Эффект близости (Proximity effect)

Эффект близости (Proximity effect)

Одним важным аспектом, обьеденяющим все микрофоны, имеющие в себе определенную долю направленности, т.е. все характеристики кроме омнинаправленной, является так называемый эффект близости или Proximity Effect. Это выражается в избыточном содержании низкочастотной части спектра  в сигнале, при использовании микрофона в непосредственной близости от источника звука. Этот эффект возникает в силу открытого типа конструкции капсулы. Рассмотрим это явление поближе.

Причины возникновения

В микрофонах с направленной характеристикой применяется капсула, мембрана которой открыта и доступна для звуковых волн с обеих ее сторон, по средством чего собственно и достигается различная чувствительность микрофона к звуковым волнам, приходящим с различных направлений. Мембрана реагирует на разницу в звуковом давлении с обеих ее сторон.  Чем больше эта разница, тем больше движение мембраны, а значит и сила сигнала на выходе. Если же давление с обеих сторон мембраны равнозначное, то мембрана остается неподвижной.

Ключевую роль в возникновении эффекта близости играют два физических аспекта

  • Длина волны и фаза

Не для кого не секрет, что волны различной частоты имеют различную длину волны. Низкочастотные волны имеют относительно большую длину волны, тогда как высокие сравнительно малую. Этот факт имеет критическое значение при рассмотрении фазы волны в определенных точках в пространстве. Звуковые волны, какой бы то ни было частоты, достигнув фронтальной стороны мембраны, вынуждены преодолеть дополнительное расстояние, чтобы достичь обратной ее стороны. Это расстояние составляет обычно в среднем около 8-10 мм. Если проанализоровать при этом фазу низкочастотной волны, скажем 100 Гц, длина волны которой составляет 3.4 метра (344 / 100 = 3.4), с фронтальной и тыльной стороны мембраны, то становится очевидно, что смещение по фазе в следствии прохождения волной дополнительных 8-10 мм  в данном случае будет минимальным. Это в свою очередь означает, что давление создаваемое волной с частотой 100 Гц с обеих сторон мембраны будет практически равным. А поскольку движение мембраны в капсулах открытой конструкции обусловленно разницой в давлении с обеих ее сторон, то в данном случае мембрана будет оставаться неподвижной. И это будет справедливо для всех волн, имеющих относительно высокую длину волны.

С увеличением частоты, а значит уменьшением длины волны, частотные сдвиги становятся более существенными. При этом возрастает разница в давлении с фронтальной и тыльной сторон мембраны, что приводит мембрану в движение.

Из всего вышесказанного можно сделать вывод, что чувствительность мембраны, при использовании микрофона на относительно большом расстоянии от источника звука, увеличивается с увеличением частоты волны. При этом прирост чувствителъности составляет около 6 дБ/октава. То есть, с увеличение частоты звуковой волны в два раза, чувствительность мембраны также увеличивается в два раза. Микрофон с такими характеристиками оказался бы на практике бесполезным. Чтобы решить эту проблему, производители внедряют в микрофон фильтр, имеющий зеркальную, т.е. обратную натурльной, амлитудно-частотную характеристику, достигая тем самым необходимую линейность. Однако именно эти вынужденные меры по искуственной корректировке АЧХ и несут в себе основную причину возникновения эффекта близости.

Дело в том, что при использовании микрофона в непосредственой близости от источника звука, как это делают, например, вокалисты, особенно на живых концертах, действия встроенного фильтра приводят к избыточному содержанию низкочастотной части спектра в общем сигнале. В данном случае низким частотам помогает закон обратных квадратов, обеспечивая необходимую разницу в давлении с обеих сторон мембраны, а значит и нормальную чувствительность на низких частотах.

  • Закон обратных квадратов

Закон обратных квадратов гласит, что с увеличением вдвое расстояния от источника звука, звуковое давление также падает вдвое, то естъ на 6 Дб. Это явление не сказывается на работе микрофона, при использовании на относительно большом расстоянии от источника звука, так как дополнительные 8-9 мм, которые необходимо преодолеть звуковой волне, не играют существенную роль, если учесть, что до фронтальной стороны мембраны, ей уже пришлось пройти 20 см.

Совсем другая ситуация складывается, когда микрофон используется в непосредственной близости от источника звука и фронтальныя сторона мембраны находится на расстоянии одного сантиметра. В данном случае дополнительные 8-9 мм почти удваивают расстояние до тыльной стороны мембраны. При этом давление, создаваемое волнами, достигшими обратной стороны мембраны, будет почти в два раза меньше, чем с фронтальной стороны мембраны, как это и гласит закон обратных квадратов. Это касается естественно как высоких, так и низких частот. А это в свою очередь означает, что когда микрофон используется вблизи от источника звука, в отличии от ситуации, описанной выше, низкие частоты будут восприниматься так же хорошо как и высокие, благодаря образовавшейся из-за удвоенного расстояния  разнице в давлении. То есть амплитудно-частотная характеристика микрофона сглаживается и принимает относительно линеарную форму.

Однако встроенный фильтр продолжает при этом работать, производя в данном случае лишнюю коррекцию АЧХ и вызывая излишний акцент на низких частотах.

Этот "дефект" часто используют в ситуациях, когда дополнительная энергия на низких частотах только приветствуется - например для записи бочки. Знаменитый радиофонный голос в определенной степени также обязан своему существованию эффекту близости, который окрашивает звук в "темные" тона, придавая интимности и эротичности.


Если вы находите данную статью информативной и, возможно, интересной для ваших друзей или коллег, то автор будет рад, если вы ею с ними поделитесь или порекомендуете. Вашим комментариям или мыслям на тему я также буду рад.

Если вы не желаете пропустить следующую статью, обзор нового оборудования и другие новости с портала YourSoundPath и хотите быть своевременно о них уведомлены, то рекомендую подписаться на почтовую рассылку с помощью формуляра ниже.

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.

No Comments Yet.

Leave a comment