Цель микрофона – уловить звуки и преобразовать их в электрические сигналы. Однако мы уже знаем, что звук связан с вибрацией воздуха. В ухе барабанная перепонка вибрирует от чередования высокого и низкого давления. Тот же принцип действия и в микрофоне, мембрана играет роль барабанной перепонки.

Как превратить колебания мембраны в электрический сигнал? С помощью электромагнитной индукции, конечно! Достаточно, например, объединить мембрану с магнитом, один из полюсов которого будет направлен к катушке. Когда магнит колеблется под действием звука, магнитное поле колеблется внутри катушки, что создает индукционный ток (➙ рис. 17.1).

В звуке высокие частоты соответствуют быстрой вибрации воздуха (до 20 000 в секунду), а низкие «медленной» (около 20 в секунду). Таким образом, любой звук можно рассматривать как сумму переменных вибраций очень разных частот. С помощью микрофона мы получаем электрическое напряжение, которое колеблется так же, как сумма синусоид весьма разнообразных частот. В конечном итоге микрофон является не чем иным, как несколько необычным электрогенератором.

Рис. 17.1 – Принцип действия микрофона

(а) – зона высокого давления находится перед мембраной микрофона, что направляет действие силы вправо. Эта сила ускоряет действие магнита вправо: с помощью электромагнитной индукции ток усиливается по мере того, как увеличивается скорость магнита.

(b) – зона низкого давления, следующая за высоким давлением, достигает мембраны, создавая противоположно направленную силу: ток будет уменьшаться, пока не сменит направление в цепи. В конечном счете переменные вибрации воздуха создают переменный ток в цепи. Отметим, что на практике в настоящем микрофоне магнит скорее неподвижен, а двигается катушка вместе с мембраной.

Когда звук преобразован в электрический сигнал, можно приступать к его трансформации (часть III, «Осцилляторы»), можно передавать его на большие расстояния или записывать.

Как же в конце восстановить звук? Точно таким же способом: воспользоваться методом, представленным на рис. 17.1, только «наоборот»: колеблющийся электрический сигнал проходит по катушке, что создает колеблемое магнитное поле. Под действием магнитной силы оно заставит колебаться магнит, соединенный с мембраной: колебание мембраны заставит колебаться окружающий воздух, создавая высокое и низкое давление подобно нашим голосовым связкам. Таким образом, мы преобразовали электрический сигнал в звуковой – таков принцип действия громкоговорителя (как и в микрофоне, магнит скорее неподвижен, а двигается катушка, но принцип остается тем же).

Из предыдущего описания мы можем убедиться, что громкоговоритель является микрофоном: между ними нет никакой разницы. В одном случае прибор служит рецептором, а в другом – передатчиком. Такой аппарат, имеющий возможность работать и как микрофон, и как громкоговоритель, называется «трансдуктор», или магнитный усилитель.

Конечно, на практике микрофоны больше предназначены для приема звуков, а громкоговорители для их передачи, то есть, если мы хотим, чтобы система хорошо работала, не стоит переделывать микрофон в громкоговоритель.