Mikrofon — bu nədir, növləri və mobil cihazlarda necə işləyir

Mikrofon nədir?

Mikrofon — səs təzyiqi rəqslərini elektrik siqnalına çevirən elektroakustik cihazdır. İş prinsipinə görə dinamik (maqnit sahəsində sarğı), kondensator (tutumun dəyişməsi) və piezoelektrik növlərə bölünür. Mobil cihazlarda mütləq əksəriyyət miniatür ölçüləri (2.5 × 1.5 mm) və səthi montaj (SMD) uyğunluğu sayəsində kondensator MEMS-mikrofonlardır.

Mikrofon səs təzyiqi altında rəqs edən membrandan və kondensator təşkil edən hərəkətsiz elektroddan ibarətdir. Lövhələr arasındakı məsafənin dəyişməsi tutumu dəyişir, bu da çıxış gərginliyini modulyasiya edir. MEMS-mikrofonlarda membran fotolitoqrafiya üsulu ilə polikremiumdan hazırlanır — bu, partiyadakı bütün mikrofonların xarakteristikalarının eyniliyini təmin edir.

MEMS-mikrofonun çıxış siqnalı — PDM (Pulse Density Modulation) — 1–4 MHz seçmə tezliyi ilə birbitlik axındır. Smartfon kodekləri PDM-i rəqəmsal decymator filtr vasitəsilə PCM-ə (Pulse Code Modulation) dekodlaşdıraraq tətbiqin emalı üçün standart 16–24 bitlik 44.1–96 kHz audio formatı əldə edir.

MEMS və elektret mikrofonlar

MEMS-in mobil cihazlara gəlməsindən əvvəl elektret kondensator mikrofonları (ECM) istifadə olunurdu. Onlarda membran daimi elektrik yükünə (elektret) malik idi və membran rəqsləri dəyişən gərginlik yaradırdı. ECM-mikrofonlar daha böyükdür (4–6 mm) və ayrıca ön gücləndirici tələb edir, bu da lövhədə sahəni artırır.

MEMS-mikrofonlar kiçik ölçüləri, xarakteristikaların sabitliyi və standart SMD xətlərində lehimlənmə qabiliyyəti sayəsində üstünlük təşkil edir. Lakin ECM daha aşağı komponent qiymətinə görə ($0.15–0.30 MEMS üçün $0.25–0.60 qarşı) büdcə cihazlarında istifadə olunmağa davam edir.

Çoxmikrofonlu konfiqurasiya: əsas, ön, arxa

Müasir smartfonlarda 3-dən 4-ə qədər mikrofon var, onların yerləşməsi yazı və səs-küyün azaldılması keyfiyyətini müəyyən edir. Əsas mikrofon (bottom) USB-C portunun yanında aşağı kənarda yerləşir — danışıq və videoçəkiliş zamanı istifadəçinin səsini yazır. Ön (top) — yuxarı kənarda səs əmrləri və stereo yazıda ikinci kanal üçün.

Arxa (back) mikrofon adətən arxa paneldə kamera yanında yerləşir və yalnız səs-küyün azaldılması üçün istifadə olunur. Onun siqnalı audio fayla yazılmır — yalnız rəqəmsal prosessor tərəfindən əsas mikrofonun siqnalından çıxılır. Bəzi flaqmanlarda (iPhone 16 Pro, Samsung Galaxy S25) videozənglər zamanı yazını yaxşılaşdırmaq üçün dördüncü mikrofon — ön kamera çentiğində quraşdırılır.

Stereo video yazısı aşağı və yuxarı mikrofonların kombinasiyası ilə həyata keçirilir. iOS cihazın oriyentasiyasından asılı olaraq avtomatik olaraq mikrofon cütünü seçir — landşaft çəkilişdə sol kanal sol kənardan, sağ — sağ kənardan götürülür. Androiddə bu məntiq OEM istehsalçısının tətbiqindən asılıdır və modellər arasında fərqlənə bilər.

Kotlin-də audio mənbəyinin seçilməsi nümunəsi (Android)

val recorder = AudioRecord(
    MediaRecorder.AudioSource.CAMCORDER,
    44100,
    AudioFormat.CHANNEL_IN_MONO,
    AudioFormat.ENCODING_PCM_16BIT,
    bufferSize
)
recorder.startRecording()

val buffer = ShortArray(bufferSize)
while (recorder.recordingState == AudioRecord.RECORDSTATE_RECORDING) {
    recorder.read(buffer, 0, buffer.size)
    // PCM buferinin emalı
}

AudioSource.CAMCORDER videoçəkiliş üçün optimal mikrofonu seçir — adətən bu, avtomatik gücləndirmə tənzimləməsi olan aşağı əsas mikrofondur. Səs yazısı üçün VOICE_RECOGNITION istifadə olunur — bu mənbə nitqin tanınması üçün təmiz siqnal əldə etmək məqsədilə bütün filtrləri və səs-küyün azaldılmasını söndürür.

Smartfonlarda səs-küyün azaldılması necə işləyir

Aktiv səs-küyün azaldılması (Active Noise Cancellation, ANC) smartfonlarda diferensial metoda əsaslanır: ikinci mikrofon (reference) əsasən fon səs-küyünü, əsas mikrofon (primary) isə səs və səs-küy qarışığını yazır. Rəqəmsal siqnal prosessoru (DSP) reference siqnalını primary-dən çıxararaq yalnız təmiz səsi saxlayır.

Səs-küyün azaldılması keyfiyyəti mikrofonlar arasındakı məsafədən və onların istiqamətliliyindən asılıdır. Vahid səs-küyün (təyyarə, ventilyator) tipik basdırılması — 20–35 dB. İmpuls səs-küylər (qapı çırpılması, qab səsi) üçün əlavə transient suppression bloku istifadə olunur, o təhrif olunmuş hissəni qonşu seçmələrin aproksimasiya olunmuş siqnalı ilə əvəz edir.

Tərtibatçı səs-küyün azaldılması alqoritmlərinə yalnız audio sessiyasının parametrləri vasitəsilə təsir edə bilər: Androiddə — AudioManager.setParameters("noise_suppression=on/off"), iOS-də — AVAudioSession kateqoriyası .playAndRecord .allowBluetoothA2DP seçimi ilə. Tanıma üçün yazı zamanı səs-küyün azaldılması adətən söndürülür — STT alqoritmləri orijinal siqnalla daha dəqiq işləyir.

Audio tutulması: Android AudioRecord və iOS AVAudioEngine

AudioRecord (Android) — mikrofondan PCM məlumatlarını birbaşa yazmaq üçün aşağısəviyyəli API. Tətbiq real vaxt rejimində emal edilə bilən xam audio məlumatları olan buferlər alır: səs ucalığı analizi, tezlik analizi (FFT), VAD (Voice Activity Detection). Minimal bufer AudioRecord.getMinBufferSize() vasitəsilə hesablanır — kiçik ölçüdən istifadə gecikməyə və ya yazı xətasına səbəb olur.

AVAudioEngine (iOS) — audio emalı üçün modul qraf, burada giriş qovşağı (AVAudioInputNode) əsas mikserə və ya birbaşa tap-handlerə qoşulur. Engine real vaxtda RMS (Root Mean Square) — siqnalın ucalıq göstəricisi — və AVAudioUnitEQ vasitəsilə tezlik spektrini analiz etməyə imkan verir.

Platformaların əsas fərqləri: iOS-da yazı .playAndRecord və ya .record kateqoriyası ilə AVAudioSession-un məcburi aktivləşdirilməsini tələb edir; Androiddə — RECORD_AUDIO icazəsi (runtime permission) və AudioSource mənbəyi. Flutter bu fərqləri abstraksiya etmək üçün record plagini istifadə edir.

Swift-də audio tutulması nümunəsi (iOS)

import AVFoundation

let engine = AVAudioEngine()
let inputNode = engine.inputNode
let format = inputNode.outputFormat(forBus: 0)

inputNode.installTap(onBus: 0, bufferSize: 1024,
    format: format) { buffer, time in
    guard let channelData = buffer.floatChannelData else { return }
    let frameLength = Int(buffer.frameLength)
    var sumSquares: Float = 0

    for i in 0..<frameLength {
        sumSquares += channelData[0][i] * channelData[0][i]
    }
    let rms = sqrt(sumSquares / Float(frameLength))
    print("RMS səs səviyyəsi: \(rms)")
}

try engine.start()

Kod AVAudioEngine mühərrikinin giriş qovşağında tap qurur. Hər bir audio bufer mikrofondan monofonik siqnalın float məlumatlarını ehtiva edir. RMS amplitudanın orta kvadratik dəyəri kimi hesablanır — 0.0 (səssizlik) ilə ~0.5–1.0 (ucadan səs) aralığında standart səs ucalıq göstəricisi.

Mikrofon xarakteristikaları: SNR, AOP, tezlik diapazonu

Mikrofon keyfiyyətini qiymətləndirmək üçün əsas parametrlərdən istifadə olunur. SNR (Signal-to-Noise Ratio) — siqnal səviyyəsinin mikrofonun öz səs-küyünə nisbəti, dBA ilə ölçülür. SNR nə qədər yüksək olsa, yazıda fon səs-küyü bir o qədər azdır. Səsli zənglər üçün 62–64 dBA kifayətdir, musiqi yazısı üçün — 68+ dBA.

AOP (Acoustic Overload Point) — mikrofonun klipləşmədən çevirə biləcəyi maksimum səs təzyiqi səviyyəsi (SPL). Tipik MEMS-mikrofon üçün AOP = 125 dB. Konsertlərdə (110–120 dB) yazı təmiz olacaq, lakin 130+ dB-də (yaxınlıqda atəşfəşanlıq) qeyri-xətti təhrif (THD > 10%) yaranacaq.

Tezlik diapazonu mikrofonun hansı tezlikləri zəifləmədən yazdığını müəyyən edir. Səs üçün 300–3400 Hz (telefon standartı, POTS) kifayətdir. Musiqi və video üçün — 20–20000 Hz. Müasir smartfonlardakı MEMS-mikrofonlar (Knowles SPH9855) ±3 dB qeyri-bərabərliklə 30–18000 Hz diapazonunu təmin edir.