Американский изобретатель Д. Юз в 1878 г. усовершенствовал звукоприемное устройство Рейса (и частично некоторые конструкции Эдисона), заменив, по сути, платиновую иглу на угольный стерженек (типа карандашного грифеля), заостренный с двух концов и опирающийся на углубления в угольных опорах, находящихся на деревянной деке. Переходное сопротивление в угольных опорах изменялось здесь гораздо больше, чем у Рейса. Это — «микрофон Юза», хотя приставка «микро» здесь пока и не очень уместна (если только не сравнивать с ушами слона).

Годом позже железнодорожный инженер из г. Львова Маврикий Махальский, «раскрошив» угольный стержень Юза, получает патент на конструкцию микрофона с чувствительным элементом из угольного порошка. Этот микрофон был усовершенствован и впоследствии превратился в капсюльный угольный микрофон. Увы, как всегда, «страна своих героев не помнит», и этот микрофон, доживший до наших дней, сплошь и рядом, называют именем Юза…

Вполне понятно, что чувствительность этого микрофона значительно превышала чувствительность прототипа, благодаря использованию громадного числа изменяемых под действием звукового давления контактных поверхностей и большой подвижности отдельных зерен порошка.

В телефонах конструкции Белла, как для приема, так и для передачи звука, использовались, по сути, электромагниты с железной мембраной. В режиме микрофона звук колебал мембрану, и она вызывала модуляцию тока в цепи катушки электромагнита, подключенного к батарее, либо имевшей подмагничивание постоянным магнитом. Если этот ток протекал по другому аналогичному устройству, соединенному с первым проводами, то его мембрана колебалась в такт с первой, излучая звук в окружающее пространство.

Помимо порошкового угольного микрофона Махальского, который по принципу действия является тензорезистивным, и микрофона Белла, являющегося электромагнитным, известны микрофоны, основанные на иных принципах: электродинамические, конденсаторные, пьезоэлектрические и электретные (рис. 17).

Рис. 17. Микрофоны:

а — внешний вид; б — УГО

В электродинамическом микрофоне катушечного типа, который изобрели американские ученые Э. Венте и А. Терас в 1931 г., применена диафрагма из тонкой полистирольной пленки или алюминиевой фольги, жестко связанная с катушкой из тонкой проволоки, находящейся в кольцевом зазоре магнитной системы. При колебаниях диафрагмы под действием звука витки катушки пересекают магнитные силовые линии и в катушке наводится ЭДС, создающая переменное напряжение на ее зажимах.

В электродинамическом микрофоне ленточного типа, изобретенном немецкими учеными Э. Герлахом и В. Шоттки в 1924 г., вместо катушки в магнитном поле располагается гофрированная ленточка из очень тонкой (около 2 мкм) алюминиевой фольги.

В конденсаторном микрофоне, изобретенном американским ученым Э. Венте в 1917 г., звук действует на тонкую металлическую мембрану, изменяя зазор и, следовательно, электрическую емкость между мембраной и металлическим неподвижным корпусом, представляющими собой пластины конденсатора электрического. При подведении к пластинам постоянного напряжения изменение емкости вызывает появление тока через конденсатор, сила которого изменяется в такт со звуковыми колебаниями.

В пьезоэлектрическом микрофоне, сконструированном советскими учеными С. Н. Ржевкиным и А. И. Яковлевым в 1925 г., звук воздействует на пластинку из вещества, обладающего пьезоэлектрическими свойствами, например из сегнетовой соли, вызывая на ее поверхности появление электрических зарядов. В настоящее время в качестве чувствительного элемента в подобных микрофонах используют специальные пьезокерамические материалы (титанат бария, цирконат-титанат свинца и др.).

В электретном микрофоне, изобретенном японским ученым М. Егучи в начале 1920-х годов, по принципу действия и конструкции схожем с конденсаторным, роль неподвижной обкладки конденсатора и источника постоянного напряжения играет пластина из «электрета». «Электреты» относятся к материалам, способным сохранять постоянную электрическую поляризацию (и противоположные заряды на поверхностях), подобно тому, как постоянные магниты сохраняют свою намагниченность. С электретными микрофонами связана одна курьезная история времен Второй мировой войны, когда к американцам попал целехонький японский эсминец, и они немедленно стали изучать его техническое оснащение. И вот, когда дело дошло до оценки внутренней телефонии, то американские связисты оказались в полном недоумении из-за отсутствия в телефонах электромагнитов и источников питания. Однако связь безупречно работала. Только после весьма продолжительного специального научного исследования они разгадали эту японскую загадку: телефоны были электретными.

Казалось бы, что теперь-то все уже давно придумано: ведь к началу прошлого века патентов в этой сфере было под 10 тысяч, да еще за 100 лет сколько добавилось! Ан, нет. Вот недавнее сообщение: «44-летний врач Еситака Накадзима изобрел микрофон, который улавливает звук по натяжению и движению мускулов лица, а не по вибрации голосовых связок. Микрофон имеет 1 см в диаметре и 0,5 см в толщину и обладает настолько высокой чувствительностью, что с его помощью тихую и невнятную речь можно хорошо расслышать, даже находясь в комнате, в которой стереофоническая аппаратура включена на очень большой уровень громкости». Подобные устройства в принципе известны и называются ларингофонами (от «ларинго» — гортань). Как видим, здесь «микрофон» практически выродился: он воспринимает сигналы не из воздуха, а в процессе их формирования в мышцах лица или шеи, и затем обрабатывает их в компьютере специальной программой (в ней, по-видимому, заключена новизна изобретения).

Возможно, следующий изобретатель добудет сигналы прямо из мозга или нервных каналов, управляющих работой голосового тракта говорящего человека, но это уж точно будет не «микрофон», а, скорее, своеобразный «мозгофон» или «нервофон». Несомненно, одно: нет предела познанию и процесс творчества бесконечен, поэтому открыто поле деятельности и для наших читателей.

К техническим параметрам микрофонов относят: чувствительность (отношение напряжения на выходе микрофона к звуковому давлению на нем) и динамический диапазон; номинальный диапазон частот, в котором чувствительность соответствует номинальному значению; частотная характеристика и ее неравномерность; диаграмма направленности; модуль полного сопротивления и номинальное сопротивление нагрузки. В зависимости от значений, принимаемых этими параметрами, отечественные микрофоны относят к высшему (нулевому) классу и. соответственно, от первого до третьего. В зарубежной аппаратуре принято выделять HiFi (High Fidelity — высокое качество) устройства, примерно соответствующие отечественному высшему классу.