Když jsem onehdy navrhoval mikrofonní sestavu, sáhl jsem bez přemýšlení po elektretové kondenzátorové mikrofonní kapsli. Abych byl přísně přesný, objednal jsem jich celé balení, tyto malé válcové mikrofony jsou na svou relativně malou cenu mimořádně kvalitní.

Teprve při odesílání objednávky mě poprvé v životě napadlo:

Kondenzátorový mikrofon se dá snadno vysvětlit. Je to kondenzátor vytvořený z velmi tenkého vodivého plechu, který funguje jako membrána, upevněná před dalším vodičem, obvykle kusem pletiva. Zvukové vlny způsobují vibrace membrány a tyto vibrace mění kapacitu mezi membránou a síťkou.

Pokud je tato kapacita začleněna do RC obvodu s velmi vysokou impedancí a je na ni přivedeno vysoké napětí, vzniká téměř konstantní náboj. Protože náboj zůstává konstantní, změna kapacity způsobí nepatrné kolísání napětí, které lze získat jako zvukový signál z mikrofonu. Takto zkonstruované kondenzátorové mikrofony mohou být velmi kvalitní, ale je to na úkor potřeby vysokonapěťového zdroje, který dodává náboj, a zesilovače, který zvuk vyrovnává a zvětšuje.

Elektretový kondenzátorový mikrofon, který jsem koupil za pár drobných, je kondenzátorový mikrofon, tak proč tam není žádný zdroj vysokého napětí? Odpověď vyplývá z materiálu, který tvoří jeho membránu, elektret je materiál, který nese trvalý náboj bez požadavku na zdroj vysokého napětí k jeho udržení. Elektretový mikrofon funguje úplně stejně jako jakýkoli jiný kondenzátorový mikrofon, ale trvalý náboj na jeho elektretové membráně stačí k tomu, aby na ní vzniklo obnovitelné napětí. Kapsle bude obsahovat FET jako vysokoimpedanční buffer, který zajistí použitelný výstup se stejnosměrným napájením z jediného článku AA.

Takže po zodpovězení otázky, co je elektretový kondenzátorový mikrofon, zbývá ještě jedna zásadní otázka: Co je to vlastně elektret? Jistě není možné, aby si nějaký materiál udržel elektrický náboj po neomezenou dobu, to je přece magie, ne? Při hledání na webu se najde několik lidí, kteří si to zřejmě myslí, protože se zdá, že elektrety mají zástupy “alternativních myslitelů”, kteří hledají prostředky, jak tento statický náboj získat jako zdroj volné energie. Je zřejmé, že je zapotřebí nějakých smysluplných informací, a proto zamíříme k mnoha lektorům chemie a fyziky, kteří umístili své studijní materiály na internet.

Dipóly, jak fungují?”

Dipol v chemickém smyslu je molekula, která má rozdíl elektrického náboje mezi svými různými částmi. Na jednom jejím konci může být funkční skupina s nadbytkem elektronů, zatímco na druhém může být skupina s elektronovým deficitem. Běžně uváděným příkladem molekuly s touto vlastností je voda, tvoří molekulu ve tvaru V H-O-H, přičemž kyslík na jejím konci má větší záporný náboj a vodíky na jejích koncích mají větší kladný náboj.

Těleso složené z molekul, které obsahují dipóly, nemá statický náboj, protože tyto dipóly jsou uspořádány v náhodném pořadí tak, že nedochází ke gradientu náboje. Kdyby však bylo možné všechny molekuly v pevném tělese uspořádat tak, aby jejich dipóly probíhaly stejným směrem, pak by jejich záporně a kladně nabité konce byly uspořádány zády k sobě. Představte si je trochu jako velkou hromadu miniaturních baterií v sérii, přičemž ta strana materiálu, ke které směřují jejich záporné póly, je bohatá na elektrony a ta, ke které směřují jejich kladné póly, je jich naopak chudá.

Je však důležité zdůraznit, že analogie s bateriemi funguje pouze do té míry, že pomáhá představit si, jak se dipóly vyrovnávají, aby vytvořily jednotný gradient náboje, a nikoliv vyvolat dojem, že se chovají, jako by šlo o skutečnou baterii. Aby měl elektretový materiál trvalý náboj, musí být zároveň izolantem, protože kdyby byl elektrickým vodičem, náboj by se jednoduše odvedl a neutralizoval. Z elektretového materiálu tedy nemůže téct žádný proud a sny našich alternativních myslitelů na webu o volné energii musí nevyhnutelně vyjít naprázdno.

Electret DIY

Když už víme, co je elektretový materiál, další otázka každého sebeúctyhodnějšího čtenáře Hackaday by měla znít: “Jak si ho mohu vyrobit?”. Na kterou je odpověď překvapivě jednoduchá a potěší vás taková, kterou máte šanci udělat sami. Pevná látka obsahující molekuly s dipólem se roztaví a nechá se vychladnout a ztuhnout v přítomnosti velkého elektrického pole. Tento popis výroby elektret, který napsal náš , by vám měl pomoci začít ve vaší dobře vybavené kuchyni za předpokladu, že je vaše kuchyně vybavena zdrojem 30 kV.

K výrobě elektretů lze použít širokou škálu materiálů, včetně řady běžně dostupných polymerů. Existují také přirozeně se vyskytující elektrety, jejichž příkladem je křemen, a přírodní látky, z nichž je lze vyrobit, jako je karnaubský vosk, včelí vosk a kalafuna. V tomto souboru PDF je seznam některých materiálů a zejména polymerů (strana 5).

Pokud se rozhodnete vyrobit si materiál elektretů sami, kromě toho, že s velkým úsilím replikujete mikrofon za pár centů, k čemu byste ho mohli využít? Vyhledávání v Google Patents přináší v drtivé většině akustické aplikace s dlouhým seznamem mikrofonů, měničů a naslouchadel. Existuje však i několik dalších využití, například vzduchový filtr, v němž náboj udržovaný elektretem stačí k zachycení nabitých prachových částic v proudu vzduchu. Na internetu jsou letmé zmínky o jejich dřívějším použití jako zaostřovacích prvků pro CRT displeje a na stránce Wikipedie se elektret zmiňuje o jejich použití ve fotokopírkách, ale ani o jednom z těchto použití není mnoho dalších informací. Možná je nejlepší dívat se na domácí výrobu elektretů jako na jednu z těch kuriozit, které můžete zkusit jen proto, že můžete.

Pokud elektret úspěšně vyrobíte, prosíme vás, abyste to napsali a poslali na naši linku tipů.

Obrázky elektretových mikrofonních kapslí v banneru: Inženýrská garáž.