המדריך השלם למיקרופוני קונדנסר אלקטרט<br /><br />

בכל הנוגע לטכנולוגיית אודיו, מיקרופוני קונדנסר אלקטרט (ECMs‏) מייצגים פתרון קלאסי אך חסון לקליטת סאונד, המעניקים אמינות ויכולת הסתגלות במגוון רחב של יישומים. בעוד שמיקרופוני MEMS‏ זכו לבולטות בזכות התכן הידידותי-לשילוב וחתימות-השטח הקומפקטיות שלהם, ECMs שומרים על רלוונטיות בתכני אלקטרוניקה, הודות לתצורות ההרכבה המגוונות שלהם, לתבניות כיווניות רחבות-טווח, ולוורסאטיליות אקוסטית.

מאמר זה יבחן את עקרונות הפעולה של ECMs, את המעגלים הפנימיים שלהם כמו גם את ההיענות הכיוונית, מתבניות כלל-כיווניות לקליטת סאונד סביבה רחב ועד לתצורות חד-כיווניות עבור בידוד סאונד ממוקד. מדדי ביצועים קריטיים, כגון רגישות, יחס אות-לרעש (SNR) והיענות תדר, נבדקים גם הם כדי להנחות את בחירת הרכיבים הנכונה.

יסודות מיקרופון קונדנסר אלקטרט

מיקרופוני קונדנסר אלקטרט (ECMs), המוכרים גם כמיקרופוני קבל, פועלים באמצעות אלקטרט - חומר פרו-אלקטרי הנטען או מקוטב חשמלית באופן קבוע. ההתנגדות החשמלית הגבוהה והיציבות הכימית מבטיחים שהמטען המשובץ נשאר ללא שינוי במשך מאות שנים ללא דעיכה משמעותית. המונח "אלקטרט" מקורו בשילוב של "אלקטרוסטטי" ו"מגנט", ומשקף את התהליך שבו מטען סטטי משובץ בתוך החומר. זה מושג על ידי יישור המטענים הסטטיים באלקטרט, בדומה לאופן שבו עצמים מגנטיים מיושרים ליצירת מגנט.

תכונה אינהרנטית זו מציעה יתרון משמעותי בתכן של מיקרופון. בניגוד למיקרופונים מסורתיים של קונדנסר, הדורשים מתח קיטוב חיצוני כדי לפעול, המטען הסטטי המובנה של האלקטרט מבטל צורך זה. פישוט זה מפחית את המורכבות בתכנון המעגלים ומאפשר ל-ECM לתפקד ביעילות ביישומים קומפקטיים בהספק נמוך, והופך אותם לבחירה אטרקטיבית עבור מגוון של מערכות אודיו.

עקרון העבודה של מיקרופון קונדנסר אלקטרט מסתמך על כך שהדיאפרגמה מתפקדת כלוחית אחת של קבל, כאשר הלוחית האחורית משמשת כלוחית השנייה. כאשר גלי קול גורמים לדיאפרגמה לרטוט, המרחק בין הדיאפרגמה ללוחית האחורית משתנה וגורם לשינויים בקיבוליות. שינויים אלה נשלטים על ידי משוואת הקיבוליות:

C = Q / V

כאשר:

• Q = המטען בקולומבים (נשאר קבוע עקב המטען המשובץ של האלקטרלט)
• C = הקיבוליות בפאראדים
• V = הפרש הפוטנציאל בוולט

כאשר הקיבוליות (C) משתנה עקב תנועת הדיאפרגמה, מתקיימת שונות פרופורציונלית הפוכה במתח (V) על פני הקבל, ונוצר אות חשמלי התואם לתנודות הקול.

מתח משתנה זה מוזן לטרנזיסטור אפקט שדה (FET) בתוך המיקרופון, המגביר את האות עבור העברה טובה יותר. קבל חוסם-DC בדרגת היציאה מסיר כל אופסט DC לא-רצוי, ומבטיח שהיציאה היא אות אודיו נקי. תכן פשוט אך יעיל זה הופך את ה-ECM לבחירה אמינה עבור קליטת סאונד ביישומים אלקטרוניים שונים.

איור 1: עקרון העבודה של ECM. (מקור התמונה: Same Sky‏)

המבנה הטיפוסי של מיקרופון קונדנסר אלקטרט כולל מספר רכיבים עיקריים:

• בד לא-ארוג: מגן מפני אבק תוך שהוא מאפשר לסאונד לעבור
• מארז: עוטף ומגן על החלקים הפנימיים
• טבעת קוטבית: מדגישה את חומר האלקטרלט המיושם על הדיאפרגמה
• דיאפרגמה: רוטטת בתגובה לסאונד ומשנה את הקיבוליות
• מרווח: שומר על מרחק הדיאפרגמה מהלוחית-האחורית
• לוחית-אחורית: יוצרת את האלקטרודה הנייחת של הקבל
• בסיס: מספק תמיכה מבנית
• טבעת נחושת: מבטיחה מוליכות וחיבורים חשמליים
• PCB: מכיל את ה-FET ומעגלים אחרים להגברת האותות

המבנה המפורק והמורכב של ECM מוצג באיורים שלהלן.

איור 2: מבט מפוצץ של ECM. (מקור התמונה: Same Sky)

איור 3: מבט מורכב של ECM. (מקור התמונה: Same Sky)

כיווניות ECM או תבניות קוטביות

מיקרופוני קונדנסר אלקטרט זמינים בכמה כיווניות או תבניות קוטביות, המגדירים כיצד הסאונד נקלט מכיוונים שונים. הכיווניות היא מפרט קריטי ויש לבחור בה בהתאם לדרישות היישום והשימוש. תבניות הכיווניות הנפוצות ביותר של ECM הם כלל-כיווני (איור 4), חד-כיווני (איור 5) ומבטל-רעשים (איור 6).

איור 4: תבנית קוטביות כלל-כיוונית. (מקור התמונה: Same Sky)

מיקרופונים כלל-כיוונים קולטים סאונד מכל הכיוונים, והם אידיאליים עבור יישומים כמו הקלטת קבוצות של זמרים או שיחות ועידה. תבנית קליטת הסאונד מתוארת בדרך כלל בתרשים, כאשר 0° מייצג את חזית המיקרופון ועוצמת הסאונד משורטטת באופן רדיאלי מ-0° עד 360°. אמנם הם ורסאטיליים, אך למיקרופונים אלו יש חיסרון: הם אינם יכולים להבחין בין סאונד רצוי לבין רעשי סביבה, ולעתים קרובות קולטים ומגבירים סאונד סביבתי.

איור 5: תבנית קוטביות חד-כיוונית. (מקור התמונה: Same Sky)

מיקרופונים חד-כיווניים מתוכננים לקלוט סאונד בעיקר מכיוון אחד, להפחית רעשי רקע לא-רצויים כמו דיבור, הקלקות מקלדת או רשרוש נייר. זה הופך אותם לאידיאליים עבור יישומי קול או דיבור, שבהם בידוד מקור הסאונד הרצוי הוא קריטי. התבנית החד-כיוונית הנפוצה ביותר, המוצגת באיור 5, כוללת אזור קליטה רחב עם דחייה מקסימלית ב-180° מחוץ-לציר.

איור 6: תבנית קוטביות לביטול רעשים. (מקור התמונה: Same Sky)

מיקרופון לביטול-רעשים, או מיקרופון דו-כיווני, מתוכנן לסנן רעשי סביבה תוך התמקדות במקור סאונד רצוי, ולכן הוא אידיאלי עבור סביבות רועשות. מיקרופונים אלה הם בעלי לפחות שתי יציאות סאונד: אחת מכוונת לכיוון הסאונד הרצוי והשנייה לכיוון רעש רחוק יותר. סאונד קרוב יוצר גרדיינט לחץ גדול יותר על פני הדיאפרגמה, וכתוצאה מכך לקליטה טובה יותר של האודיו המיועד. אפקט הקירבה מותאם כדי להבטיח היענות תדר שטוחה עבור סאונד קרוב ליציאה הקדמית, בעוד שסאונד מזוויות אחרות עובר הנחתה (Roll-off‏) משמעותית של תחום הביניים והבאס. יישומים נפוצים כוללים מוקדים טלפוניים, מערכות-ראש למסוקים ומערכות תקשורת לנהגי מרוצים.

מפרטי ECM‏ עיקריים

מלבד כיווניות ה-ECM, הנה כמה פרמטרים נוספים שכדאי לזכור במהלך בחירת הרכיב:

• הפחתת הרגישות: הפחתת ההגבר כאשר מתח הפעולה של המיקרופון יורד.
• רגישות: מודדת עד כמה המיקרופון מגלה סאונד. רגישות גבוהה קולטת צלילים שקטים או מרוחקים יותר עם פחות הגברה, ומפחיתה את הרעש. מאפיין זה עוזר לקבוע התאמה עבור יישומים כמו הקלטת מוזיקה או שימוש בסביבות רועשות.
• יחס אות-לרעש (SNR): מייצג את היחס בין הסאונד הרצוי (למשל, דיבור או מוזיקה) לבין רעשי הרקע שנקלטו על ידי המיקרופון ומציין את בהירות האודיו הכוללת.
• סגנונות הרכבה: פיני PCB, מוליכי חוט עם או בלי מחבר וסוגי הדקים הם התצורות הנפוצות ביותר להרכבת ECM. תצורות הדקים ניתן להגדיר בנוסף כהרכבה-משטחית עבור הלחמת Reflow‏ או פדי הלחמה עבור הלחמה ידנית.

סיכום

מיקרופוני קונדנסר אלקטרט ממשיכים להיות חיוניים בטכנולוגיית אודיו מודרנית, ומציעים קליטת סאונד מדויקת ויכולות כיווניות ורסאטיליות. האמינות וההתאמה שלהם הופכות אותם לחיוניים במגוון של יישומים, בעוד שהבנת הפעולה והמפרטים העיקריים שלהם עוזרת למשתמשים לבחור את המיקרופון המתאים עבור הצרכים שלהם. בחנו את מגוון המיקרופונים ושירותי תכנון האודיו המלאים של Same Sky עבור פתרונות מותאמים-במיוחד.