Cs.Kádár Péter - XXI. századi Diszkónika, 116. Kristályból mikrofon

Szeretjük a kristályokat. Van bennük valami misztikus; szabályos szabálytalanságuk ékesíti a testünket, ritka példányai milliárdokat érnek. A krimik jelentős része is kristályok elrablásáról szól, amelyért emberek az életüket is kockára teszik. Persze, a mindig ügyes nyomozók néhány megtévesztő hulla után a tettesek nyomára bukkannak, és az ékkő végül elfoglalja a helyét az őt megillető – de legalábbis gazdag – hölgyemény kebelén.

kf02
Az egészen biztos, hogy Pierre Curie és bátyja, Jacques Curie nem ékszerre vadászott, amikor 1880-ban fölfedezte a piezoelektromos hatást.

kf03

A piezoelektromos hatás lényege, hogy ha bizonyos anyagokat – rengeteg ilyen van – megnyomunk, akkor azok ijedtükben elektromos feszültséget állítanak elő. A két testvér ezt a hatást a turmalin, a kvarc, a topáz, a nádcukor és Rochelle só (nátrium-kálium-tartarát tetrahidrát – leírni is embertelen) esetében mutatta ki. A kvarc és a Rochelle só (KNaC4H4O6•4H2O – így se jobb) viselkedett a legrendesebben.

kf04

A piezoelektromos hatás oka, hogy a kristályba zárt pozitív töltésű részecskék – a kationok – és a negatív töltésű részecskék – az anionok – kicsit elmozdulnak egymáshoz képest, és ez a felületen töltéskülönbséget, feszültséget eredményez.

Piezoelektromos hatást nemcsak természetes és mesterséges kristályok, hanem kerámiák és vékony polimer filmek is mutatnak.

Kristálymikrofont úgy lehet készíteni, hogy egy kerámia- vagy kristálylapkát membránnal kötünk össze. A membrán rezgéseit átvéve keletkezik a feszültség. A feszültség megduplázható, ha kettős réteget használunk. Az egyik réteg a rezgések hatására megnyúlik, a másik megrövidül.

kf05

A kristálymikrofon szerkezete tehát egyszerű, ezért terjedt el.

kf06

Az alábbi fényképen egy réges-régi, 1955-ben gyártott, magyar kristálymikrofont látsz.

kf07

A videón pedig egy otthon is összerakható, kristálymikrofon készletet.

A videón megszólaló nótarészletet hallgatva, bizony, elég pocsékul szól ez a kütyü. Az ismert, hagyományos szerkezetű kristálymikrofonok a levegő közvetítette hangátvitelkor mind nagyon vacakok voltak, ezért a piezoelektromos hatást stúdiómikrofonokban régóta nem is használják.

A kristálymikrofonok két előnye az olcsóság és a nagy – esetenként több száz millivolt – leadott feszültség volt, tehát nem feltétlenül kellett hozzá belső erősítő, így fantomtáp sem, noha a videón ilyen is szerepelt. Ennek az az oka, hogy a konkrét szettben a fantomtápról ment az impedancia váltó és a szimmetrizáló, hogy bármilyen erősítő szimmetrikus bemenetére lehessen dugni a cuccot.

A videón azonban egy másik mikrofon alkalmazás is látható volt: a kontakt mikrofoné. A kontakt mikrofon lényege, hogy a mikrofont rászereljük – ráragasztjuk – a felvenni vagy hangosítani kívánt hangszerre, amelynek rezgéseit átveszi a mikrofon. Valójában ezek gyakran már nem mikrofonok, mert nincs saját membránjuk. Ezért a piezo konktakt mikrofonok többségét a hangszedők közé soroljuk, hiszen felhasználási területük is hasonló, mint a többi hangszedőé.

Tulajdonképpen minden olyan eljárással készíthető mikrofon, amely képes arra, hogy mechanikai rezgéseket elektromos rezgésekké alakítson át. Sokszor már régen elfeledett ötleteket használhatunk föl a modern technológiával.
Az optikai mikrofon ősét pl. – állítólag – Graham Bell próbálta ki 1880-ban, sőt, ezt tartotta élete fő művének. Bell azt gondolta, hogy a fény a legalkalmasabb a hangrezgések továbbítására, ráadásul drót se kell hozzá. Mivel akkortájt a fény modulálása és demodulálása ismeretlen volt, ezért a photophone-t elfelejtették.

kf08

Kb. 90 évvel ezelőtt Walter Birkman fizikus felismerte, hogy a szelén fény hatására elektromos áramot bocsát ki magából. Ezt a jelenséget fotó elektromos hatásnak hívjuk. Együttműködve az egyik legmodernebb, Bauhaus nevű művészeti csoporttal, s különösen ennek magyar tagjával, Moholy-Nagy Lászlóval, megalkották az Optophont. Itt az volt a cél, hogy fényművészeti és filmalkotásokat hanggal vezéreljenek. Aztán a nácik fölszámolták a Bauhaust, és a II. világháború sem kedvezett az ilyen művészkedő baromságoknak.

Csak a 20. század végén folytatódtak a kísérletek, de ekkor szabadalmi csatározások keserítették meg az életet. A 21. század elején végre sikerült használható optikai mikrofont alkotni.

Az optikai mikrofon voltaképpen távolságot mér. A mikrofon membránjára üvegszál vezető segítségével vékony, fókuszált fénysugarat bocsátanak. A membránt fényvisszaverő képességű, aranyozott réteggel vonták be, s amilyen szögben érkezett a fénysugár, ugyanolyan szögben is verődik onnan vissza. A visszavert fénysugarat fényérzékelő elektromos átalakítóba vezetik, ugyancsak üvegszállal.

kf09

Ha a membrán nyugalmi helyzetben van, a fókuszált fénysugár úgy van beállítva, hogy a visszavert fénysugarak fele érintse a fényvezető szálat. Ha az egyik irányban minél jobban kitér a membrán, annál több fény jut a fényvezető szálba; ha pedig a másik irányba, annál kevesebb. A fényerő tehát a hangrezgések ütemében változik, s ezt a változást alakítja elektromos rezgéssé a fényérzékelő alkatrész.

kf10

E mikrofon szerkezeti előnye, hogy nem kell feltétlenül drága lézerfényt kibocsátó eszközt használni, megteszi a led is. A másik előny, hogy mivel a membrán semmivel nincs összekötve, nem csatlakozik hozzá drót, akadálytalanul követheti a hangrezgéseket, s mivel csak kis felületének mozgása érdekes, a membrán – így a mikrofon is – kicsi lehet. A membrán átmérője 0,5 mm-re is szűkíthető. Ez fontos lehet az előadókra szerelt mikrofonok esetében.

Mivel az optikai mikrofonban nincs fémes vezető, ezért érzéketlen az elektromos és mágneses zavarokra. Nincs többé brumm, nem zavar be egy mobilteló vagy egy erős rádióállomás. Még olyan erős mágneses terekben, mint az MRI, is használható, pl. a csőben fekvő áldozattal való kommunikációra.

kf11

Az iménti elven működő optikai mikrofonok 3-4 000 dollárba kerülnek, és inkább mérési célokat szolgálnak.

kf12

Lehet másképp is optikai mikrofont készíteni. A lézerfizikában régóta ismert eszköz a Fabry-Perot etalon nevű cucc. Aha... A tudósok minden bizonnyal meghitt viszonyban vannak e rezonátorral, ám valószínű, hogy te most találkozol vele először. Ne aggódj, én is. S ha tudnád, milyen helyes kis matekja van… Szóval, a Fabry-Perot etalon két, egymáshoz közeli, nagy visszaverő képességű síktükörből áll. 2016-ban mutatták be azt a mikrofont, amiben a hangforrásból érkező hang nyomása megváltoztatja az egyik tükör törésmutatóját. Ebben a mikrofonban a két tükör távolsága 2 mm.

kf13

E parányi változás hatására megváltozik a lézersugár hullámhossza és a tükör áteresztő/visszaverő képessége, s mint minden változás, ez is elektromos jellé alakítható át. A mikrofon különlegessége, hogy az átviteli tartománya 5 Hz – 25 MHz között van. Rockzenéhez egyelőre drága volna.

Az optikai mikrofonok egyik változata a lézermikrofon. Ebben a membrán szerepét külső felület – ablaküveg, tükör, asztallap vagy füst, pára, stb. - veszi át. Az csak a fontos, hogy a felület fényvisszaverő legyen. A cuccot a rendőrség is alkalmazza betörések felderítésére vagy lehallgatásra, pl. ha a lézersugár kirakatablakra vetül.

Ezzel az eszközzel még muzsikálni is lehet.