Âm thanh thật tuyệt vời. Tất cả những gì mà chúng ta nghe được đều bắt nguồn từ những rung động khác nhau trong không khí. Nhưng điều còn tuyệt vời hơn nữa chính là con người chúng ta còn có thể chuyển những rung động đó đi rất xa đến cả nửa vòng Trái Đất hay chỉ một lời nói thì thầm mà cũng có thể làm cho cả sân vận động nghe được. Để làm được việc đó, con người đã bỏ ra hàng nghìn giờ để tìm tòi, nghiên cứu và phát minh ra những chiếc micro, những thứ mà ngày nay vẫn thường xuyên sử dụng: trong sinh hoạt thường ngày, lĩnh vực truyền thông, y học, quân sự, âm nhạc… Trong số đó, có ít nhất 3 loại micro vẫn được sử dụng trong lĩnh vực âm nhạc ngày nay. Nào! Hãy cũng ADAM Muzic tìm hiểu xem những loại micro đó là gì và những lại micro nào sử dụng trong âm nhạc nhé!

1. Carbon Microphone (Micro carbon)

Micro carbon là chiếc micro đơn giản và lâu đời nhất được phát minh bởi David Edward Hughes vào những năm 1870. Loại micro này được làm từ hạt carbon. Micro carbon cấu tạo gồm các hạt carbon đặt giữa 2 đầu điện cực: 1 đầu cố định, 1 đầu dịch chuyển được – được gọi là màng rung (diaphragm). Khi sóng âm tác động màng rung, rung động đó sẽ tác động đến các hạt carbon làm chúng biến đổi, sự biến đổi các hạt carbon liền kề nhau sẽ làm thay đổi mức điện trở của micro từ đó tạo nên những tín hiệu điện khác nhau. Đặc biệt hơn, với khả năng chuyển tín chính xác và khuếch đại tín hiệu đầu vào, nguyên tắc này còn được ứng dụng sản xuất ampli. Lý giải cho vấn đề này, thay vì các loại micro khác nhận rung động rồi tạo ra tín hiệu điện mới thì micro carbon chỉ làm nhiệm vụ biến đổi dòng điện 1 chiều (DC) bằng cách tăng giảm điện trở. Lực tác động càng mạnh thì điện trở càng thấp và tín hiệu đi qua càng nhiều..Với những tính năng của mình, micro carbon đã được nghiên cứu và ứng dụng trong công nghệ phát triển điện thoại, truyền thông, và ghi âm. Cụ thể, giai đoạn 1890 – 1980 là thời gian ghi nhận sự phát triển mạnh mẽ và ứng dụng rộng rãi của micro carbon trong lĩnh vực sản xuất điện thoại.

Ngày nay, micro carbon vẫn còn được sử dụng bởi khả năng tích hợp với nhiều phương tiện khác. Ở những vùng xa xôi, nơi mà tín hiệu điện thoại phải truyền đi rất xa thì micro carbon là 1 giải pháp hợp lý vì chỉ cần một lượng điện áp 1 chiều rất thấp, nó cũng có thể truyền tín hiệu âm thanh với cường độ cao. Ngoài ra, trong môi trường làm việc nhạy cảm với điện áp cao như đào mỏ hay hóa chất thì micro carbon được sử dụng để bảo đảm an toàn tính mạng cho công nhân.

2. Liqid Microphone (Micro chất lỏng)

Micro chất lỏng được phát minh vào năm 1875 bởi Alexander Graham Bell and Thomas Watson, một trong số những microphone đầu tiên, là tiền thân của condensor microphone. Những micro chất lỏng đầu tiên sử dụng một chiếc cốc kim loại chứa nước và axit sulfuric. Màng kim loại được đặt trên chiếc cốc, nối kết giữa màng kim loại và chếc cốc chất lỏng là 1 cây kim. Sóng âm đi đến màng kim loại sẽ làm rung màng kim loại, dẫn đến rung kim và truyền động lực đó đến cốc chất lỏng. Rung động đó tạo nên tín hiệu âm thanh và được truyền đến bộ phát âm thanh thông qua đường điện. Do tín hiệu đầu ra không thực sự sạch nên loại micro này không còn được sử dụng nữa nhưng với ý nghĩa quan trọng của mình – chuyển rung động sóng âm sang tín hiệu điện – micro chất lỏng là bước quan trọng trong việc phát minh ra điện thoại (1877) và phát triển micro condensor (1916).

3. Dynamic Microphone (Micro động lực học)

Là một bước đột phá trong lĩnh vực kỹ thuật micro, với khả năng hạn chế mức độ ồn của không gian và không cần năng lượng để hoạt động (tối ưu hơn so với micro carbon) đó chính là chiếc micro động lực học. Chiếc micro này được phát minh vào năm 1931 bởi Wente và A.C Thuras. Micro động lực học hoạt động dựa trên tác dụng của nam châm điện. Sự rung động của sóng âm sẽ làm rung động lớp màng plastic mỏng của micro (thin plastic diaphragm) và cuộn dây đồng. Sự rung động của cuộn dây đồng xung quanh nam châm sẽ làm thay đổi từ trường nam châm, từ đó tạo nên những tín hiệu âm thanh khác nhau. Những tín hiệu này sẽ được chuyển qua dây âm thanh đến những thiết bị chuyên chỉnh, khuếch đại và phát âm thanh.

Ưu nhược điểm:

• Sử dụng âm thanh với cường độ lớn mà không bị biến dạng âm thanh (distortion).
• Khả năng bắt âm thanh môi trường kém.
• Bắt tần số cao không được chi tiết.

Loại micro này được sử dụng rộng rãi, hầu như ai cũng đã gặp nó qua ít nhất 1 lần trong đời bởi loại micro này thường xuất hiện ở các dàn karaoke, sân khấu ca nhạc, hội trường và cả trong phòng thu.

4. Condensor Microphone (Micro tụ điện)

Trong khi micro carbon còn bị hạn chế trong khả năng bắt chi tiết các dãy tần thì micro tụ đện được phát triển như một giải pháp thay thế. Năm 1916, micro tụ điện được phát triển bởi Edward Christopher Wente tại phòng thí nghiệm Bell. Micro tụ điện về cơ bản là một cái tụ điện vận hành theo nguyên lý chuyển động của màng rung, với 2 tấm kim loại đặt song song, một tấm là màng chắn/màng trước (diaphragm/front plate) giữ chức năng nhận rung động sóng âm, tấm còn lại giữ chức năng chuyển tín hiệu từ trường sang tín hiệu điện. Khi sóng âm làm rung động màng trước (diaphragm), màng trước sẽ rung động làm thay đổi từ trường giữa hai tấm màng, chính sự thay đổi đó làm tác động đến tấm màng sau (backplate) tạo ra tín hiệu điện tương đương. Loại micro này nguồn năng lượng (thường là 48V) để cấp điện áp cho tụ điện. Năng lượng có thể được cấp từ pin hoặc năng lượng ảo (phantom power) được cung cấp từ mixing console (thường gọi là mixer) hay máy ghi âm (recorder).

Loại micro này không có cuộn dây đồng nên mọi rung động của sóng âm sẽ chỉ tác động lên màng chắn trước. Chính vì sóng âm không phải di chuyển qua quá nhiều vật dẫn như micro điện động nên khả năng bắt được tần số cao của micro tụ điện cao hơn micro điện động.

5. Ribbon Microphone (Micro ruy-băng)

Micro ruy băng được phát minh vào những năm 1920 và được thương mại hóa vào năm 1931. Micro này được gọi là micro ruy băng là vì bên trong micro có một sợi ruy băng mỏng – bằng nhôm, hợp kim đura… – được treo giữa môi trường điện từ. Sóng âm khi đến micro sẽ làm rung động sợi ruy băng từ đó làm thay đổi từ trường dẫn đến thay đổi tín hiệu điện. Micro sẽ càng bắt được tần trầm tốt nếu như sợi ruy băng càng đợi treo lỏng. Micro ruy băng còn được gọi là micro vận tốc (velocity microphone) bởi khác với các loại micro khác khi mà tín hiệu điện thay đổi dựa trên sự rung động của màng kim loại thì micro ruy băng lại dựa trên mức độ dao động của sợi ruy băng. Ngoài ra, phần lớn micro ruy băng còn có khả năng thu sóng âm từ 2 hướng (kiểu thu hình số 8). Loại micro này có ưu điểm là thể hiện âm thanh ở tần cao rất đẹp còn nhược điểm là vừa mắc lại vừa dễ hư.

6. Crystal Microphone (Microphone thạch anh)

Thạch anh có đặc tính quan trọng là nếu tác động bằng các dạng cơ học đến chúng (âm thanh, sóng nước…) thì chúng sẽ tạo ra một điện áp dao động có tần số tương đương, do đó chúng được ứng dụng trong rất nhiều lĩnh vực (dễ thấy nhất là đồng hồ đeo tay chạy bằng pin). Linh kiện thạch anh làm việc dựa trên hiệu ứng áp điện. Hiệu ứng này có tính thuận nghịch. Khi áp một điện áp vào 2 mặt của thạch anh, nó sẽ bị thay đổi trạng thái. Ngược lại, khi tạo sức ép vào 2 bề mặt đó, nó sẽ phát ra điện áp. Quay trở lại micro thạch anh, như đã nói, thạch anh sẽ làm thay đổi đặc tính điện khi chúng bị thay đổi trạng thái. Thạch anh của micro sẽ được đặt giữa 2 đầu điện áp, sóng âm tác động vào thạch anh làm thay đổi trạng thái của chúng từ đó làm thay đổi tín hiệu của 2 đầu điện áp và tín hiệu nhận được sẽ tiếp tục di chuyển đến thiết bị ghi âm hoặc phát.

Tín hiệu điện của micro thạch anh khá lớn tuy nhiên tần số hồi đáp(frequency response) thì lại không bằng micro động lực học (dynamic microphone), vì vậy loại micro này không thông dụng lắm trong thị trường âm nhạc. Micro thạch anh được phát minh bởi M. Chorpening và F.H Woodworth vào năm 1933.

7. Electret Microphone (Micro điện)

Loại micro được sử dụng nhiều nhất trên thế giới được phát minh vào năm 1962 bởi Gerhard Sessler và Jim West chính là micro điện. Ứng dụng của nó nằm ở các thiết bị như điện thoại di động, máy tính và loại headphone có micro (handfree headset). Loại micro này được sử dụng rộng rãi bởi lợi thế thiết kế đơn giản, giá thành rẻ. Thực ra, micro điện cũng là họ hàng của micro tụ điện vì nó điểm chung là dựa trên nguồn năng lượng điện để chuyển tín hiệu âm thanh nhưng sự khác biệt giữa hai loại micro là micro điện không cần cấp nguồn 48V mà đã được thiết kế một chất liệu tự cung cấp nguồn năng lượng vĩnh cửu là ferroelectric (một loại hợp chất chứa Sắt II và Sắt III). Tuy nhiên, nhược điểm của loại micro này là cho ra chất lượng tín hiệu âm thanh thấp. Chính vì lẽ đó, chúng chỉ được sử dụng rộng rãi và đa dạng ở những thiết bị đã kể trên.

8. Fiber Optic Microphone (Micro sợi quang học)

Hệ thống sợi quang học sử dụng sợi thủy tinh siêu mỏng giúp truyền thông tin thay vì dây kim loại truyền thống là một bước đột phá trong lĩnh vực viễn thông ngày nay bao gồm cả công nghệ sản xuất micro. Không giống micro truyền thống (thường to và tín hiệu điện xuất ra dựa trên sự thay đổi từ trường), micro sợi quang học  có thể rất nhỏ và cho tín hiệu đầu ra dựa trên ánh sáng. Vì vậy, micro này có thể sử dụng trong môi trường nhạy cảm với điện. Micro sợi quang điện hoạt động bằng cách cho ánh sáng đi qua sợi quang điện, âm thanh rung động ở màng chắn (diaphargm) sẽ làm thay đổi cường độ ánh sáng.  Ánh sáng sau khi bị điều biến sẽ tiếp tục di chuyển qua sợi quang điện đến bộ phận dò ảnh, sau đó chuyển tín hiệu nhận được sang tín hiệu điện chuyển tín hiệu này đến thiết bị phát âm thanh. Loại micro này rất hữu dụng trong thiết bị kỹ thuật ảnh cộng hưởng từ (MRI – Magnetic resonance imaging) giúp cho bác sĩ, nhân viên và bệnh nhân có thể giao tiếp với nhau trong môi trường nhiễu sóng. Micro này được phát minh ở Israel vào năm 1984 bởi tiến sĩ Alexander Paritsky và Alexander Kots.

9. Laser Microphone (Micro laze)

Micro laze được phát minh vào năm 1947 bởi Leon Threnin. Đây là loại thiết bị do thám vận hành bằng cách chụp những rung động của mặt phẳng, chẳng hạn như cửa sổ kính hoặc plastic. Nói cách khác, những mặt phẳng này đóng vai trò như màng chắn micro (diaphragm) thu sóng âm xung quanh nó. Những rung động này sẽ truyền đến tế bào quang điện (photocell)  thông qua chùm tia laze. Tế bào quang điện sẽ truyền tín hiệu đến thiết bị ghi âm hoặc đến thiết bị phát âm thanh.

Thông tin thêm: Trong cuộc truy lùng Osama Bin La Den, binh lính Mỹ đã dùng công nghệ này để do thám thông tin bên trong tòa nhà của ông, nhờ vậy mới có thể dễ dàng hơn trong việc đột nhập tấn công.

10. MEMS microphone (MicroElectrical-Mechanical System)

MEMS nghĩa là vi hệ thống cơ điện tử là thuật ngữ thường dùng để chỉ các hệ thống điện tử có thể có thêm các bộ phận chuyển động có kích thước cỡ micromét.

Micro MEMS phát triển qua nhiều giai đoạn khác nhau (do trong micro có chứa nhiều linh kiện nhỏ, mỗi linh kiện được phát minh ra mỗi thời gian khác nhau) nên khó xác định chính ác thời gian phát minh ra loại micro này, ADAM Muzic chỉ biết ông tổ của loại micro này chính là kỹ sư điện người Mỹ Harvey C. Nathanson. Micro MEMS còn có cái tên khác là chip micro hay micro silicon. Với kết cấu là một màng nhạy với áp lực sẽ được đính trực tiếp vào mạch silicon bằng quy trình kỹ thuật MEMS. Phần quan trọng nhất của micro MEMS chính là bộ cảm biến âm thanh. Bộ cảm biến này sử dụng 1 tấm màng kim loại và một màng chắn (membrane) cố định để dò sóng âm. Sóng âm đến làm màng chắn rung động sẽ làm thay đổi điện dung giữa 2 màng chắn và tấm kim loại từ đó tạo thành tín hiệu điện thông qua bề mặt CMOS.

Loại micro này được sử dụng nhiều trong các sản phẩm như  smart phone, máy tính bảng, tai nghe nhỏ v.v… bởi lợi thế kích thước nhỏ, chất lượng âm thanh tốt của nó.

Theo ADAM Muzic, trong số 10 loại micro trên thì micro động lực học, micro tụ điện và micro ruy băng là được sử dụng nhiều trong lĩnh vực âm nhạc. Ở Việt Nam, micro ruy băng không được sử dụng nhiều vi chi phí khá cao và dễ hư do sợi ruy băng rất mỏng manh, rớt sẽ rất dễ hỏng. Riêng 2 loại micro động lực học và micro tụ điện, mỗi loại có mỗi ưu nược điểm khác nhau, tùy vào nhu cầu sử dụng mà sẽ chọn micro cho phù hợp, không có lựa chọn cố định nào cả. Nếu các bạn thắc mắc về những vấn đề xoay quanh cách sử dụng 2 loại micro này và những thông số kỹ thuật cần quan tâm, vui lòng để lại lời nhắn, ADAM Muzic sẽ cố gắng chia sẻ đến các bạn trong thời gian sớm nhất.

Nguồn tham khảo:

http://www.bestartech.com/base_mount.html
http://electriciantraining.tpub.com/14184/css/14184_51.htm
https://en.wikipedia.org/wiki/Ribbon_microphone
http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/audio/mic3.html
http://www.instructables.com/id/LASER-MICROPHONE

https://www.youtube.com

http://scme-nm.org/files/History%20of%20MEMS_Presentation.pdf
http://www.madehow.com/Volume-7/Microphone.htm

http://electronics.howstuffworks.com/gadgets/audio-music/question309.htm