માઇક્રોફોન

માઇક્રોફોન (Microphone) : વીજધ્વનિક (electro-acoustic) ઉપકરણ (device). તેમાં ધ્વનિના તરંગોને તેને અનુરૂપ વીજતરંગોમાં રૂપાંતરિત કરવા ટ્રાન્સડ્યૂસર(transducer)નો ઉપયોગ કરવામાં આવે છે. આધુનિક માઇક્રોફોનોનું વર્ગીકરણ દબાણ ઉપર, પ્રચલન (gradient) ઉપર, દબાણ તથા પ્રચલન બંને ઉપર અને તરંગ પર આધારિત એમ ચાર પ્રકારે કરવામાં આવે છે. દબાણ-પ્રકારના માઇક્રોફોનમાં દબાણમાં ફેરફારને અનુરૂપ વીજતરંગો ઉત્પન્ન કરવામાં આવે છે. અહીં દબાણ ધ્વનિના તરંગોના કારણે સર્જાય છે. પ્રચલન પ્રકારના ધ્વનિના તરંગોમાં કોઈ બે બિંદુઓ પાસે રહેલા દબાણના તફાવત(પ્રચલન)ના કોઈ વિધેય (function) ઉપર વીજતરંગો ઉત્પન્ન કરવાનો આધાર રાખે છે. તરંગપ્રકારના માઇક્રોફોનમાં વીજતરંગો ઉત્પન્ન કરવાનો આધાર ધ્વનિના તરંગો(sound waves)ની આંતરપ્રક્રિયા (interactions) ઉપર રહેલો હોય છે.

માઇક્રોફોન ટ્રાન્સડ્યૂસરો (Microphone—Transducers)

ટ્રાન્સડ્યૂસર એવા પ્રકારનું ઉપકરણ છે કે જેના ઉપર કોઈ એક પ્રણાલી દ્વારા કોઈ એક પ્રકારની શક્તિ આપવામાં આવે તો તે તેને યોગ્ય સ્વરૂપે એક અથવા વધારે પ્રણાલીઓ સુધી મોકલે છે. ધ્વનિના તરંગોના ફેરફારોને, તેને અનુરૂપ વીજતરંગોના ફેરફારોમાં બદલવા માટે ટ્રાન્સડ્યૂસરોનો ઉપયોગ કરવામાં આવે છે. તેમાં ચલિત (dynamic) ચુંબકીય સ્થિતવીજ (electrostatic) પીઝોઇલેક્ટ્રિક (piezoelectric) ઇલેક્ટ્રૉસ્ટ્રિક્ટિવ (electrostrictive) અને કાર્બન-પ્રકાર મુખ્ય છે.

(1) ચલિત પ્રકાર ટ્રાન્સડ્યૂસર : એક ચલિત વાહકને ચુંબકીય ક્ષેત્રમાં રાખવામાં આવે છે. વાહકની ગતિના કારણે તેમાં ઉદભવતા વીજપ્રેરણને લીધે વીજચાલક બળ (electromotive force) ઉત્પન્ન થાય છે. આ વીજચાલકબળના ફેરફારનું મૂલ્ય (magnitude) વાહકની ગતિના પ્રમાણમાં હોય છે. વાહક તરીકે તારનું ગૂંચળું, રેખીય તાર, કે પછી ધાતુની પટ્ટી (ribbon) લઈ શકાય છે.  તે ઊલટી દિશામાં કાર્ય કરી શકે છે, એટલે કે વીજતરંગો આપવાથી તેને અનુરૂપ ધ્વનિતરંગો ઉત્પન્ન કરી શકે છે. અવબાધ (impedence) અવરોધ (resistance) પ્રકારનો આકૃતિ (1)માં આ ટ્રાન્સડ્યૂસર દર્શાવેલ છે.

(2) ચુંબકીય પ્રકાર ટ્રાન્સડ્યૂસર : ચુંબકીય ક્ષેત્ર અને ચલિત અપારગમ્યતા (reluctance) પથ અને તેને આવરી લેતું ગૂંચળું (coil) ધરાવે છે. અપારગમ્યતાના ફેરફાર ગૂંચળામાંથી પસાર થતા ચુંબકીય ક્ષેત્રના ફ્લક્સના ફેરફારને ઉત્પન્ન કરે છે અને તેથી પ્રેરિત વીજચાલક બળ (induced electromotive force) ઉત્પન્ન થાય છે. ઘણાબધા પ્રકારે તેની ગોઠવણી કરી શકાય છે. બે સામાન્ય ગોઠવણીઓમાં એક સિંગલ ધ્રુવ (single pole) અને આર્મેચર (armature) અને અનેક ધ્રુવ (multipole) અને આર્મેચર પ્રકાર. એકલ (સિંગલ) ધ્રુવ અને આર્મેચર ગોઠવણી આકૃતિ (2)માં દર્શાવેલ છે. ઊલટી રીતે કાર્ય શક્ય છે.

(3) સ્થિતવીજ ટ્રાન્સડ્યૂસર : એક સ્થાયી અને એક ચલિત વીજાગ્ર(electrodes)ને વિરુદ્ધ વીજભારોથી ભારિત કરવામાં આવે છે. ચલિત પ્રકારના વીજાગ્રની ગતિના કારણે વોલ્ટેજ ઉત્પન્ન થાય છે, જેની કિંમતનો આધાર વીજાગ્રની ગતિ ઉપર છે. આ સંગ્રાહક ટ્રાન્સડ્યૂસર તરીકે પણ પ્રચલિત છે. તે અવબાધ સંગ્રાહક  પ્રકારનો (capacitive) છે. આકૃતિ 3માં ટ્રાન્સડ્યૂસર દર્શાવેલ છે.

(4) પીઝોઇલેક્ટ્રિક ટ્રાન્સડ્યૂસર : પીઝોઇલેક્ટ્રિક અથવા સ્ફટિક (crystal) પ્રકારમાં પીઝોઇલેક્ટ્રિક અસર અનુભવતો સ્ફટિક વાપરવામાં આવે છે. સ્ફટિકમાં ઉત્પન્ન થતી વિકૃતિ (deformation)ના કારણે વોલ્ટેજ ઉત્પન્ન થાય છે, જેનો આધાર વિકૃતિની માત્રા ઉપર રહેલ હોય છે. તે ઊલટી રીતે કાર્ય કરી શકે છે. તે સંગ્રાહક પ્રકારનો અવબાધ છે. આકૃતિ(4)માં ટ્રાન્સડ્યૂસર દર્શાવેલ છે.

(5) ઇલેક્ટ્રૉસ્ટ્રિક્ટ્રિવ ટ્રાન્સડ્યૂસર : ઇલેક્ટ્રૉસ્ટ્રિક્ટિવ ગુણધર્મ ધરાવતા સિરામિક ઘટક(ceramic element)નો ઉપયોગ કરવામાં આવે છે. સિરામિક ઘટકમાં લાવવામાં આવેલ વિકૃતિ વોલ્ટેજ ઉત્પન્ન કરે છે, જેનો આધાર વિકૃતિના મૂલ્ય ઉપર હોય છે. તે ઊલટી રીતે કાર્ય કરી શકે છે. તે સંગ્રાહક પ્રકારનો અવબાધ છે. આકૃતિ (5) આ ટ્રાન્સડ્યૂસર દર્શાવેલ છે.

(6) કાર્બન ટ્રાન્સડ્યૂસર : કાર્બનના કણો ચલિત સ્થિર વીજાગ્રોના સંપર્કમાં રહેલ હોય છે. ચલિત વીજાગ્રની ગતિના કારણે કણોનો અવરોધ બદલાય છે. જો તેને બાહ્ય વોલ્ટેજ–સ્રોત અને બોજ-અવરોધ (load resistance) સાથે શ્રેણીમાં જોડેલ હોય તો ચલિત વીજાગ્ર વડે ઉત્પન્ન થયેલા ફેરફારો અવરોધને સાપેક્ષ વોલ્ટેજ ઉત્પન્ન કરે છે. આકૃતિ (6)માં ટ્રાન્સડ્યૂસર દર્શાવેલ છે.

માઇક્રોફોનનું સામાન્ય વર્ગીકરણ તેના વીજ-ફેરફાર (electrical response), ઉપયોગમાં લેવાતા ટ્રાન્સડ્યૂસરો તથા દિશા ઉપર નિર્ધારિત કાર્યભાત (directional patterns) ઉપર કરવામાં આવે છે.

દબાણ ઉપર કાર્ય કરતું માઇક્રોફોન : માઇક્રોફોનનો વીજફેરફાર (electrical response) ધ્વનિના દબાણના ફેરફારના કારણે ઉત્પન્ન થાય છે. દબાણ એ અદિશ (scalar) રાશિ હોવાથી આ દિશા ઉપર આધારિત નથી.

ચલિત પ્રકારનું માઇક્રોફોન : મુખ્ય ત્રણ પ્રકારનાં ચલિત માઇક્રોફોન છે; જેમાં ચલિત ગૂંચળા પ્રકાર, ચલિત વાહક-પ્રકાર અને ચલિત પટ્ટી-પ્રકાર છે. ચલિત ગૂંચળા પ્રકારમાં પડદા ઉપર ધ્વનિના તરંગો અથડાવાથી ચલન ઉત્પન્ન થાય છે અને તેની સાથે જોડાયેલ ધ્વનિ-ગૂંચળા(voice-coil)ના ચુંબકીય ક્ષેત્રની અંદરના ચલનમાં તે રૂપાંતરિત થાય છે. પડદા (diaphram) ઉપરના ધ્વનિના સતત દબાણને અનુરૂપ સતત નીપજ (out put) મેળવવા માટે ગૂંચળાને ધ્વનિની આવૃત્તિથી સ્વતંત્ર હોય તેમ પસંદ કરવામાં આવે છે. આ માટે પ્રણાલીને ધ્વનિ-અવરોધક (acoustical resistance) વચ્ચે રાખવામાં આવે છે. સામાન્ય રીતે પ્રણાલીની અનુનાદ આવૃત્તિ 700 હર્ટ્ઝ હોય છે. પડદા તથા ગૂંચળાના દળના કારણે મળતા ધ્વનિ-અવરોધક કરતાં મૂકવામાં આવેલ ધ્વનિ-અવરોધક મોટો પસંદ કરવામાં આવે છે. ધ્વનિ-અવરોધક તરીકે તિરાડ (slit) કે પછી રેશમી કાપડ લઈ શકાય છે. પડદા માટે ઍલ્યુમિનિયમ-મિશ્ર ધાતુ, કાગળ, બેકેલાઇટ, પ્લાસ્ટિક, માઇલાર, વગેરે પસંદ કરી શકાય છે. ધ્વનિ-ગૂંચળાનો અવબાધ 1થી 30 ઓહમ સુધી બદલી શકાય છે. આકૃતિ (7)માં આ માઇક્રોફોન દર્શાવેલ છે.

ઘણા ઉપયોગો માટે કોઈ પણ પ્રકારની અડચણ વગરનું (unobstructive) માઇક્રોફોન જરૂરી છે, જેમાં એક નાનો ચલિત એકમ (dynamic unit) એક લાંબી પાતળી નળીને છેડે મૂકેલ હોય છે. નળીની લંબાઈ નીચી આવૃત્તિના ફેરફારો (low frequency response) માટે જરૂરી કદ પૂરું પાડે છે.

નાનું માઇક્રોફોન કે જે ઉપયોગકર્તાના ગળાની પાસે દોરી વડે લટકાવવામાં આવે છે, જે લેવેલિયર (lavaliar) માઇક્રોફોન તરીકે ઓળખાય છે. આ ઉપયોગકર્તાને મુક્ત રીતે હલન-ચલનની સુવિધા આપે છે.

પટ્ટી પ્રકારના દબાણ ઉપર આધારિત માઇક્રોફોનમાં ચુંબકીય ક્ષેત્રમાં પટ્ટી ગોઠવેલ હોય છે, તેને છેડે ધ્વનિ-અવરોધક હોય છે. ઉચ્ચ-આવૃત્તિ ક્ષેત્રકાર્ય વધારવા (high frequency response) માટે તેને છેડે ભૂંગળું (horn) બેસાડેલ હોય છે, જેથી પટ્ટી ધ્વનિના ફેરફાર સાથે યોગ્ય સંયોગ સાધી શકે. ચુંબકીય પ્રકાર, સ્થિતવીજપ્રકાર, સ્ફટિક પ્રકાર [આકૃતિ – (8) અહીં એમોનિયમ ડાઇહાઇડ્રોજન ફૉસ્ફેટ – ADP સ્ફટિક વપરાય છે], કાર્બન પ્રકાર આકૃતિ – (9) સિરામિક પ્રકાર ટ્રાન્સડ્યૂઅર્સ વાપરવામાં આવે છે.

પ્રચલન પ્રકારનું માઇક્રોફોન : (Gradient Microphone) : કોઈ બે બિંદુઓ વચ્ચે રહેલા દબાણના તફાવતના વિધેય ઉપર પ્રચલન પ્રકારના માઇક્રોફોનના વીજફેરફાર(electrical response)નો આધાર હોય છે. બે બિંદુઓ વચ્ચેનું અંતર ધ્વનિની તરંગ-લંબાઈના પ્રમાણમાં ઓછું હોય છે. દબાણનો આ તફાવત ધ્વનિ-તરંગમાં રહેલ કણના વેગ ઉપર આધારિત હોય છે. વેગ-પ્રકારના માઇક્રોફોનમાં આ શરત પળાતી જોવા મળે છે.

વેગ–પ્રકારનું માઇક્રોફોન (Velocity Microphone) : ચુંબકીય ક્ષેત્રમાં આવેલ એક ધાતુની પટ્ટી ઉપર બંને બાજુએથી ધ્વનિના તરંગો આપાત થઈ શકે છે અને આ પટ્ટી બંને બાજુના ધ્વનિના તરંગોએ ઉત્પન્ન કરેલ દબાણના તફાવત અનુસાર કંપન કરે છે. ચુંબકીય ક્ષેત્રમાં પટ્ટીના કંપનના કારણે તેના બંને છેડાઓ ઉપર વીજપ્રેરણ(induction)ના કારણે વોલ્ટેજ ઉત્પન્ન થાય છે. જો પટ્ટીની આગળ અને પાછળની બાજુઓ વચ્ચેનું અસરકારક અંતર ધ્વનિની તરંગલંબાઈને સાપેક્ષ ઓછું હોય તો પટ્ટીની બાજુઓ ઉપર લાગતા દબાણની કિંમત સરખી રહે છે, પરંતુ બાજુઓ વચ્ચે તરંગોમાં કલા-તફાવત (phase difference) જોવા મળે છે અને તેને પરિણામે દબાણમાં તફાવત જોવા મળે છે. દબાણના તફાવતનો આધાર આવૃત્તિ તેમજ પટ્ટીના ઉપર લંબના સાપેક્ષ કોઈ એક કોણથી આપાત થતા ધ્વનિના તરંગોએ રચેલ કોણની કોજ્યા (cosine) ઉપર છે. પટ્ટી ધરાવતા માઇક્રોફોનનો મુખ્ય ફાયદો એ છે કે પટ્ટી પડદા તેમજ વાહક બંનેનું કાર્ય કરે છે. એક સમાન નીપજ મેળવવા માટે વેગ આવૃત્તિથી સ્વતંત્ર હોય એ જરૂરી છે. તેની અનુનાદ-આવૃત્તિ 12 H₂ હોય છે.

એક દિશામાં કાર્ય કરતું માઇક્રોફોન (Unidirectional Microphone) : માઇક્રોફોનના કાર્યનો આધાર કોઈ એક દિશામાં જોવા મળતી ભાતના ચોક્કસ આકાર (unidirectional pattern) ઉપર છે. કોઈ એક દિશાની ભાતના આકારને નીચેના સૂત્ર વડે દર્શાવાય છે :

e = a + b cos θ

જ્યાં, a = દબાણના ઘટક નીપજ વોલ્ટેજ, b = વેગના ઘટકના નીપજ વોલ્ટેજ, e = નીપજ વોલ્ટેજ અને θ = પટ્ટીની સપાટી ઉપરના લંબને સાપેક્ષ આપાત થતા ધ્વનિના તરંગની દિશાનો કોણ છે.

દિશા ઉપર આધારિત માઇક્રોફોનમાં તેની સામે ઉત્પન્ન થતો ઇચ્છનીય ધ્વનિ ગ્રહણ કરી શકાય છે અને પાછળથી ઉત્પન્ન થતો અનિચ્છનીય ધ્વનિ ગ્રહણ કરાતો નથી. આ પ્રકારના માઇક્રોફોનનો ઉપયોગ ઘણો વ્યાપક છે.

એક દિશા ઉપર આધારિત માઇક્રોફોનને બે દિશામાં કાર્ય કરતા (bidirectional) માઇક્રોફોનના યોગ્ય સમન્વય વડે અથવા તો એક જ ઘટક (element) ધરાવતા માઇક્રોફોનની સાથે યોગ્ય ડીલે(delay) પ્રણાલી ગોઠવીને મેળવી શકાય છે.

ઉચ્ચક્રમ (higher order) ધરાવતા પ્રચલન માઇક્રોફોનને ઉચ્ચ ક્રમ માટે વિકલન-પ્રક્રિયા (differential process) કરીને પ્રાપ્ત કરી શકાય છે. તે દિશામાં મળતી ભાત(pattern)ની કોજ્યાના વિધેય હોય છે, જેમાં કોજ્યાના વિધેયની ઘાત (power) પ્રચલનનો ક્રમ દર્શાવે છે. આ પ્રકારના માઇક્રોફોનમાં જોવા મળતો ફેરફાર (response) માઇક્રોફોનથી ધ્વનિના ઉદગતસ્થાન (source) વચ્ચેના અંતર તથા તેની આવૃત્તિના વિધેયો ઉપર આધારિત છે. દ્વિતીય-ક્રમનું (second-order) ગ્રેડિયન્ટ માઇક્રોફોન પહોળા આવૃત્તિવિસ્તાર અને ઉચ્ચ ગુણવત્તાવાળા ધ્વનિ માટે વાપરવામાં આવે છે. આકૃતિ (10) માં ચલિત ગૂંચળા પ્રકારનું પ્રથમ-ક્રમનું ગ્રેડિયન્ટ માઇક્રોફોન દર્શાવેલ છે.

તરંગ માઇક્રોફોન (wave microphone) : તે એવા પ્રકારની પ્રણાલી ધરાવે છે કે જેમાં માઇક્રોફોનના કાર્યની દિશાનો આધાર ધ્વનિના તરંગોના એક પ્રકારના વ્યતિકરણ ઉપર છે. સામાન્ય રીતે તે રેખા-પ્રકાર (line-type), પરાવર્તક-પ્રકાર (reflector-type) અને લેન્સપ્રકાર (lens-type) હોય છે.

રેખા-પ્રકારના તથા પરાવર્તન-પ્રકારના માઇક્રોફોન તેની ધ્વનિ(speech)આવૃત્તિની અવધિમાં દિશા ઉપર આધારિત હોય છે અને તેનો ઉપયોગ ઘોંઘાટિયા (high ambient noise) વાતાવરણમાં દૂરથી આવતા પ્રવચનના ધ્વનિને ઝીલવામાં થાય છે. રેખા-પ્રકારના માઇક્રોફોનમાં ધ્વનિને ઝીલવા માટે વપરાતી હોય અને એક છેડો ખુલ્લો હોય તેવી અનેક નલિકાઓ વપરાતી હોય છે. આ નલિકાઓ કોઈ એક રેખામાં સમાન રીતે ગોઠવેલ હોય છે અને તેનો બીજો છેડો કોઈ એક સામાન્ય જોડાણ દ્વારા ટ્રાન્સડ્યૂસર સાથે જોડેલ હોય છે. દિશાની લાક્ષણિકતા R_q વડે દર્શાવાય છે, જે એક પ્રકારનો ગુણોત્તર દર્શાવે છે :

જ્યાં = રેખાની લંબાઈ છે, λ = તરંગલંબાઈ છે અને θ = રેખાની અક્ષ અને ધ્વનિની દિશા વચ્ચેનો કોણ છે. આકૃતિ (11)માં આ માઇક્રોફોનની રચના અને જુદી જુદી તરંગલંબાઈ (λ) માટે મળતી વિવિધ ભાતોના આકારો દર્શાવેલ છે.

પરાવર્તક-પ્રકારના માઇક્રોફોનમાં કોઈ એક સપાટી ઉપર આપાત થતા ધ્વનિના સૂક્ષ્મ ચોક્કસ દિશાના તરંગો(pencils of sound waves)ને એક કલામાં (in phase) કોઈ એક બિંદુએ કેન્દ્રિત કરવામાં આવે છે; જ્યાં માઇક્રોફોન ગોઠવેલ હોય છે. આકૃતિ (12)માં આ પ્રકારના માઇક્રોફોનની ગોઠવણી અને મળતી વિવિધ ભાતોના આકાર નિર્દિષ્ટ કરેલા છે.

મિહિર જોશી