Elektronik :
Sesin Elektriğe Dönüşümü |
Elektrikport Akademi

Mikrofonların yapıları ve çalışma prensipleri

Başlıca Mikrofonlar:

Dinamik Mikrofonlar

Özellikleri :

Dinamik Mikrofonun Yapısı:

Ses dalgalarıyla titreşen diyafram, bağlı bulunduğu bobini, sabit mıknatıs içerisinde ileri-geri hareket ettirir. Sabit mıknatısın kutupları arasında Φ magnetik fluks 'u (magnetik alan hatları) vardır.Bobin iletkenleri hareket sırasında bu magnetik alan hatlarını kesmektedir. Lenz kanununa göre, bir magnetik alan içerisinde "v" hızıyla hareket eden "ı" boyundaki bir iletkenin uçları arasında  E=I/V değerinde bir gerilim oluşur. Bu kurala uygun olarak sürekli ileri-geri titreşim halinde bulunan bobinde de ses frekansına uygun olarak değişen bir gerilim (AF AC - Audio Frequency Alternating Current) oluşur.

Mikrofon bobini uçlarında oluşan gerilim, bir ses frekans yükseltecine verildiğin de, hoparlörden aynı frekansta çıkış alınır. Böylece mikrofona yapılan konuşma veya melodi kuvvetlendirilmiş olarak sese dönüştürülür. Dinamik mikrofon bobininin direnci çok küçük, birkaç ohm kadardır. Yükselteç ile aralarında bir empedans uygunluğu sağlama bakımından, genellikle mikrofon gövdesi içerisine, şekil (b) 'de görüldüğü gibi 50, 250, 600 Ohm çıkışlı küçük bir transformatör yerleştirilir. Bu bakımdan kullanılacak yükseltecin giriş direncine uygun bir mikrofon seçildiği taktirde yükselteç verimi artacak ve daha güçlü bir çıkış sağlanacaktır. Dinamik mikrofonlar kullanım sırasında, elektriksel alandan uzak tutulmalıdır.

►Magnetik mikrofon (Magnetic Microphones)
► Hareketli bobinli mikrofon (Moving Coil Microphones)

Şeritli (Ribbon) mikrofonlar da dinamik mikrofonlar gibi, sabit mıknatısın magnetik alan etkisinden yararlanılarak geliştirilmişlerdir. Şekil(c)'de görüldüğü gibi, bir sabit mıknatısın iki kutbu arasına bir alüminyum (Al) şerit yerleştirilerek iki ucundan çıkış alınmıştır. Ses bobini ile ileri-geri titreşen Alüminyum şeridin magnetik alan çizgilerini kesmesi sonucu iki ucu arasında bir AC gerilim oluşmaktadır. Şerit mikrofonlar çok hassas yapılıdırlar, sarsıntıdan, hava akımından, etkilenirler ve gürültülü çıkış verirler. Bu nedenle, kullanırken fazla sarsmamaya dikkat etmek gerekir. Rüzgarlı havalarda da, açık havada kullanılmamalıdır. Düşük gerilim ürettiği için, hem kuvvetlendirici, hem de empedans uygunluğu sağlayıcı olarak transformatörlü üretilir. Hassas olması nedeniyle, düşük frekanslı sesleri (bas) dahi rahat alır ve frekans karakteristiği geniştir. Bu nedenle müzik nakli için çok uygundur.

920 'ler den beri Radyo yayıncılığında (Broad-casting) en çok kullanılan mikrofondur.

►50 - 15000 Hz arasında oldukça geniş bir frekans karakteristiği vardır.
►Distorsiyon azdır.
►Empedansı büyüktür. (10 - 50 MegaOhm)

►Diğer mikrofonlardan farklı olarak, bir besleme kaynağına ihtiyacı vardır.
►Yükselteç ile mikrofon arası kablonun kapasitif etkisi mikrofon kapasitesini etkileyerek parazite neden olur.
►Bu etkiyi azaltmak amacıyla mikrofon içersine bir yükselteç konur.

Kapasitif mikrofonun yapısı ve yükselteç devresi Şekil (d) 'de verilmiştir.

Şekil (d) - Kapasitif mikrofon
a.Kapasitif baş
b.Yükselteç bağlantısı

Kapasitif mikrofon adından da anlaşılacağı gibi iki kondansatör plakasından oluşmaktadır. Bu iki plaka arasında Şekil /.4 (a) 'da gösterildiği gibi ya bir izole madde yada hava aralığı vardır. Birinci plaka, alüminyum gibi esnek bir maddeden yapılmıştır.
Kapasitif mikrofonun çalışması, kondansatör özelliğinden yararlanmak suretiyle sağlanır.
Bilindiği gibi bir kondansatörün iki plakası arasındaki gerilim: V=Q/C 'dir.
Q: Kondansatör yükü,
C: Kapasite
Ses basıncı ile plakalar titreştikçe "C" kapasitesi değişir. Dolayısıyla, değişik "V" gerilimi üretilir.
Görüldüğü gibi şarj edilmiş bir kondansatörün plakaları arasındaki "d" aralığı değişince, "C" kapasitesi değişmekte ve dolayısıyla plakalar arası "V" gerilimi değişmektedir.
Ses basıncına uygun olarak titreşim yapan diyafram kondansatör plakasını titreştirmekte ve plakalar aralığını değiştirmekte, böylece ses frekansına uygun bir gerilim değişimi (AF-AC, ses frekansı AC değişimi) sağlanmaktadır. Bu gerilim mikrofonun özel yükseltecinde kuvvetlendirilerek asıl yükseltece iletilir.
Kapasitif mikrofon büyük bir dirence sahiptir.Eğer mikrofondan çıkan iletkenler doğrudan ses frekansı yükseltecine götürülürse, çok zayıf olan "AF-AC" işareti, hem daha çok zayıflayacak, hem de mikrofon uçları büyük direnç nedeniyle açıkmış gibi etki yapacaktır. Bu etki nedeniyle kablo iletkenlerinin arasında ve toprağa karşı kapasite oluşacağından, elektrostatik ve elektromagnetik etkileşimle, ses frekansı bir takım parazitler etkisinde kalabilecektir.
Bu nedenle, mikrofon gövdesi içerisine bir yükselteç konur.Şekil (d-b) 'de mikrofon özel yükselteci de verilmiştir. Mikrofona gelen kablo, mikrofonun ve yükseltecin DC gerilimini taşıyacak ve "AF-AC" iletimini sağlayacak şekilde 4 iletkenli olacaktır.


Şekil (d):
 

 

DC gerilim hem mikrofon yükseltecinin polarma gerilimini sağlamakta hem de R direnci üzerinden, mikrofon plakalarını şarj etmektedir. R direnci büyük değerli bir direnç olup 80-500 KOhm arasında değişir.Plakalar arası gerilim değişimi, kuplaj kondansatörü üzerinden JFET transistöre gelmekte ve burada kuvvetlendirilerek bir empedans uydurucu transformatör üzerinden, "AF-AC" olarak, asıl yükseltece verilmektedir.

Karbon mikrofonlar, bir kapsül içerisine doldurulan kömür tozlarından oluşmaktadır. Kapsül, diyaframa bağlı hareketli bir kapak ile kapatılmıştır. Diyafram ses basıncı ile titreştikçe, kömür tozlarını sıkıştırıp gevşetir. Kömür tozları sıkışınca direnci küçülür, gevşeyince büyür. Böylece ön yükselteç "beyz" akımı artıp eksilir. Ve gerekli yükseltme sağlanır. Empedansları çok küçüktür (50 Ohm civarında). Bunların ön yükselteç empedansına uyum sağlayabilmesi için, ön yükselteçlerin beyzi ortak yapılmalıdır. Bu durumda da akım kazancı düşmektedir. Kömür tozlarının zamanla tortulaşarak özelliklerini yitirmeleri nedeniyle de, bugün kullanımı tercih edilmemektedir.
Bununla beraber, birçok telefonun mikrofon kapsülü, halende karbonlu mikrofon yapısındadır.
 

Kristal mikrofonlar, piezoelektrik olayından yararlanılan mikrofonlardır. Bir kristale, basınç uygulandığında iki tarafına tutturulan elektrotlar arasında bir gerilim oluşmaktadır.
Bu olaydan osilatörlerde de yararlanılır. Bu amaçla en çok kullanılan kristaller, Quartz ve Roşel (Rochell) tuzlarıdır.

►Sağlam yapılıdırlar.
►Hassasiyetleri oldukça iyidir.
►Frekans karakteristiği çok geniş sayılmaz. 50-10000 Hz arasındadır.
►Ürettikleri gerilim yeterli büyüklükte olmadığı için mikrofon içi yükselteç ile kullanılır.

En çok kullanım alanları: Daha çok kayıt sistemlerinde, amatör haberleşmede, telsiz mikrofonlarda kullanılır. Radyo yayıncılığına pek uygun değildir.
Yapısı ve çalışma prensibi: Şekil (e-a) 'da görüldüğü gibi, iki yüzeyine ince metal iletken yapıştırılan kristal orta yerinden bir lastik ayak üzerine oturtulur. İki ucuna bağlı Y şeklindeki bir çubukla, ince alüminyumdan yapılmış olan konik bir diyaframın merkezine irtibatlandırılır.


Şekil(e):

Ses basıncı ile diyaframda oluşan titreşimi, bağlantı çubuğu ile kristale iletilir. Titreşen kristalin iki yüzü arasında oluşan "AF-AC" gerilimi, Şekil (e-b) 'de görüldüğü gibi bağlantı iletkenleri ile mikrofon yükselticisine iletilir.Kristal mikrofonların da, kapasitif mikrofonlar gibi çıkış direnci çok büyüktür. (Birkaç MegaOhm). Ancak, kristal mikrofonlarda, kapasitif mikrofonda olduğu gibi, yükseltecin, mikrofon gövdesi içerisinde bulunmasının önemli bir avantajı yoktur. Ana yükselteç içerisinde de bulunabilir. Bu durumda dış etkilerden kaçınmak amacıyla, mikrofonla yükselteç arasındaki uzaklığın 10 metre 'den fazla olmaması gerekir. Ayrıca da, ekranlı (Shielded - Şildid) kablo kullanılmalıdırBunların yanı sırada, kristal aşırı sarsıntıdan dolayı tahrip olabileceğinden, bir ere çarpmamaya ve düşürmemeye dikkat etmek gerekir.
Kullanma sırasında, kristali gereği gibi etkileyebilmek için, mikrofon mümkün olduğunca ağza yakın tutulmalıdır.
Kristal rutubetten ve sıcaktan da (örneğin, direkt güneş) etkilenir. Buna göre önlem alınmalıdır. Kristal yerine yeni geliştirilen seramik elemanların kullanılması, yukarıda belirtilen sorunları büyük ölçüde gidermiştir.

Kristal mikrofon benzeri yeni bir tip mikrofondur. Rondela şeklindeki, ince bir yarı iletken maddenin iki yüzü, elektrostatik bir yöntemle, moleküler bir aranjman yapılarak  pozitif (+) ve negatif (-) olarak yüklenir. Bu yarı iletkenin en büyük özelliği, elektrik yüklerini sürekli korumasıdır. Bu tür yarı iletkenlere elektret (electret) adı verilmiştir. Elektret kapsül, kristal mikrofonlardakine benzer bir yöntemle diyaframa bağlanmaktadır. Diyafram titreştiğinde, titreşen elektret kapsülünün moleküler yapısı değişmektedir. Bu değişim sonunda da iki yüzündeki elektrotlar arasında bir AF-AC gerilimi oluşmaktadır. Elektrot gerilimi, bir ses frekansı yükseltecine verilerek kuvvetlendirilir. Elektret mikrofonda yüksek dirençli bir mikrofon olup, burada da, yüksek frekanslı mikrofonlarda uyulması gereken kurallara uyularak blendajlı kablo kullanılmalı ve kablonun boyu fazla uzun olmamalıdır.

► Yapımı kolay ve ucuzdur.
► Frekans karakteristiği geniş ve düzdür.
► Küçük boyutlu olduğundan kullanımı kolaydır. (Örneğin yakaya takılabilmektedir.)
► Önlem alındığında distorsiyonsuz bir çıkış yapılabilir.
►En iyi özelliklerinden biri de, özel besleme gerilimine gerek bulunmamasıdır.

Mikrofon seçerken nelere dikkat etmelisiniz ?