление приводит к модуляция тока, создавая переменный электрический ток, который воспроизводит изменяющееся давление звуковой волны. В телефония, этот волнообразный ток напрямую передается по телефонным проводам к Центральный офис. В публичный адресс систем он усиливается аудио усилитель. В частотный отклик большинства угольных микрофонов, однако, ограничены узким диапазоном, и устройство производит значительные электрический шум.

До распространения вакуумная труба усилители в 1920-х годах, угольные микрофоны были единственным практическим средством получения аудиосигналов высокого уровня. Они широко использовались в телефонных системах до 1980-х годов, в то время как другие приложения использовали микрофоны другой конструкции гораздо раньше. Их низкая стоимость, изначально высокая мощность и частотная характеристика хорошо подходили для телефонии. За старая добрая телефонная служба (POTS) телефоны с угольным микрофоном можно использовать без изменений. Углеродные микрофоны, обычно модифицированные телефонные передатчики, широко использовались в начале AM радиовещание системы, но их ограниченная частотная характеристика, а также довольно высокий уровень шума привели к тому, что к концу 1920-х годов от них отказались. Они по-прежнему широко использовались для громкоговорителей низкого уровня, а также для военных и любительское радио приложения в течение нескольких десятилетий после этого.^[1]

История

Первый угольный микрофон Хьюза, состоящий из угольной планки, свободно подвешенной между двумя металлическими контактами, через которую проходит ток от батареи. Звуковые волны приводили в движение стержень, изменяя сопротивление точек контакта углерода и меняя ток.

Первым микрофоном, который обеспечил правильную голосовую телефонию, был угольный микрофон (тогда называемый передатчиком). Это было независимо разработано около 1878 г. Дэвид Эдвард Хьюз в Англии и Эмиль Берлинер и Томас Эдисон в США. Хотя Эдисон получил первый патент в середине 1877 года, Хьюз продемонстрировал свое рабочее устройство перед многими свидетелями несколькими годами ранее, и большинство историков приписывают его изобретение.^[2][3][4]

В устройстве Хьюза использовались неплотно упакованные гранулы углерода - переменное давление, оказываемое на гранулы диафрагмой со стороны акустические волны вызвал пропорциональное изменение сопротивления углерода, что позволило относительно точно воспроизвести электрический звуковой сигнал. Хьюз также придумал слово «микрофон». Он продемонстрировал свой аппарат Королевское общество усиливая звук царапанья насекомых через звуковую коробку. В отличие от Эдисона, Хьюз решил не получать патент; вместо этого он сделал свое изобретение подарком миру.^[5]

В Америке Эдисон и Берлинер вели долгую судебную тяжбу за патентные права. В конечном итоге федеральный суд предоставил Эдисону полные права на изобретение, заявив, что «Эдисон предшествовал Берлинеру в передаче речи ... Использование углерода в передатчике, вне всяких сомнений, является изобретением Эдисона», и патент Берлинера был признан недействительным.^[6][7]

Угольный микрофон является прямым прототипом современных микрофонов и сыграл решающую роль в развитии телефонии, радиовещания и звукозаписи.^[8] Позже между угольными пуговицами стали использовать угольные гранулы. Углеродные микрофоны широко использовались в телефонах с 1890 по 1980-е годы.^[7]

Использовать как усилитель

Работа угольного микрофона. Когда звуковая волна давит на проводящую диафрагму, гранулы углерода сжимаются и уменьшают их электрическое сопротивление.

Углеродные микрофоны могут использоваться как усилители.^[9] Эта возможность использовалась в ранних телефонные повторители, что сделало возможным междугородние телефонные звонки в эпоху до появления ламповых усилителей. В этих репитерах используется магнитная телефонная трубка (электромеханический преобразователь ) был механически соединен с угольным микрофоном. Угольный микрофон работает, изменяя ток, проходящий через него, а не генерирует сигнал. Напряжение как и в случае с большинством других типов микрофонов, это расположение можно использовать для усиления слабых сигналов и их передачи по линии. От этих усилителей в основном отказались с развитием вакуумные трубки, который предлагал более высокие прирост и лучше качество звука. Даже после того, как электронные лампы стали широко использоваться, угольные усилители продолжали использоваться в течение 1930-х годов в портативном звуковом оборудовании, таком как слуховые аппараты. Углеродный усилитель Western Electric 65A имел диаметр 1,2 дюйма, высоту 0,4 дюйма и весил менее 1,4 унции.^[10] Такие угольные усилители не требовали тяжелых громоздких батарей и источников питания, используемых ламповыми усилителями. К 1950-м годам угольные усилители для слуховых аппаратов были заменены миниатюрными электронными лампами (вскоре их заменили транзисторы).^{[нужна цитата ]} Однако углеродные усилители все еще производятся и продаются.^[11]

Иллюстрацией усиления, обеспечиваемого угольными микрофонами, были колебания, вызванные обратной связью, что привело к слышимому визгу от старых "подсвечник телефон "если его наушники были помещены рядом с угольным микрофоном.

Ранние приложения для радио

Рано ЯВЛЯЮСЬ радиопередатчики полагались на угольные микрофоны для голосовой модуляции радиосигнала. В первой дальней аудио передачи Реджинальд Фессенден в 1906 г. непрерывная волна из Генератор Alexanderson подавалась непосредственно на передающую антенну через угольный микрофон с водяным охлаждением. Более поздние системы, использующие вакуумная труба генераторы часто использовали выход угольного микрофона для модуляции смещение сетки генератора или выходной лампы для достижения модуляции.

Текущее использование

Помимо устаревших телефонных установок в различных условиях в зависимости от региона и страны, угольные микрофоны все еще могут использоваться сегодня в определенных нишевых приложениях, хотя производители прекращают распространение. Например, Shure 104c,^[12] был по-прежнему востребован в конце 2010-х из-за его широкой совместимости с существующим оборудованием.^[13]

Основное преимущество угольных микрофонов перед микрофонами других конструкций заключается в том, что они могут воспроизводить аудиосигналы высокого уровня при очень низких напряжениях постоянного тока без необходимости какого-либо дополнительного усиления или батарей. Угольный микрофон за счет использования источника питания дает прирост мощности. В этом легко убедиться, последовательно подключив аккумулятор, микрофон и наушники. Если микрофон и наушник соприкоснутся, система начнет колебаться. Это возможно только в том случае, если усиление мощности вокруг контура больше единицы. Низковольтные характеристики микрофона особенно полезны в удаленных местах, обслуживаемых очень длинными телефонными линиями, где электрическое сопротивление проводов может привести к серьезному падению напряжения постоянного тока. Большинству полностью электронных телефонов для работы требуется не менее трех вольт постоянного тока, и поэтому они часто становятся бесполезными в таких ситуациях, в то время как телефоны с углеродным передатчиком будут продолжать работать до долей вольта. Даже там, где они работают, электронные телефоны также страдают от так называемого "эффект обрыва ", в результате чего они резко прекращают работу, когда напряжение в сети падает ниже критического уровня. В частности, это означает, что один телефон на"линия партии "может иметь тенденцию" сворачивать "все линейный ток, отрезая остальных. С угольными микрофонами все приемники на одной линии по-прежнему будут работать, хотя пониженная производительность.

Углеродные микрофоны также широко используются в критически важных для безопасности приложениях, таких как добыча полезных ископаемых и химическое производство, где нельзя использовать более высокие линейные напряжения из-за риска искрения и, как следствие, взрывы. Телефонные системы на углеродной основе также устойчивы к повреждениямпереходные процессы напряжения, например, произведенные молния забастовки, и электромагнитные импульсы типа, генерируемого ядерные взрывы, и поэтому до сих пор используются в качестве резервных систем связи на важнейших военных объектах.

Рекомендации

1. Хайль, Б. Микрофон: краткая иллюстрированная история. QST, 90(6), 50
2. Пол Дж. Нахин (2002). Оливер Хевисайд: жизнь, работа и времена гения-электрика викторианской эпохи. JHU Press. п. 67. ISBN  9780801869099.
3. Huurdeman, Антон (2003). Всемирная история телекоммуникаций. Джон Вили и сыновья.
4. "Дэвид Хьюз". Получено 2013-12-30.
5. «Краткая история микрофонов» (PDF). Получено 2012-12-17.
6. Зал славы изобретателей В архиве 10 июня 2006 г. Wayback Machine, Э. Берлинер, Патент США 0,463,569 подано в июне 1877 г., выдано в ноябре 1891 г.
7. Глобальная историческая сеть IEEE: датчик углерода. Нью-Брансуик, Нью-Джерси: Исторический центр IEEE «Архивная копия». Архивировано из оригинал на 2010-03-18. Получено 2009-01-14.
8. «Дэвид Эдвард Хьюз: концертинист и изобретатель» (PDF). Архивировано из оригинал (PDF) 31 декабря 2013 г.. Получено 2012-12-17.
9. Примеры усилителей на основе угольных микрофонов:
   • К 1904 году Герберт Э. Шрив разработал угольный усилитель для передачи телефонных сигналов на большие расстояния. Кроме того, американская компания Western Electric использовала угольный усилитель в своем слуховом аппарате № 66B. Видеть: Электромеханические усилители В архиве 2015-09-23 на Wayback Machine.
   • Механическое телефонное реле, которое было изобретено Гербертом Е. Шривом, инженером Western Electric Co., было запатентовано в 1905 году. См .: Герберт Е. Шрив, «Усилитель или реле телефонного тока», Патент США № 791 655 (подано 8 июля 1904 г .; выпущено 6 июня 1905 г.). См. Также: Герберт Э. Шрив, «Усилитель или реле телефонного тока», Патент США № 791656 (подано 28 февраля 1904 г .; выдано 6 июня 1905 г.).
   • В Акустикон слуховой аппарат использовал угольный усилитель. Видеть: Музей слуховых аппаратов.
   • Здесь упоминаются другие ранние слуховые аппараты, основанные на угольных усилителях: Медицинский факультет Вашингтонского университета: хронология развития слуховых устройств и раннего обучения глухих
   • В 1924 году немецкая корпорация Siemens запатентовала слуховой аппарат с угольным усилителем. Видеть: Слуховые аппараты Siemens: угольный усилитель 1924 г. В архиве 15 января 2014 г. Wayback Machine.
10. Дуглас Селф. «Электромеханические усилители (угольный усилитель Western Electric 65A в слуховом аппарате 66B)». Архивировано из оригинал на 2015-09-23. Получено 2010-09-14.
11. "GN 0686 Netcom Угольный усилитель в линию". Headset-Plus.com.
12. "Модель 104C Guide" (PDF). Shure Incorporated.^{[постоянная мертвая ссылка ]}
13. "527c-as-a-replace-for-model-104c".

Библиография

• Джозефсон, Мэтью, Эдисон: биография, Wiley, 1992, ISBN  0-471-54806-5

внешняя ссылка

• Изобретение Эдисоном угольного (графитового) микрофона Фрэнк Дайер
• Т. Эдисон, Патент США 0,474,230 Говорящий телеграф (графитовый микрофон), подано в апреле 1877 г., выпущено в мае 1892 г.
• Т. Эдисон, Патент США 0,203,016 Улучшение разговорных телефонов (сжатая ламповая черная кнопка, изолированная от диафрагмы), подана в марте 1878 г., выдана в апреле 1878 г.
• Т. Эдисон, Патент США 0,222,390 Углеродный телефон (микрофон с угольными гранулами), подана в ноябре 1878 г., выдана в декабре 1879 г.
• Э. Берлинер, Патент США 0,222,652 Улучшение электрических контактных телефонов (угольная диафрагма с угольным контактным штифтом), подана в августе 1879 г., выдана 16 декабря 1879 г.
• A C Белый, Патент США 0,485,311 телефон (сплошной задний угольный микрофон), подана 24 марта 1892 г., выпущена 1 ноября 1892 г. (инженер Bell)