Немного о видах микрофонов и принципах их работы

Сравнение конденсаторного и динамического микрофона

«Конденсаторный» и «динамический» — это термины, обозначающие два разных типа микрофонов в соответствие с механизмом, используемым ими для преобразования звука в электрический сигнал.

Диафрагма конденсаторного микрофона представляет собой тончайшую пластиковую плёнку, покрытую с одной стороны золотом или никелем и расположенную вблизи от неподвижной пластины из проводящего материала. Для создания электрического поля между диафрагмой и этой пластиной могут использоваться два способа: в некоторых микрофонах применяется внешний источник (батарея или фантомное питание), с помощью которого на диафрагму подаётся поляризующее напряжение; другие микрофоны — их называют электретными — содержат перманентно поляризованный (электретный) материал, располагающийся либо в пластине, либо в самой диафрагме.

Диафрагма и пластина, разделённые небольшой воздушной камерой, образуют конденсатор. Его ёмкость изменяется в соответствие с движением диафрагмы, свободно перемещающейся под воздействием звуковых волн. По мере приближения или удаления диафрагмы от пластины, пропорционально изменяется электрический заряд последней. Колеблющееся напряжение пластины является, таким образом, электрическим «отображением» движений диафрагмы.

Механизм действия динамического микрофона можно представить как обратный механизму действия динамика. Здесь диафрагма присоединена к катушке из тонкого провода, расположенной в магнитном поле, создаваемом постоянным магнитом. Когда звуковая волна воздействует на диафрагму, последняя начинает колебаться, и звуковая катушка перемещается. Вибрация провода в магнитном поле приводит к появлению электрического тока, направление и величина которого строго зависят от движений диафрагмы, и, следовательно, в динамическом микрофоне этот ток является электрическим «отображением» звуковой волны.

  • Благодаря лучшей переходной характеристике, конденсаторные микрофоны, как правило, имеют более широкий частотный диапазон, чем динамические. Однако, существуют исключения. 
  • Среди конденсаторных микрофонов чаще встречаются однонаправленные, чего нельзя сказать о динамических микрофонах. 
  • В отличие от динамических, конденсаторные микрофоны нуждаются в дополнительном питании, роль которого обычно выполняет батарея или фантомное питание. 
  • Строение конденсаторных микрофонов позволяет производить даже самые миниатюрные устройства, в то время как механизмы динамического микрофона накладывает существенные ограничения на его размер. 
  • Динамические микрофоны имеют более высокую перегрузочную способность, и поэтому обычно используются для сценических приложений, а также работы с гитарными усилителями и ударными. Конденсаторные микрофоны хорошо подходят для акустических инструментов и студийной обработки вокала.

Направленность микрофона

Диаграмма направленности показывает зависимость чувствительности микрофона к звуковому сигналу от местоположения его источника.

Всенаправленный микрофон чувствителен к сигналам, идущим со всех направлений. Пример: инструментальный конденсаторный микрофон Audix ADX60



Микрофон с полусферической направленностью чувствителен только к сигналам, исходящим из одной полусферы окружающего мира. Такую направленность имеют микрофоны с краевым эффектом (PZM).



Микрофоны с направленностями, рассмотренными ниже, относятся к так называемым «направленным» или «однонаправленным» микрофонам.

Как видно из рисунка, микрофон с кардиоидной диаграммой направленности безразличен к звуку, идущему сзади. Пример: вокальный микрофон Audix F50




Микрофон с суперкардиоидной диаграммой направленности имеет спереди более узкую зону захвата звука, чем микрофон с кардиоидной направленностью. При этом он частично захватывает звук, идущий непосредственной сзади, но также имеет две области абсолютной нечувствительности (см. рисунок). Пример: вокальный микрофон Superlux D103/02P



Гиперкардиоидная диаграмма направленности похожа на суперкардиоидную. Она отличается от последней тем, что имеет сравнительно более узкую зону чувствительности спереди и более широкую сзади. Микрофоны с гиперкардиоидной направленностью также имеют две «нулевые» области. Пример: вокальный микрофон Audix OM2



Микрофоны с полукардиоидной диаграммой направленности обычно используются на лекциях, конференциях и совещаниях.



Диаграмма направленности «восьмёрка». «Восьмёркой» называется диаграмма направленности, при которой микрофон одинаково чувствителен к сигналам, идущим спереди и сзади, и абсолютно нечувствителен к звуку, идущему с боков.

Сравнение свойств микрофонов различных направленностей.

Всенаправленные микрофоны:

  • зависимость от акустики помещения: не отсекают эхо; 
  • не обеспечивают акустическую изоляцию, разве что только при малом расстоянии от источника звука до микрофона; 
  • низкая чувствительность к звукам дыхания; 
  • практически отсутствует «эффект близости»; 
  • расширенные низкие частоты у конденсаторных микрофонов, что очень полезно при работе с органом, бас барабаном и симфоническим оркестром.

Однонаправленные микрофоны (микрофоны с кардиоидной, суперкардиоидной, полусферической, полукардиоидной и полусуперкардиоидной диаграммами направленности):

  • обеспечивают защиту от негативного влияния акустики помещения и утечки звука; 
  • обеспечивают хорошую изоляцию, что способствует лёгкому разделению записанных треков; 
  • обычно приводят к возникновению «эффекта близости» (за исключением микрофонов с отверстиями в держателе); 
  • уменьшают feedback-шумы; 
  • используются для синхронной стереозаписи.

Микрофоны с суперкардиоидной диаграммой направленности:

  • имеют максимальную разницу между передней и задней областями чувствительности среди подобных микрофонов; 
  • обеспечивают большую изоляцию, чем микрофоны с кардиоидной направленностью; 
  • менее чувствительны к акустике помещения, чем микрофоны с кардиоидной направленностью.

Микрофоны с гиперкардиоидной диаграммой направленности:

  • обеспечивают максимальную среди подобных им микрофонов нечувствительность к боковым звукам; 
  • обеспечивают максимальную акустическую изоляцию: защищают от неблагоприятных эффектов помещения, feedback — и посторонних шумов; 
  • препятствуют утечке сигнала.

Микрофоны с направленностью «восьмёрка»:

  • используются, в частности, для интервью, когда собеседники сидят напротив друг друга или для записи и озвучивания дуэтов; 
  • обеспечивают максимальную изоляцию при overhead-записи; 
  • применяются для стереозаписи по методу Блюмляйна (Blumlein), когда используются два скрещенных микрофона-«восьмёрки».

Угол снятия звука.

Под углом снятия звука понимается зона возможного расположения источника звукового сигнала, внутри которой не наблюдается значимой потери эффективности микрофона.

Для однонаправленных микрофонов (кардиоидных, суперкардиоидных, и т. д.) угол между центральной линией (см. рисунок) и точкой, где эффективность микрофона значимо падает (разница достигает 3 дБ), считается половиной угла снятия звука.



Показатели угла снятия звука для микрофонов различной направленности:

  • кардиоидный микрофон - 131° (65.5° по обе стороны центральной линии); 
  • всенаправленный микрофон 360°; 
  • суперкардиоидный микрофон 115°; 
  • гиперкардиоидный микрофон 105°.

Использование микрофона в прямом звуковом поле.

Понятие «прямое звуковое поле» описывает тот случай, когда звук достигает микрофон, не отражаясь предварительно от стен, потолка пола или других поверхностей (см. рисунок).

Прямое звуковое поле и отражённый звук.

Если микрофон находится в прямом звуковом поле, вы можете направить его зоной нулевой чувствительности к источнику нежелательного шума. Этот приём помогает существенно сократить эффект обратной связи и избежать утечки звука.

Так, например, если вы используете напольный монитор, идеальным решением будет кардиоидный микрофон, повёрнутый «нулевой» зоной к монитору (см. рисунок).



Расположение микрофона по отношению к напольному монитору.


Использование микрофона в отражённом звуковом поле.

Понятие «отражённое (реверберационное) звуковое поле» описывает ситуацию, когда звук, перед тем, как достигнуть микрофон, отражается о стены, потолок, пол или другие поверхности (см. рисунок).



В данном случае, для полного контроля над нежелательными шумами недостаточно манипуляций с зоной нулевой чувствительности микрофона. Однако и в отражённом звуковом поле однонаправленные микрофоны обеспечивают более надёжную защиту от эффекта обратной связи и посторонних сигналов по сравнению с всенаправленными. Чем уже угол снятия звука микрофона, тем лучше он справляется с данной задачей. В этой связи, наиболее эффективны гиперкардиоидные микрофоны, затем идут суперкардиоидные, и последними — микрофоны с кардиоидной направленностью.

Численной мерой эффективности микрофона в отражённом звуковом поле является коэффициент направленности (directivity index), который находится в обратной зависимости от угла снятия звука.

Значения коэффициента для микрофонов с различными диаграммами направленности следующие:

Направленность микрофона Коэффикциент направленности Отсечение шумов, дБ
Всенаправленный 1 0
Кардиоидный 1,7 4,8
Суперкардиоидный 1,9 5,7
Гиперкардиоидный 2 6

Данные таблицы свидетельствуют о том, что коэффициент направленности суперкардиоидного микрофона в 1.9 раза превышает соответствующий показатель для всенаправленного микрофона. 

В реальных условиях это выражается в следующем: в отражённом звуковом поле суперкардиоидный микрофон снимает на 5.7 дБ меньше реверберационных шумов.

Другой пример: в условиях отражённого звукового поля всенаправленный микрофон, расположенный на расстоянии метра от источника звука, и гиперкардиоидный микрофон, расположенный на расстоянии двух метров, дают одинаковый результат.

Правило «три к одному».

Допустим, у вас есть несколько микрофонов для снятия сигналов от нескольких источников. Каждому источнику звука соответствует расположенный вблизи него микрофон. При этом вы пропускаете полученный материал через микшер.

В этом случае звук от одного источника поступает на разные микрофоны не одновременно, то есть удалённые микрофоны получают его с опозданием, что вызывает фазовый сдвиг. Совмещение микшером сигналов от нескольких разноудалённых микрофонов приводит к тому, что в результате фазовой интерференции звуковые волны определённых частот взаимоуничтожаются, возникает эффект, известный как «эффект расчёски», названный так по форме результирующей кривой АЧХ.

Существенный «эффект расчёски» часто возникает в том случае, когда сигналы от нескольких микрофонов, снимающих один и тот же звук с разного расстояния, микшируются в один канал. Качество звука в этой ситуации зачастую оставляет желать лучшего.

Во избежание возникновения данного эффекта при работе с несколькими микрофонами и несколькими источниками звука, необходимо придерживаться правила «три к одному»: "Расстояние между микрофонами должно быть как минимум в три раза больше расстояния между микрофоном и источником звука."

В таком случае, разница между сигналами микрофонов будет равна как минимум 9 дБ, и негативные последствия «эффекта расчёски» станут неразличимыми для человеческого слуха. Говоря максимально упрощённо, по возможности следует располагать микрофоны ближе к источнику звука и дальше друг от друга.

Так, если расстояние между микрофоном и источником звука составляет 1 м, расстояние между микрофонами должно быть как минимум 3 м.

Просмотров: 26136

Дата: Понедельник, 08 Июля 2013