ध्वनिग्राहक

ध्वनिग्राहक : (मायक्रोफोन). ध्वनीचे विद्युत् संकेतात रूपांतर करणाऱ्या उपकरणास ध्वनिग्राहक म्हणतात. सभासंमेलनात किंवा संगीताच्या कार्यक्रमांत याचा केला जाणारा उपयोग सर्वांच्या परिचयाचा आहे. याशिवाय यंत्रांची कंपने मोजण्याकरिता व ध्वनि-ऊर्जेसंबंधी काही विशेष प्रकारच्या चाचण्या घेण्याकरिताही याचा उपयोग केला जातो. ध्वनीचे विद्युत् संकेतात विकृतीशिवाय रूपांतर करणे हा ध्वनिग्राहकाचा महत्त्वाचा व आवश्यक गुणधर्म समजला जातो. आदान ध्वनीचा परमप्रसर (कंपनातील मध्यम स्थितीपासून लंब दिशेने होणारे कमाल स्थानांतरण) कायम ठेवून जर त्याची कंप्रता (दर सेकंदात होणारी कंपनांची संख्या) बदलली, तर ध्वनिग्राहकातून मिळणारे प्रदान स्थिर मूल्याचेच मिळावे व जर आदान संकेताचा फक्त परमप्रसर बदलला. तर ध्वनिग्राहकाचे प्रदान रेखीय समानुपाती प्रमाणात बदलावे अशी अपेक्षा असते. प्रदान व कंप्रता यांच्या आलेखास ध्वनिग्राहकाचा कंप्रता प्रतिसाद म्हणतात (आ. १). जे अनेक प्रकारचे ध्वनिग्राहक उपलब्ध आहेत, त्यांपैकी विशेष वापरात असलेल्या ध्वनिग्राहकांचे वर्णन पुढे दिले आहे.

कार्बन कणयुक्त ध्वनिग्राहक : कार्बन कणांच्या राशीवर कमीजास्त दाब दिला, तर त्याचा विद्युत् रोध जास्त कमी होतो या तत्त्वाचा उपयोग कार्बन कणयुक्त ध्वनिग्राहकात केला जातो. याची रचना आ. २ मध्ये दाखविल्याप्रमाणे असते. या प्रयुक्तीमध्ये ड्युराल्युमीन मिश्रधातूचे अत्यंत पातळ (०·०४ मिमी. जाड) पटल ताणलेल्या स्थितीत ठेवलेले असते. त्यामागे कार्बनाचा पेला असतो (याला बटन असेही म्हणतात व या ध्वनिग्राहकाला एका बटनाचा ध्वनिग्राहक म्हणतात). या पेल्यात कार्बनाचे कण भरलेले असतात. आकृतीत दाखविलेल्या ठिकाणी विद्युत् घट जोडल्यामुळे या कार्बन कणांतून एकदिश विद्युत् प्रवाह वाहत असतो. ध्वनिग्राहकासमोर बोलले असता ध्वनितरंगांमुळे या पटलावरील हवेचा दाब जसा कमीजास्त होतो तसा त्यामागील कार्बन कणांवर कमीजास्त दाब पडतो व त्यांचा विद्युत् रोध बदलल्यामुळे त्यांतून वाहणाऱ्या विद्युत् प्रवाहाचे प्रमाणही कमीजास्त होते. अशा रीतीने ध्वनीचे विद्युत् संकेतांत रूपांतर होते.

कार्बन ध्वनिग्राहकाचा कंप्रता प्रतिसाद तितकासा चांगला नसतो, याची संवेदनक्षमता मात्र चांगली असते. या गुणावगुणांमुळे याचा उपयोग दूरध्वनीच्या प्रेषकामध्ये किंवा इतरत्र जेव्हा फक्त संभाषण टिपण्यासाठी ध्वनिग्राहक हवा असतो तेव्हा योग्य त्या उपकरणांबरोबर केला जातो. उदा., पोलीस बिनतारी संदेशवहन.

ताणलेल्या पटलाच्या दोन्ही बाजूंना कार्बन कण ठेवले असता दोन बटनांचा कार्बन ध्वनिग्राहक तयार होतो. यामुळे वरील कार्बन ध्वनिग्राहकात मिळणाऱ्या विकृतीचे प्रमाण बरेच कमी करता येते. आ. ३ मध्ये दाखविलेल्या आणि त्याकरिता वापरण्यात येणाऱ्या विद्युत् मंडलात दोन्ही बाजूंच्या बटनांमध्ये केंद्र संपर्क असतो. सु. ८,००० हर्ट्‌झ इतक्या कंप्रतेपर्यंत हा ध्वनिग्राहक चांगला कार्यक्षम असतो.

धारित्र ध्वनिग्राहक: समांतर असलेल्या धातूच्या दोन पट्ट्यांनी बनलेल्या धारित्राची धारिता (विद्युत् भार साठवून ठेवण्याची क्षमता) त्या पट्ट्यांमधील अंतरावर अवलंबून असते, या तत्त्वाचा या प्रकारच्या ध्वनिग्राहकात उपयोग केलेला असतो. (१) ही पट्टी जाड व दृढ असते आणि तिला समांतर एक पट्टी पातळ पटलाच्या (२) स्वरूपात असते (आ. ४). दोन्ही पट्ट्यांमध्ये दोन-तीनशे व्होल्टचा विद्युत् दाब दिलेला असतो. ध्वनितरंग पातळ पटलावर आपटल्यामुळे ते कंप पावते. त्यामुळे या दोन पट्ट्यांमधील धारिता कमीजास्त होते. पट्ट्यांवरील विद्युत् दाब कायम असल्यामुळे त्यांच्यावरील विद्युत् भार कमीजास्त होऊन ध्वनिग्राहकाच्या विद्युत् मंडलात अस्थायी विद्युत् प्रवाह वाहतो. (३) या रोधकावर त्यामुळे मिळणारा संकेत अतिशय कमी मूल्याचा असल्याने त्याचे प्रथम इलेक्ट्रॉनीय मंडलाच्या द्वारे विवर्धन करावे लागते.

या ध्वनिग्राहकाचा कंप्रता प्रतिसाद बराच चांगला असतो म्हणजे कंप्रता आणि प्रदान यांमधील आलेख सपाट असतो. याची संवेदनक्षमता मात्र कमी असते. या कारणामुळे धारित्र ध्वनिग्राहक मुख्यतः ध्वनिकीय मापनाकरिता वापरतात. उदा., ध्वनिक्षेपकाची (लाऊड स्पीकरची) कंप्रता प्रतिसाद चाचणी.

स्फटिक ध्वनिग्राहक : या ध्वनिग्राहकात काही स्पटिकांत आढळणाऱ्या दाबविद्युत्‌ परिणामाचा [→ दाबविद्युत्‌] उपयोग केलेला असतो. रॉशेल लवण स्फटिकाच्या बाबतीत सगळ्यात जास्त विद्युत्‌ दाब प्रदान मिळत असल्यामुळे या प्रकारच्या स्फटिकाचा व्यवहारात जास्त उपयोग करण्यात येतो. ध्वनितरंगांमुळे स्फटिकात समरूप प्रतिबल (एकक क्षेत्रफळावरील प्रेरणा) निर्माण होते व स्फटिकातील दाबविद्युत्‌ परिणामामुळे प्रतिबलाचे परत समरूप विद्युत्‌ ऊर्जेत रुपांतर होते. याची रचना आ. ५ मध्ये दाखविल्याप्रमाणे असते.

या ध्वनिग्राहकाचा कंप्रता प्रतिसाद श्राव्यकक्षांतर्गत जास्तीत जास्त कंप्रतेपर्यंत सपाट असतो. याची संवेदनक्षमता मात्र त्यामानाने कमी असते व प्रदान अग्रांमधील संरोध (सर्व प्रकारचा एकूण विद्युत्‌ रोध) पुष्कळ असतो. तरीही उत्तम तद्‌रूपता (मूळ ध्वनीप्रमाणे जास्तीत जास्त ग्रहण आणि पुनरुत्पादन) हवी असेल तेथे या प्रकारच्या ध्वनिग्राहकाचा प्रामुख्याने उपयोग होतो.

दुसऱ्या प्रकारच्या स्फटिक ध्वनिग्राहकात ध्वनितरंगांमुळे त्यातील पटल कंप पावते व वर वर्णन केलेल्या ध्वनिग्राहकांतील स्फटिकापेक्षा कितीतरी अधिक प्रतिबल पटलाला जोडलेल्या स्फटिकात निर्माण होते. त्यामुळे हा ध्वनिग्राहक तुलनेने बराच जास्त संवेदनक्षम असतो परंतु याची रचना गुंतागुंतीची होते. पटल मध्ये आल्याने कंप्रता प्रतिसादही पूर्णपणे सपाट राहत नाही. या दुसऱ्या प्रकारच्या स्फटिक ध्वनिग्राहकाची किंमत त्यामानाने कमी असते. सर्वसाधारणपणे उपयोगाकरिता आणि उच्च दर्जाच्या ध्वनीची आवश्यकता नसलेल्या अनेक उपयोगांकरिता हा ध्वनिग्राहक वापरतात.

चलनक्षम वेटोळेयुक्त ध्वनिग्राहक : चुंबकीय क्षेत्रामध्ये संवाहक तार विशिष्ट पद्धतीने हलविली, तर तारेत विद्युत्‌ प्रवाह निर्माण होतो, या तत्त्वाचा उपयोग या ध्वनिग्राहकात करतात. याची रचना आ. ६ मध्ये दाखविली आहे. यालाच गतिकीय ध्वनिग्राहक असेही म्हणतात. यात ॲल्युमिनियमाच्या किंवा तांब्याच्या तारेचे वा पट्टीचे वेटोळे एका अरीय चुंबकीय क्षेत्रात टांगलेले असते. या वेटोळ्याला जोडलेले पटल जेव्हा ध्वनितरंगांमुळे कंप पावते तेव्हा चुंबकीय क्षेत्रात हे वेटोळे वर-खाली होऊ लागते व त्याच्यात प्रवर्तित विद्युत्‌ चालक प्रेरणा (विद्युत्‌ मंडलात विद्युत्‌ प्रवाह वाहण्यास कारणीभूत असणारी प्रेरणा) निर्माण होते. त्यामुळे वेटोळ्याला जोडलेल्या बाह्य मंडलात प्रत्यावर्ती (उलट सुलट दिशेने वाहणारा) प्रवाह वाहू लागतो. या प्रकारच्या ध्वनिग्राहकाचा कंप्रता प्रतिसाद ४० ते १०,००० हर्ट्‌झपर्यंत सपाट असतो. धारित्र ध्वनिग्राहकापेक्षा हा ध्वनिग्राहक जास्त संवेदनक्षम असतो व याच्या प्रदान अग्रांमधील संरोधही कमी असतो. हा ध्वनिग्राहक सर्वसाधारण उपयोगाकरिता वापरतात.

गतिकीय ध्वनिग्राहकाची संवेदनक्षमता इतर कोठल्याही प्रकारच्या ध्वनिग्राहकांपेक्षा जास्त असते. तो वजनाने हलका असतो आणि त्याकरिता विद्युत्‌ उद्‌गम वापरण्याची आवश्यकता असत नाही. त्याच्यावर तापमान, हवेतील पाण्याची वाफ, यांत्रिक धक्के किंवा कंपने यांचा परिणाम होत नसल्यामुळे ही प्रयुक्ती यांत्रिक दृष्ट्या विशेष सुस्थिर आहे.

वेग ध्वनिग्राहक : वर वर्णन केलेल्या सर्व ध्वनिग्राहकांत ध्वनितरंगांमुळे पटलाच्या एकाच बाजूला हवेचा कमीजास्त दाब निर्माण होतो. वेग ध्वनिग्राहकात वापरण्यात येणाऱ्या पट्टिकेच्या दोनही बाजू मोकळ्या असतात व हवेचा दाब दोनही बाजूंवर पडतो. पट्टिकेची परिणामी हालचाल दोनही बाजूंना निर्माण झालेल्या हवेच्या दाबांत जो फरक पडतो त्यामुळेच होऊ शकते. चुंबकीय क्षेत्रात पट्टिकेच्या होणाऱ्या चलनामुळे पट्टिकेच्या दोन अग्रांमध्ये विद्युत्‌ वर्चस्‌ (पातळी) प्रवर्तित केले जाते. या ध्वनिग्राहकामध्ये पट्टिका ही पटल व वाहक या दोहोंचे कार्य करीत असल्यामुळे त्याची संवेदनक्षमता जास्त असते. या प्रयुक्तीत ध्वनितरंगदाब व पट्टिकेची गती यांमध्ये स्थिर चलन राखण्यासाठी पट्टिकेच्या अनुस्पंदनी [→ अनुस्पंदन] यांत्रिक कंप्रतेचे मूल्य ध्वनिग्राहकाच्या प्रतिसाद कक्षेपेक्षा कमी ठेवतात. अनुस्पंदनी कंप्रता साधारणपणे १२ हर्ट्‌झएवढी असते. पट्टिकेच्या दोनही बाजूंना निर्माण झालेल्या हवेच्या दाबांत पडणारा फरक हा ध्वनितरंगांच्या प्रसारण क्रियेत भाग घेणाऱ्या हवेतील वायुकणांच्या वेगावर अवलंबून असतो म्हणून या ध्वनिग्राहकाला वेग ध्वनिग्राहक असे म्हणतात (आ. ७).

कंप्रता वाढत गेल्यास एक स्थिती अशी येते की, जेव्हा पट्टिकेच्या पुढच्या आणि मागच्या पृष्ठांतील अंतर तरंगाच्या लांबीच्या १/४ इतके होते अशा कंप्रतेच्या आसपास ध्वनिग्राहकाचा प्रतिसाद कमी होऊ लागतो. ही मर्यादा जास्तीत जास्त कंप्रतेला येण्याकरिता पट्टिकेच्या दोन सपाट बाजूंतील अंतर कमीत कमी ठेवलेले असते. त्याकरिता पट्टिकेभोवती चुबकीय क्षेत्र निर्माण करणाऱ्या चुंबकाच्या ध्रुवांना मोठी छिद्रे पाडतात. अशा तऱ्हेने या ध्वनिग्राहकाचा कंप्रता प्रतिसाद १०,००० हर्ट्‌झपर्यंत समान राहील, अशी योजना करता येते.

ध्वनिग्राहकाची दिशिक अभिलक्षणे : वर वर्णन केल्याप्रमाणे पट्टिका ध्वनिग्राहकाचे कार्य ध्वनितरंगामुळे उत्पन्न होणाऱ्या हवेतील दाबाच्या प्रवणेतर (फरकाच्या प्रमाणावर) अवलंबून असते. पट्टिकेच्या पृष्ठभागाला काटकोनात असणाऱ्या दिशेने ध्वनितरंग येतात तेव्हा दाबाची प्रवणता व ध्वनिग्राहकाचे प्रदान जास्तीत जास्त असते. पट्टिकेच्या पृष्ठभागाशी समांतर दिशेने ध्वनितरंग येतात तेव्हा पट्टिकेच्या दोन्ही बाजूंना हवेचा समान दाब असतो. त्यामुळे पट्टिका कंप पावत नाही व अर्थात विद्युत्‌ ऊर्जाही निर्माण होत नाही. आदान ध्वनीची कंप्रता आणि ऊर्जा स्थिर ठेवून त्यांचा ध्वनिग्राहकावर होणारा आपाती कोन सारखा बदलून त्यापासून मिळणारे प्रदान विद्युत्‌ वर्चस्‌ प्रत्येक वेळी मोजले, तर त्यापासून ध्वनिग्राहकाचा ध्रुवीय आलेख [→ आलेख] मिळतो. पट्टिका ध्वनिग्राहकाचा ध्रुवीय आलेख इंग्रजी (8) या आकड्यासारखा दिसतो, याला द्विदिशिक ध्वनिग्राहक म्हणतात (आ. ८).

या आकृतीवरून असे समजते की, ध्वनि-ऊर्जा ध्वनिग्राहकाच्या पटलाशी काटकोन करून पुढील बाजूने पटल लंबकाशी ‘अ’ कोन करून जर पडत असेल, तर ध्वनिग्राहकामधून मिळणारे विद्युत्‌ वर्चस्‌ पफ एवढे महत्तम मूल्य धारण करते. जर ऊर्जा रप दिशेने पडत असेल, तर विद्युत्‌ वर्चसाचे मूल्य त्या दिशेने काढलेल्या पर या त्रिज्येच्या लांबीच्या प्रमाणात असते. त्याचप्रमाणे ध्वनि-ऊर्जा ध्वनिग्राहकाच्या मागील बाजूने त्यावर वप दिशेने ‘आ’ कोन करून पडत असेल, तर मिळणारे विद्युत्‌ वर्चस्‌ पव एवढे राहील.

स्फटिक ध्वनिग्राहक अगदी लहान आकारमानाचा तयार करता येतो. असा ध्वनिग्राहक प्रत्यक्षात जवळजवळ सर्वदिशिक म्हणून वापरता येतो.

द्विदिशिक व सर्वदिशिक ध्वनिग्राहकांच्या संयोगाने एकदिशिक ध्वनिग्राहक सिद्ध होतो. याचा ध्रुवीय आलेख हृद्‌वक्राच्या आकाराचा असतो (आ. ९). पट्टिका प्रकारच्या एकदिशिक ध्वनिग्राहकाची रचना ढोबळमानाने आ. १० मध्ये दाखविली आहे. यामधील कंपनक्षम पट्टिकेचा मागील भाग ध्वनिकीय अवरोधाशी (ध्वनिकंपने शोषून घेणाऱ्या कापूस वा तत्सम पदार्थ भरलेल्या नळीशी) जोडलेला असतो. त्यामुळे त्या भागातून मिळणारा प्रतिसाद अत्यंत कमी मूल्याचा होतो. चलनक्षम वेटोळेयुक्त ध्वनिग्राहक अथवा धारित्र प्रकारचा ध्वनिग्राहक यामधील कंपनक्षम पटलाच्या मागील बाजूस अशाच प्रकारची कंपन संदमक व्यवस्था वापरून मागील बाजूकडून ध्वनिसंकेत ग्रहण करण्याची शक्ती नगण्य करता येते. या प्रकारचे ध्वनिग्राहक दूरचित्रवाणी, नाट्य अथवा चलचित्रपट यांकरिता वापरण्यात येणाऱ्या रंगमंचावर ध्वनिसंकेतांचे ग्रहण करण्याकरिता वापरतात.

ध्वनिग्राहकाचा संरोध सुजोड : ध्वनिग्राहकाचा प्रदान संरोध व तो ज्याला जोडलेला असतो त्या विवर्धकाचा आदान संरोध हे समान असले म्हणजे ध्वनिग्राहकाची कार्यक्षमता सर्वांत जास्त असते. याला संरोध सुजोड म्हणतात. ध्वनिग्राहकाचा प्रदान संरोध व विवर्धकाचा आदान संरोध जर असमान असतील, तर रोहित्र (विद्युत्‌ भार बदलण्याचे साधन) वापरून संरोध सुजोड साधला जातो. केबल वापरतेवेळीही रोहित्र वापरून ध्वनिग्राहक व केबल आणि दुसऱ्या टोकाला केबल व विवर्धन यांमध्ये संरोध सुजोड साधतात (आ. ११).

ध्वनिग्राहकाची तद्‌रूपता : सर्वसाधारणतः जास्तीत जास्त २०,००० हर्ट्‌झ कंप्रता असलेले ध्वनितरंग मानवाला ऐकू येऊ शकतात. ध्वनिग्राहक जर या उच्चतम कंप्रतेपर्यंत कार्यक्षम असला (म्हणजेच या कंप्रतेपर्यंत त्याचा प्रतिसाद समान असला), तर ध्वनितरंगांचे विकृतीशिवाय विद्युत्‌ ऊर्जेत रूपांतर होते. अशा ध्वनिग्राहकाला उत्तम तद्‌रूपता असलेला ध्वनिग्राहक म्हणतात. निरनिराळे ध्वनिग्राहक कोणत्या कमाल कंप्रतेपर्यंत कार्यक्षम असतात त्याची माहिती त्या त्या ध्वनिग्राहकाच्या वर्णनात दिलेली आहेच.

प्रत्यक्ष कार्यमान अभिलक्षण प्रदत्त : ध्वनिग्राहकाची योग्य निवड व अभिकल्पन (आराखडा तयार करण्याची क्रिया) करण्याकरिता त्याच्या कार्यमानाविषयी अभिलक्षण प्रदत्त (आकडेवारी इ.) माहीत असणे आवश्यक असते. यांपैकी काही महत्त्वाच्या प्रचलांचा (विशिष्ट परिस्थितीत स्थिर राहणाऱ्या राशींचा) खाली विचार करण्यात आला आहे.

(१) प्रदान अग्रीय संरोध : या विषयाचा उल्लेख वर आला आहे.

(२) दिशिक अभिलक्षण आलेख : याचाही उल्लेख वर आला आहे.

(३) खुले मंडल प्रतिसाद : या मापनात ध्वनिग्राहकास देण्यात येणाऱ्या ध्वनिसंकेताचा दाब अथवा परमप्रसर कायम ठेवून त्याची कंप्रता बदलत नेतात. ध्वनिग्राहकाच्या प्रदान अग्रावर मिळणारे विद्युत्‌ वर्चस्‌, विद्युत्‌ मंडल खुले ठेवून मोजले जाते. या प्रकारच्या मापनात ध्वनिग्राहकाचा आंतरिक संरोध व भाराचा संरोध या दोन प्रचलांचा प्रदान विद्युत्‌ वर्चसांवर होणारा संभाव्य परिणाम टाळता येतो.

(४) अरेषीय विकृती : ध्वनिग्राहकातून मिळणारे प्रदान विद्युत्‌ वर्चस् हे त्याला दिलेल्या ध्वनितरंगाच्या परमप्रसराबरोबर दृढपणे रेषीय रीत्या वाढत नसल्यामुळे ध्वनिग्राहकाच्या प्रदानात ही विकृती निर्माण होते. या विकृतीचा एक परिणाम असा होतो की, यामुळे आदान ध्वनितरंगाची प्रगुण (मूळ कंप्रतेच्या पूर्णांकी पटीत असणारी) कंपने कमीजास्त प्रमाणात प्रदान संकेतात आढळतात. अरेषीय विकृतीचे मापन खालील गुणोत्तराने काढतात.

[वर्गमाध्य वर्गमूळ मूल्य म्हणजे वर्गांची सरासरी घेऊन त्याचे वर्गमूळ काढून मिळणारे मूल्य].

(५) गोंगाट : गोंगाट म्हणजे अनिष्ट ध्वनी अथवा विद्युत्‌ संकेत. हा संकेत ध्वनिग्राहकामध्ये किंवा त्याच्या विद्युत्‌ मंडलात निर्माण होतो. मंडलामध्ये वापरलेल्या जोडणी तारांचे यांत्रिक कंपन झाले, तरी त्यामुळे एक प्रकारचा गोंगाट उद्‌भवतो. नको असलेल्या ध्वनिसंकेताचे उद्‌ग्रहण झाल्यामुळे सुद्धा गोंगाट निर्माण होतो. प्रत्यावर्ती मुख्य वीजपुरवठ्यामुळे योग्य काळजी न घेतली गेल्यास कित्येक वेळा ५० आवर्तने प्रती सेकंदाचा व्यत्ययकारी नाद उत्पन्न होतो. हाही एक प्रकारचा गोंगाटच आहे. ध्वनिग्राहकाची कार्यक्षमता चांगल्या पातळीवर ठेवण्याकरिता वरील सर्व प्रकारच्या गोंगाटापासून व्यत्यय निर्माण होणार नाही अशी काळजी घ्यावी लागते [→ विद्युत्‌ गोंगाट].

संदर्भ : 1. Henney, K. Radio Engineering Handbook, New York, 1959.

           2. Olson, H. F. Acoustical Engineering, New York, 1957.

           3. Robertson, A. E. Microphones, New York, 1963.

           4. Slurzberg, M. Osterheld, W. Essentials of Radio Electronics, New York, 1961.

           5. Terman, F. E. Radio Engineering, New York, 1948.

जोशी, म. मो. चिपळोणकर, व. त्रिं.

“