Публикации сообщества

Максим Пхидо • 3 июля 2020

Угольный микрофон или усилитель из резистора

Электроника, как известно, наука о контактах. И даже, не просто о контактах, а о плохих или неплотных контактах. Их изучению в научных лабораториях ученые мужи посвятили практически весь девятнадцатый век. 


Но эта тема сама по себе сухая, академическая, а широкой публике подавай иное. И поэтому основные страсти под занавес уходящего века закипели вокруг Говорящих Машин. 


Впрочем, и ученые ведь тоже люди. Рассказывают такую историю. Случилась она на заседании французской Академии наук 11 марта 1878 года, когда физик Теодор Дю Монсель представлял ученому собранию фонограф Эдисона. Он объяснил, как работает устройство и аппарат послушно воспроизвел слова, записанные на валике. И вдруг один из почтенных академиков по фамилии Бульо набросился на Дю Монселя с криком: «Негодяй! Мы не позволим чревовещателю морочить нам голову!» и начал его душить. Удивительно то, что и на последующих заседаниях Бульо уже в более спокойной обстановке продолжал настаивать на своем, утверждая, что обыкновенный металл не может заменить благородный человеческий голос. 


И отчасти он оказался прав, удача на этом пути улыбнулась не металлу, но совсем другому материалу - углю. 


Однако главная завязка нашей истории случилась в тот момент, когда Александр Белл запатентовал свой первый телефонный аппарат в 1876 году. Благодаря его изобретению появилась возможность передавать разборчивую человеческую речь на расстояние. Первые аппараты были несовершенны, но публика была от них в диком восторге и предприятие начинало набирать коммерческие обороты. 


Родовые проблемы у телефона были такие же, как и у телеграфа на заре его рождения. Кстати, даже сам телефон тогда именно так и назывался – акустический телеграф. Слишком маленькая дальность действия, которая тогда на медных проводах редко достигала и 500 метров. Срочно требовалось устройство, которое могло бы усилить слабый сигнал. В телеграфии с этим легко справлялось электромагнитное реле. Слабый сигнал через обмотку реле замыкал контакты, которые управляли более мощной цепью, содержащей источник энергии - батарею питания. К сожалению, использовать реле напрямую в телефонной цепи для целей усиления сигнала оказалось невозможно. 


И ученые отправились на поиски усилителя. Они даже уже знали, как он будет выглядеть. Это должен быть резистивный элемент с двумя контактами, сопротивление которого зависело бы от акустических вибраций воздуха. Такой тип усилителя называется резистивным параметрическим усилителем. Но с чего начать, какие конкретно материалы должны были быть в нем использованы оставалось совершенно непонятным. 

 

Алиса и Белый Кролик

 

Одним из первых тропинку в этом дремучем лесу протоптал уже известный нам Дю Монсель. Еще в 1856 году он опубликовал работу о «плохих» контактах между двумя графитовыми стержнями, показав, что их сопротивление сильно зависит от силы сжатия стержней между собой. 

 

микрофон Берлинера

 

Его идею подхватил Эмиль Берлинер и, пока Белл пытался довести до ума свой жидкостный вариант микрофона (устройства для преобразования звука в электричество), предложил весьма простую оригинальную конструкцию из тонкой угольной пластины касающейся графитового шарика. В зависимости от внешних колебаний давления воздуха пластина-мембрана то сильнее, то слабее прижималась к шарику, что приводило к существенному изменению сопротивления цепи, состоящей из этих неплотных контактов. Так на свет появилась одна из первых рабочих конструкций угольного микрофона.

 

микрофон Берлинера 2

 

Впоследствии она была значительно усовершенствована, но память о ней сохраняется до сих пор в условном обозначении микрофона на электронных схемах. 

 

микрофон на схемах

 

 

Белл сначала очень расстроился, узнав об изобретении Берлинера и даже пытался с ним судиться, но суд проиграл, а потом поступил и совсем мудро, выкупив у Берлинера его патент и даже взяв его к себе в фирму на работу. 


Следующий значительный шаг в усовершенствовании угольного микрофона сделал Томас Альва Эдисон. Он вообще отказался от хрупких угольных мембран и капризных графитовых шариков, и заменил их угольным порошком. Эта необычная идея угольного микрофона Эдисона оказалась настолько удачной, что она практически на сто лет стала стандартом в телефонии, и только совсем недавно оказалась вытесненной более современными вариантами электретных микрофонов. Сохранив при этом и на сегодняшний день свою нишу в устройствах специального назначения. Ведь уголь не боится ни воздействия ядерного взрыва, ни связанного с ним разрушающего современную электронику электромагнитного импульса. 


Сегодня я хочу повторить подвиг ученых девятнадцатого века и собрать из подручных материалов своими руками первый в мире электронный звуковой усилитель – угольный микрофон. 
 

Для этого мне понадобятся:

 

набор для угольного микрофона

 

 

- простой карандаш, чем тверже будет его грифель, тем лучше;
- алюминиевый скотч;
- кусочек фетра или его заменитель – нетканая хозяйственная тряпка из синтетических волокон толщиной 2-3мм;
- тонкий двухсторонний скотч;
- одноразовый стаканчик;
- канцелярский нож;
- чайное ситечко;
- и все остальное, чтобы собрать электронную схему: батарейка на 9-12в, провода с клеммами, динамик и кусок светодиодной ленты. 

Но сначала я хочу проверить, можно ли при помощи графитового электрода и плохих контактов получить звук из электричества. Для этого собираю простую схему и провожу эксперимент. Результат можно увидеть в этом ролике. 
 

 

 

К сожалению звуки-шорохи из динамика в ролике практически не записались, но зато светодиод выполнил свою работу отлично. Так что вам придется поверить мне на слово. 


Итак, первым делом отрезаю квадрат из «фетра» размером примерно 2.5 на 2.5 см. 
 

фетр

 

 

Затем обклеиваю его с обеих сторон двухсторонним скотчем. 

 

фетр

 

фетр

 

фетр

 

Полученный квадрат складываю пополам и вырезаю в нем уголком квадратное отверстие. 

 

фетр

 

фетр

 

С полученной заготовки с одной стороны снимаю защитный слой. 

 

скотч

 

И наклеиваю на него полоску алюминиевого скотча металлической стороной внутрь отверстия. 

 

фетр

 

Теперь самое время приготовить графитовую крошку. Для этого мне понадобиться простой карандаш с твердым грифелем. Чем тверже, тем для моих целей лучше. Его можно покрошить канцелярским ножом на лист бумаги. 

 

графит

 

Совсем мелкая пыль-крошка для моих целей не годится. Поэтому придется воспользоваться чайным ситечком чтобы просеять графитовые крошки и отобрать крупинки нужного размера. 

 

ситечко

 

Слишком крупные кусочки для моих целей тоже не годятся. Оптимальный размер примерно с маковое зерно. 

 

гранулы

 

 

Загружаю отобранную фракцию внутрь будущего микрофона. Примерно 3/4 от свободного объема. 

 

засыпка

 

Наклеиваю вторую полоску алюминиевого скотча металлом так же внутрь. 

 

микрофон

 

Дело за малым, осталось снять с одной из полосок алюминиевого скотча защитный слой и наклеить получившийся бутерброд на дно одноразового стаканчика. 

 

микрофон

 

Микрофон готов. 

Для начала проверю, как он реагирует на сжатие. Для этого собираю простую последовательную схему из 12-вольтового аккумулятора, отрезка светодиодной ленты и нашего угольного микрофона. Сжимаю его пальцами. 

 

 

Микрофон реагирует на сдавливание, как и положено. Посмотрим, как на него подействуют звуковые вибрации воздуха. 

 

микрофон

 

 

Снова собираю схему, на этот раз включив в нее динамик и пригласив опытного испытателя микрофонов. 

 

испытание микрофона

 

Проведя опыты на детях, подключаю угольный микрофон при помощи штекера к смартфону и делаю пробную запись. 

 

 

Все замечательно работает. «Хароши Микрафон» получился. 
А в копилке еще один электронный компонент, сделанный своими руками из подручных материалов. 


Продолжение следует. 

 

_______________________________________________________________________

Другие статьи автора:

1. В хоккей играют настоящие мужчины.

2. Ай  хэв э дрим.

3. Волшебная лампа мейкера Ала-Джина. 

4. Вау, шарик! Вау, цезарь!

5. Приходите тараканы, я вас чаем угощу.

6. Волноватор на Новаторе. 

7. Дао Робин Гуда. 

8. По следам одного школьного проекта.

9. Digital Society. Отчет.

10. Десакрализация гаджета или вскрытие покажет. 

11. Принтерино vs Ардуино. 

12. "Карантин-ТВ" за работой. 


Кол-во комментариев: (12)

Лора Кравченко
Спасибо, Максим! Было интересно не только читать, но и разглядывать Ваш мейкерский стол :))) Помню такой пост был у Андрея Рожкова еще на галактике. Он тоже мастерил микрофон из бумажного стаканчика. Вечная тема!
  • Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы оставлять комментарии
  • Андрей Рожков
    Максим Пхидо хотел вам скинуть ссылки на статьи про фонограф, который мы с учениками сделали, но понял, что текст без изображений не очень будет полезен... Нужно будет заново переписать эти статьи у меня есть сохранённая версия
  • Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы оставлять комментарии
  • Лора Кравченко
    Андрей , обязательно перепишите на Новаторе! Я периодически обращаюсь к Вашим старым статьям, но искать их в архиве - не самый лучший способ.
  • Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы оставлять комментарии