カーボンマイク

カーボンマイクは、カーボン ボタン マイク、ボタン マイク、またはカーボン トランスミッターとも呼ばれ、マイクの一種で、音を電気オーディオ信号に変換する変換器です。カーボン マイクは、カーボンの粒子で分離された2 枚の金属板で構成されています。1 枚の板は非常に薄く、話している人の方を向いており、振動板として機能します。 振動板に当たった音波により振動が起こり、粒子にさまざまな圧力が加わり、プレート間の電気抵抗が変化します。圧力が高くなると、粒子が互いに押し付けられるため抵抗が低下します。安定した直流が粒子を介してプレート間に流されます。抵抗が変化することで電流が変調され、音波のさまざまな圧力を再現するさまざまな電流が生成されます。電話の場合、この波状の電流は電話線を介して直接中央局に渡されます。拡声システムでは、オーディオ アンプによって増幅されます。ただし、ほとんどのカーボン マイクの周波数応答は狭い範囲に制限されており、デバイスは大きな電気ノイズを生成します。

1920 年代に真空管アンプが普及する前は、高レベルのオーディオ信号を得るための実用的な手段はカーボン マイクだけでした。カーボン マイクは 1980 年代まで電話システムで広く使用されていましたが、他の用途ではそれよりずっと前から別のマイク設計が使用されていました。カーボン マイクは低コストで、本質的に高出力で周波数応答特性が優れているため、電話に適していました。POTS ( Plain Old Telephone Service ) では、カーボン マイク ベースの電話を改造せずにそのまま使用できます。カーボン マイクは、通常は改造された電話送信機で、初期のAM ラジオ放送システムで広く使用されていましたが、周波数応答が限られており、ノイズ レベルがかなり高かったため、1920 年代後半にはこれらの用途では使用されなくなりました。その後も数十年間、低レベルの拡声器、軍事、アマチュア無線用途で広く使用され続けました。^[1]

適切な音声通話を可能にした最初のマイクロフォンは、（緩い接触の）カーボンマイクロフォン（当時はトランスミッターと呼ばれていた）でした。これは、1878年頃にイギリスのデイビッド・エドワード・ヒューズとアメリカのエミール・バーリナーとトーマス・エジソンによって独立して開発されました。エジソンが最初の特許を取得したのは1877年半ばでしたが、ヒューズは数年前に多くの目撃者の前で実際に動作する装置を実演しており、ほとんどの歴史家は彼を発明者としています。^{[2] [3] [4]}

ヒューズの装置は、緩く詰め込まれた炭素粒子を使用していました。振動板が音波から粒子に及ぼすさまざまな圧力によって炭素の抵抗が比例して変化し、音響信号の比較的正確な電気的再生が可能になりました。ヒューズはマイクロフォンという言葉も作りました。彼は、虫が音響箱を引っ掻く音を増幅して、王立協会に装置を披露しました。エジソンとは反対に、ヒューズは特許を取らないことに決めました。その代わりに、彼は発明を世界への贈り物にしました。^[5]

アメリカでは、エジソンとベルリナーは特許権をめぐって長い法廷闘争を繰り広げた。最終的に連邦裁判所は「エジソンはベルリナーより先に音声伝送を発明した...送信機に炭素を使用することは、議論の余地なくエジソンの発明である」としてエジソンに発明の完全な権利を与え、ベルリナーの特許は無効とされた。^{[6] [7]}

カーボンマイクは今日のマイクの直接の原型であり、電話、放送、録音産業の発展に重要な役割を果たしました。^[8]その後、カーボンボタンの間にカーボン粒子が使用されるようになりました。カーボンマイクは1890年から1980年代まで電話で広く使用されていました。^[7]

カーボン マイクは増幅器として使用できます。^{[9]この機能は初期の}電話中継器で使用され、真空管増幅器が登場する前の時代に長距離通話が可能になりました。これらの中継器では、磁気電話受信機 (電気から機械への変換器) がカーボン マイクに機械的に結合されていました。カーボン マイクは、他のほとんどのマイク タイプのように信号電圧を生成するのではなく、通過する電流を変化させることで機能するため、この構成を使用して弱い信号を増幅し、回線に送信することができます。これらの増幅器は、ゲインが高く音質の良い真空管の開発により、ほとんどが廃止されました。真空管が一般的に使用されるようになった後も、カーボン アンプは 1930 年代に補聴器などのポータブル オーディオ機器で使用され続けました。Western Electric 65A カーボン アンプは、直径 1.2 インチ、高さ 0.4 インチで、重量は 1.4 オンス未満でした。^[10]このようなカーボン アンプは、真空管アンプで使用される重くてかさばる電池や電源を必要としませんでした。 1950年代までに、補聴器用のカーボンアンプは小型真空管に置き換えられました（その後すぐにトランジスタに置き換えられました）。^[要出典]しかし、カーボンアンプは現在でも生産・販売されています。^[11]

カーボン マイクによる増幅の一例として、フィードバックによって生じる振動が挙げられます。この振動により、古い「ローソク足電話」のイヤホンをカーボン マイクの近くに置くと、 キーキーという音が聞こえます。

初期のAM ラジオ送信機は、無線信号の音声変調にカーボン マイクを使用していました。1906年にReginald Fessendenが初めて長距離音声送信に成功したとき、 Alexanderson オルタネータからの連続波が水冷カーボン マイクを介して送信アンテナに直接送られました。その後の真空管発振器を使用するシステムでは、カーボン マイクの出力を使用して発振器または出力管のグリッド バイアスを変調し、変調を実現することが多かったです。

地域や国によって様々な状況にある従来の電話設備とは別に、カーボンマイクは、メーカーが販売を中止しているにもかかわらず、特定のニッチな用途で今日でも使用されている場合があります。たとえば、Shure 104c [ ^12]は、既存の機器との幅広い互換性のため、2010年代後半でも需要がありました。^[13]

カーボン マイクが他のマイク設計よりも優れている主な利点は、追加の増幅装置やバッテリーを一切必要とせずに、非常に低い DC 電圧から高レベルのオーディオ信号を生成できることです。カーボン マイクは、電源を使用することで電力ゲインが得られます。これは、バッテリー、マイク、イヤホンを直列に接続することで簡単に実証できます。マイクとイヤホンを接触させると、システムは振動します。これは、ループ周辺の電力ゲインが 1 より大きい場合にのみ可能です。マイクの低電圧性能は、非常に長い電話線が接続された遠隔地で特に役立ちます。遠隔地では、電線の電気抵抗によって深刻な DC 電圧降下が発生する可能性があります。ほとんどの全電子式電話は動作に少なくとも 3 ボルトの DC を必要とするため、このような状況では役に立たなくなることがよくあります。一方、カーボン送信電話は、1 ボルト未満の電圧でも動作し続けます。電子電話は、動作する場合でも、いわゆる「クリフ効果」の影響を受けます。つまり、回線電圧が臨界レベルを下回ると、突然動作しなくなります。特に、これは「パーティ ライン」上の 1 台の電話機がすべての回線電流を「独占」し、他の回線を遮断する傾向があることを意味します。カーボン マイクを使用すると、出力は低下しますが、同じ回線上のすべての受信機は引き続き動作します。

カーボン マイクは、火花や爆発の危険があるために高い線間電圧を使用できない鉱業や化学製造などの安全性が極めて重要な用途でも広く使用されています。カーボン ベースの電話システムは、落雷によって発生するような高電圧過渡現象や、核爆発によって発生するタイプの電磁パルスによる損傷にも耐性があるため、重要な軍事施設のバックアップ通信システムとして今でも使用されています。

• ジョセフソン、マシュー、エジソン：伝記、ワイリー、1992年、ISBN 0-471-54806-5 

ウィキメディア・コモンズには、カーボン マイクに関連するメディアがあります。

• エジソンのカーボン（グラファイト）マイクの発明（フランク・ダイアー著）
• TA エジソン、米国特許 0,474,230 スピーキング テレグラフ(グラファイト マイク)、1877 年 4 月出願、1892 年 5 月発行
• TA エジソン、米国特許 0,203,016 通話電話の改良（ダイヤフラムから絶縁された圧縮ランプ黒ボタン）、1878 年 3 月出願、1878 年 4 月発行
• TA エジソン、米国特許 0,222,390 カーボン電話（カーボン粒子マイクロフォン）、1878 年 11 月出願、1879 年 12 月発行
• E. ベルリンガー、米国特許 0,222,652 電気接触電話の改良(カーボン ダイヤフラムとカーボン コンタクト ピン)、1879 年 8 月出願、1879 年 12 月 16 日発行
• AC ホワイト、米国特許 0,485,311 電話機(ソリッドバックカーボンマイク)、1892 年 3 月 24 日出願、1892 年 11 月 1 日発行 (ベル技術者)