Микрофоны

Микрофоны

Выбор правильного микрофона является одним из наиболее важнейших решений на пути к качественной записи. Если мы будем рассматривать запись, а именно так автор и советует поступать, как процесс увековечивания звукового материала, то становится очевидным, что выбор микрофона, наравне с качеством музыкального инструмента, способностями музыканта, а также акустическими характеристиками помещения, в котором производится запись, является критическим, для конечного результата, решением. Микрофон является тем самым связующим звеном между акустическим звуком, созданным тем или иным инструментом или голосом, и тем, как этот звук будет увековечен. Автор уверен, что детальное понимание принципа работы и характеристик микрофона, как, вобшем-то, всех процессов, так или иначе связанных с профессией звукоинженера, поможет сделать правильный выбор, а не руководствоваться привычкой работать по стандартной схеме. Ведь нет слов страшнее, чем привычка и стандартно. Во всяком случае, в этой профессии.

Но прежде, чем непосредственно перейти к обсуждению столь важной темы, стоит дать четкое определение нискольких важнейших понятий:

Микрофон – устройство, преобразующее изменения звукового давления в электрический ток. Микрофоны классифицируются по многим критериям, среди которых можно особенно выделить следующие.

Принцип работы и предназначение – существует множество различных принципов работы микрофоонов и из них вытекающие области применения. Все они имеют преимущества и недостатки, которые мы можем использовать в свою пользу, если будем с ними знакомы. Ниже мы рассмотрим самые расспространенные в аудиоиндустрии техники, опуская самые экзотические.

Чувствительность (mV/Pa) – характеризует способность (эффективность) микрофона преобразовывать изменения звукового давления в электрический ток. Другими словами, дает нам понать какое напряжение будет на выходе микрофона при определенном звуковом давлении. Таким образом, чем выше чувствительность, тем более сильный сигнал будет на выходе при том же звуковом давлении.

Направленность – способность микрофона реагировать на изменения звукового давления относительно месторасположения источника звука в пространстве. Эта способность определяется  конструкцией капсулы, являющейся сердцем любого микрофона.

Но обо всем по порядку. Начнем с пожалуй с самого основного - принципа работы.

1. Устройство и принцип работы 

Под устройством и принципом работы понимают совокупность процессов и логические взаимосвязи ведущие в итоге к желаемому результату, в данном случае переменный ток, форма волны которого аналогична форме акустической волны. Отсюда, кстати, и берет свое начало всем хорошо знакомое понятие аналоговый звук.

Абсолютное большинство микрофонов, приеняемых сегодня в аудиоиндустрии относятся к одной из двух, получивших наиболее широкое распространение, технологий - динамические и конденсаторные.

1.1. Динамические микрофоны

Принцип работы динамического микрофона основан на физическом законе, который гласит – движение проводника в магнитном поле создает электрический ток. Это явление называется индукцией.

Устройство

Устройство динамического микрофонаПроводник, к которому прикреплена мембрана, помещен в постоянное магнитное поле. Изменения давления воздуха, как следствие распространения звуковой волны, заставляют мембрану двигаться в соответствии с амплитудой, фазой и частотой этой самой звуковой волны. Мембрана, в свою очередь, передает это движение проводнику. Движение проводника в постоянном магнитном поле создает электрический сигнал, который в точности  описывает звуковую волну, создавшую это движение.                 Отсюда и название – аналоговый, так как возникший сигнал является  аналогом звуковой волны.

Для облегчения механизма, а значит повышения подвижности, проводник изготавливают из тонкой проволоки, которая обмотана вокруг пластикового пустотелого стержня. Это увеличивает количество проводимого материала в магнитном поле, что, в свою очередь, увеличивает индукцию и  чувствительность микрофона.

У данной конструкции есть свои преимущества и недостатки:

Преимущества:

Надежность

Способность работать с высокими звуковыми давлениями

Простая конструкция и относительно низкая цена

Недостатки:

Пониженная чувствительность к высоким частотам (спад АЧХ)

Относительно медленная реакция на резкие перепады в уровне звукового давления импульсы

Вышеперечисленные характерные аспекты могут быть как достоинствами, так и недостатками. Главное о них знать, а как их применить в свою пользу дело уже за вами.

1.2. Конденсаторные микрофоны

Принцип работы конденсаторного микрофона основан на свойстве конденсатора изменять эллектрическую емкость в зависимости от расстояния между его пластинами.

Устройство

Устройство конденсаторного микрофонаВ конденсаторном микрофоне одна из пластин подвижна и является мембраной. Она выполнена из тончайшего материала, с целью сделать ее как можно более легкой. Как правило, используется пластиковая пленка, на которую наносится тонкий  слой золота или никеля. Вторая же пластина неподвижна. Звуковое давление, воздействуя на мембрану, заставляет ее двигаться в направлении второй пластины, что сокращает расстояние между ними и, как следствие, вызывает изменение емкости конденсатора. Электрический ток, возникающий вследствие этого, и есть сигнал, описывающий звуковую волну. Для создания электрического поля между двумя пластинами, необходимого для работы конденсатора, могут использоваться два способа: внешний источник (батарея или фантомное питание) или же покрытие одной из пластин поляризованным  материалом (такие микрофоны называют электретными). Источник питания необходим так же для обеспечения работы предусилителя, установленного практически во всех конденсаторных микрофонах по причине очень слабого сигнала – амплитуда движения диафрагмы очень ограничена, что выражается в очень незначительных изменениях в напряжении, поэтому уровень сигнала требуется увеличить, прежде чем передавать его по кабелям.

Преимущества:

Более чувствительны, особенно в области высоких частот

Способны более быстро реагировать на резкие изменения в характеристике волн

Недостатки:

Требуют дополнительного источника питания

Более требовательны в обращении

2. Типы капсул

Капсула является в прямом смысле сердцем любого микрофона. Ее прямая задача заключается в конвертировании акустической энергии в электрическую. Для этого она должна обладать рядом качеств, которые в свою очередь будут определять некоторые ее характеристики.

Капсулы по своей конструкции можно разделить на закрытого и открытого типа. Рассмотрим каждый из этих типов в отдельности.

2.1. Капсулы закрытого типа

омнинаправленная капсулаЕсли упростить, то капсула представляет собой металлический цилиндр, одна сторона которого является мемраной. Внутри капсулы поддерживается постоянное давление, так как ее внутреннй мир полностью изолирован от внешнего и соприкосается с ним только через тончаюшую мембрану. Колебания давления снаружи, создаваемые звуковыми волнами, вызывают движение мембраны:

внутрь капсулы, когда звуковая волна находится в своей положительной фазе (увеличение давления).

наружу капсулы, когда звуковая волна находится в своей отрицательной фазе (понижение давления)

Чем больше амлитуда колебаний звуковой волны, тем больше амплитуда отклонений от постоянного давления внутри капсулы, и соответственно выше напряженние на выходе из капсулы.

Из всего выше сказанного можно сделать вывод, что месторасположенние источника звука и направление распространения созданных им колебаий в данной конструкции не имеют никакого значения, так как единственным фактором, необходимым для ее работы является факт изменения давления, а с какой стороны это произойдет, не имеет роли. Направленность капсул является частотно зависимым параметром. Это означает, что он  изменяется в зависимости от частоты акустической волны. Для большей наглядности характеристик чувствительости капсул относительно направления и частоты были введены специальные графики. Они демонстрируют все вышеперечисленные характеристики.

Pic3

Омнинаправленная диаграмма

Капсулы закрытого типа, в силу своей конструкции, всегда буду иметь омнинаправленную характеристику (Omnidirectional) капсулы, то есть не будут чувствительны к месторасположению и направлению распространения звуковой волны. В опрделенных ситуациях это может иметь преимущество и  стать решающим фактором при выборе микрофона, когда к примеру, сигнал должен оставаться стабильным, даже когда, скажем, ведущий поворачивает голову в сторону или к примеру, если необходимо записать звучание какого то инструмента в определенном помещении как атмосферный трек.

2.2. Капсулы открытого типа

Directional CapsuleКапсулы открытого типа имеют отличную от вышеописанной конструкцию и соответственно принцип действия. Как и предпологает название, в данном случае мембрана открыта с обеих ее сторон – фронтальной и тылъной, и обладает чувствительностью к направлению расположения источника звука отностительно мембраны.

Для того чтобы понять как это работает, рассмотрим три различных ситуации:

1В первом случае, звуковая волна приходит с фронтальной стороны мемраны. Изменения давление, являющиеся следствием распространения звуковой волны, заставляют мембрану двигаться. В зависимости от фазы волны в конкретный момент времени, мембрана будет либо прогибаться, при позитивной фазе, т.е. повышении давления, либо совершать движение в обратном направлении, при негативной фазе, т.е. понижении давления.

2Во втором случае, когда звуковая волна приходит с тыльной стороны мембраны, все будет повторяться, но с точностью наоборот.

3А вот третья ситуация очень интересная. В данном случае звуковая волна приходит сбоку, то есть мембрана расположена к ней боковой стороной. Это означает, что изменения давения будут происходить с обеих сторон мемраны. С обеих сторон мембраны будет повышение давления в позитивной фазе волны, или понижение давления в ее негативной фазе. Это заставит мембрану оставаться неподвижной.

Если отобразить чувствительность данной контрукции на уже знакомом нам графике, то не трудно заметить, что наибольшая чувствитель будет с фронтальной 0 градусов и тыльной 180 градусов сторон. По мере приближения к боковым сторонам чувствительность падает и сходит на нет в точке 90 градусов. Этот график напоминает цифру 8, за что данная характеристика направленности и получила свое название - восьмерка (Figure of 8).

Pic4Pic2

Как и в случае с омнинаправленной характеристикой, восьмерка также обладает рядом особеннностей, которые в определенных ситуациях могут стать преимуществами. Но могут оказаться и недостатками. Поэтому выбору направленности микрофона стоит уделить должное внимание.

Кроме того, существуеют еще несколько распространенных характеристик направленности микрофоов. Они являются результатом суммирования двух вышеописанных характеристик. В зависимости от взятой пропорции можно получить различные новые характеристике. В таблице 1 ниже приведены основные даннные. Они конечно же также имеют свои преимущества и недостатки.

Tab1

Кардиообразный (Cardioid) – имеет высокую степень чувствительности с фронтальной стороны и очень низкую с тыльной. Свое название эта характеристика получила в следствии схожести графика с символом сердца.

Pic6Pic5

На практике микрофоны с данной характеристикой направленности часто применяются при работе с живым звуком. Благодаря своей пониженной чувствительности с тыльной стороны, что сильно снижает порцию нежелательных акустических сигналов, попадающих в микрофон со сцены, они обеспечивают более чистое, или если хотите, более стерильное снятие звука с желательного источника. Кроме того, это увеличивает степень возможного усиления сигнала до опасности возникновения фидбека, тем самым снижая эту вероятность.

3. Нелинейность амплитудно-частотной характеристики

К вышеописанным характеристикам, таким как тип, принцип работы и направленность, можно добавить еще один очень важный аспект, играющий не менее важную роль в выборе микрофона для конкретной задачи – амлитудно-частотная характеристика (АЧХ) и уровень искажений. Чаще всего именно они предопределяют оттенок звука, характерного для той или иной модели микрофона.

АЧХ описывает отклонения амплитуды сигнала от амплитуды оригинала на той или иной частоте в определенном диапазоне. Эти отклонения происходят в силу различных факторов, среди которых можно назвать особенности конструкции мембраны, ее материал и вес, а также конструкторские решения по реализации внутренних электроцепей и блоков микрофона. Как правило АЧХ  представлена в виде графика (См. график 1), на котором можно видеть на каких именно частотах и насколько децибел происходит отклонение от линейности.

Frequency Response

Однако может быть представлена в следующем виде: 60Hz - 20kHz (+/- 2dB) . В данном случае невозможно знать на каких именно частотах происходит отклонение. На основе этих данных можно лишь заключить, что в диапазоне от 60Hz до 20KHz максимальное отклонение составляет 2dB. Взглянув на АЧХ микрофона в сопроводительной документации, можно сделать предварительные выводы о “цвете” и “оттенке” микрофона. Но  окончательные выводы можно сделать лишь тщательно прослушав микрофон на различных источниках звука. Это самый лучший показатель. При работе со звуком, полагайтесь на свои уши, а не на глаза!

Кроме вышеперечисленных характеристик существуют еще несколько немаловажных:

Максимальный уровень звукового давления (dBSPL). Этот параметр должен включать в себя процентное содержание общих гармонических искажений при заявляемом уровне.

Уровень собственного шума (dB/dBA). Как правило не превышает 30 dBA

Сопротивление на выходе (Ohm). Это очень важный момент. Все профессиональные микрофоны имеют низкое сопротивление на выходе (Lo-Z), не более 600Ω. Это очень важно для возможности передавать сигнал на относительно большие (около 100 метров) расстояния без потери качества и уровня сигнала.

4. Классификация по предназначению

Существует еще много видов микрофонов, которые имеют особое применение. К ним относятся:

Zone pressure micМикрофон зоны давления. Капсула смонтирована над металлической поверхностью, для предотвращения попадания в диафрагму, отраженных от близлежащих поверхностей, сигналов, что способно вызывать фазовые искажения. Часто используется для записи рояля, так как его можно прикрепить на крышку. А также на сцене в театре.

Stereo MicСтерео – микрофон. В одном корпусе смонтированы две капсулы таким образом, чтобы каждая из них была обращена в противоположную сторону. Так достигается более широкий стереообраз. Может быть, также, реализована MS или X/Y техника.

Boom MicShotgun (пушка )- Конденсаторный микрофон, предназначенный для использования на открытой местности. Широко используется в кинематографии. Обладает очень узкой направленностью, которая достигается путем фазовых сдвигов звуковой информации, приходящей со сторон микрофона. Для этого на корпусе имеются прорези, сквозь которые сторонняя информация и попадает в микрофон. Но за счет того, что капсула расположена в самом конце корпуса, то, что до нее доходит, является звуком, пришедшим с фронтальной стороны. Все же остальное получает фазовый сдвиг и таким образом заглушается.

Это пожалуй самые основные виды, хотя и не все. По мере своей профессиональной деятельности, Вы столкнетесь с дополнительными видами микрофонов, а также с различными видами их применения.

5. Дополнительные функции

На сегодняшний день имеется множество  моделей микрофонов, которые совмещают в себе несколько видов направленностей и дают возможность пользоваться каким-либо из них, по мере потребности, просто переключая положение.

Почти на всех современных микрофонах есть функция, предоставляющая возможность уменьшить уровень выходного сигнала (Pad/Trim). Как правило, на 6/12/18 db (помните, что увеличить/уменьшить на 6.02 db означает в два раза). Это весьма полезная функция в случаях работы с источниками звука с высоким звуковым давлением. Однако если звуковое давление превышает максимально возможную амплитуду движения мембраны микрофона, то эта уже не поможет, так как искажение сигнала будет иметь механическую природу.

Кроме этого имеются также встроенные фильтры для обрезания низких частот (40,60,80 Hz). Очень применимо при работе в гулких помещениях и особенно в случаях с прямым эфиром, когда “потом обрежем” не работает. На некоторых моделях можно даже выбирать крутизну среза, у других же она постоянна и определена производителем (так что стоит почитать техническую документацию)

Заключение

Как  уже говорилось в начале, выбор микрофона очень важное решение. Поинтересуйтесь лишний раз у исполнителя каким он видит звук его инструмента или вокала. В каком акустическом пространстве. Внимательно послушайте все особенности звучания данного инструмента или вокала, и подумайте, с помощью какого микрофона вы можете замаскировать недостатки и подчеркнуть выгодные стороны. Для этого вам нужно хорошо знать все характерные черты имеющихся в вашем распоряжении микрофонов. Какие из них страдают эффектом близости (и может быть это будет вам на руку), какие имеют не очень хорошую чувствительность на высоких частотах, какие могут хорошо справляться с высоким уровнем звукового давления. Постарайтесь приблизиться к конечному результату еще на этапе записи. И тогда вам (или кому-то другому) не нужно будет ломать голову при сведении и пытаться подчеркнуть то, чего в записанном сигнале нет, потому что был выбран неправильный микрофон. Не слушайте людей, говорящих о каком-либо оборудовании, что оно плохое. Это неправильное суждение. Оборудование может быть не подходящее для данной конкретной цели, но не плохое. Даже самый дорогой и титулованный микрофон не всегда подходит для достижения определенной цели. Слушайте, анализируйте, думайте.

Полезные ссылки (англ.):

www.microphone-data.com – техническая информация большинства известных в мире

микрофонов. Требует регистрации.

Ведущие производители:

www.akg.com

www.shure.com

www.audio-technica.com

www.sennheiser.com

www.neumann.com

www.samsontech.com

www.electrovoice.com

www.beyerdynamic.com

www.rodemic.com

Подпишись на E-mail рассылку

и получи эксклюзивную возможность прочесть краткое руководство на тему "Основы акустики, психоакустики и акустической оптимизации помещений" 

Я никогда и никому не передам и не продам адрес вашей электронной почты. Вы можете отписаться в любое время.

2 Responses

  1. Принцип работы микрофона заключается в том, что давление звуковых колебаний воздуха, воды или твёрдого вещества действует на тонкую мембрану микрофона. В свою очередь, колебания мембраны возбуждают электрические колебания; в зависимости от типа микрофона для этого используются явление электромагнитной индукции, изменение ёмкости конденсаторов или пьезоэлектрический эффект .

    • MaxPoluektov

      А разве я утверждаю что-то другое?

Leave a comment