::: warn Эта статья не дописана
:::
Устройство и принцип работы
Задача микрофона заключается в преобразовании звуковых волн в электрические импульсы, которые после могут быть обратно преобразованы в звук.
Схема устройства микрофона (рис. 1)
Типы устройства микрофонов
Динамический
Имеет простейшую конструкцию. С помощью тонкой туго натянутой мембраны он передаёт звуковые колебания на индукционную катушку, находящуюся в магнитном поле. За счёт взаимодействия диафрагмы (мембраны) и катушки появляются электрические импульсы, которые передаются в звукозаписывающее устройство. Из-за простоты устройства данного микрофона, качество сигнала достаточно низкое.
Конденсаторный
В основе конструкции лежит конденсатор, одна из пластин которого играет роль диафрагмы, принимая звуковые волны. из-за колебаний пластины, ёмкость конденсатора меняется, создавая импульсные токи. Для работы такого вида микрофона нужен дополнительный источник питания. Конденсаторные микрофоны являются типичными „студийными микрофонами“
электретный. Одна из разновидностей конденсаторных микрофонов, но использующая в качестве неподвижной обкладки конденсаторами источника постоянного напряжения пластину из электрета.
Ленточный
Используют, как и динамический, принцип индукции - звуковые волны через мембрану приводят катушку индуктивности в движение, которая, в свою очередь находясь в магнитном поле генерирует электрические колебания. Однако в ленточном микрофоне движущий элемент состоит из тонкого листа, сложенного гармошкой. Ленточные микрофоны имеют двустороннюю направленность (об этом будет далее), их частотная характеристика достаточно ограничена, но диапазон частот близок к человеческому аппарату, что даёт естественный и приятный звук для уха.
Угольный
В угольном микрофоне мембрана периодически сжимает угольный порошок, в результате чего меняется его сопротивление и ток в цепи. Увеличение давления сопровождается уменьшением сопротивления и, следовательно, ростом тока. Угольные микрофоны практически не требуют усиления сигнала. в настоящее время они применяются в телефонной связи, где их способность усиливать сигнал позволяет осуществлять связь на значительные расстояния без электронного усиления в линиях связи. в звукозаписи такие микрофоны не используют из-за большого количества собственных шумов.
Характеристики микрофонов
Направленность
Направленность - это чувствительность микрофона к звуковому сигналу в зависимости от направления или угла, с которого идёт звук. чаще всего направленность представляют в виде полярной диаграммы, в которой голова микрофона находится в центре.
Диаграмма направленности показывает, как именно чувствительность микрофона зависит от направления. деления в диаграмме показывают конкретные значения в децибелах, dB.
Пример: звук идёт в направлениях А и В:
Из диаграммы видно, что звук по направлению В будет примерно на 15dB громче звука по направлению А, так как звук по направлению А проходит только 2 деления внутри диаграммы, в то время как звук по направлению В проходит весь путь внутри зоны чувствительности.
Всенаправленная (круговая) направленность
Микрофон круговой направленности (например - Sennheiser MD42) обладает ровной чувствительностью к сигналам с любых направлений. такие микрофоны имеют более широкий низкочастотный диапазон.
#Односторонняя направленность
Микрофоны с односторонней направленностью (например - Sennheiser MD46) не воспринимают звук, идущий с тыльной стороны микрофона.
Микрофоны с односторонней направленностью могут иметь диаграмму трёх видов: кардиоиду, суперкардиоиду и гиперкардиоиду.
Кардиоида
диаграмма направленности у микрофона, который принимает звук лишь в одном фронтальном направлении.
К данному виду отнесём также узконаправленные микрофоны. данный тип устройств имеет высокую чувствительность в прямом направлении вдоль рабочей оси.
Суперкардиоида и гиперкардиоида
Lиаграммы, схожие между собой рисунком. микрофоны такого типа усиливают звук во фронтальной части в ущерб повышения чувствительности тыльной.
Данный тип микрофонов используют для вокала или в случаях, когда нужна хорошая шумоизоляция.
Двусторонняя направленность
Двунаправленный микрофон (например - Sennheiser MK 8) равно чувствителен к звуковым сигналам, которые поступают спереди и сзади, и практически не чувствителен к звуку с боков.
Такой микрофон используют для записи дуэтов, при записи интервью.
Частотный диапазон
От широты частотного диапазона зависит естественность звучания.
- для вокала желательный диапазон частоты 40 - 15 000 Гц
- для записи речи -- 80 - 10 000 Гц
- для музыкальных инструментов -- 30 - 15 000 Гц
Звуковое давление (SPL, sound pressure level)
Параметр, отвечающий за то, с какой силой звуковые волны „врезаются“ в молекулы воздуха. звуковое давление падает при отдалении от источника, вблизи которого максимально.
Один паскаль - эталонный уровень звукового давления - равен 94 db
Чувствительность
Значение чувствительности микрофона показывает, какое электрическое напряжение создаёт микрофон при определённом значении звукового давления. Если один микрофон при одинаковом звуковом давлении выдаёт более сильный сигнал, значит он более чувствительный, то есть чем выше чувствительность, тем лучше.
В числовом виде чувствительность микрофона определяется как отношение напряжения на выходе к звуковому давлению в свободном (без отражений) звуковом поле и измеряется в милливольт на паскаль (мВ/Па).
Чаще всего производители указывают чувствительность в логарифмическом виде:
Так например, микрофон с чувствительностью 20 мВ/Па в спецификации будет иметь значение чувствительности равное -34 dB.
Стоит помнить о том, что чувствительность -54 dB меньше чувствительности в -31 dB.
Тип подключения
Небалансный кабель.
Небалансный кабель имеет два провода: сигнал и „земля“. он пропускает только одну копию сигналу, вследствие чего кабель легко подвержен шумам.
Подключение микрофона через небалансный кабель простое в реализации, однако не способно противостоять помехам.
Балансный кабель.
Балансный кабель имеет внутри три провода: „плюс“, „минус“ и „земля“. „плюс“ и „минус“ представляют собой копии одного и того же сигнала. на входе сигнал копируется в два провода, в одном из которых сигнал идёт в перевёрнутой фазе, на выходе фаза одного из проводов снова переворачивается, тем самым на выход поступает первоначальный сигнал. Смысл противофазы одного из сигналов заключается в том, что шумы, которым может быть подвержен сигнал в проводах, на выход поступают в противофазе и глушат друг друга.
Балансное подключение микрофона часто используется в студиях звукозаписи. Такой тип подключения устойчив к помехам и позволяет получить чистый сигнал на выходе. Помимо этого есть и другое преимущество балансного подключения перед небалансным - возможность передавать аналоговый сигнал без существенных искажений на значительно большие расстояния (разность составляет около двух и более порядков).
Применение балансного и небалансного подключения:
- Небалансное подключение при соединениях в пределах одной стойки аудио аппаратуры
- Балансное подключение - для передачи на большие расстояния, например, от звукорежиссёрского пульта к усилителям мониторных громкоговорителям.
Большинство профессиональной аппаратуры имеет отдельные балансные и небалансные входные разъёмы. В настоящее время часто используются 3-контактные разъёмы XLR или четвертьдюймовые разъёмы TRS.
Виды микрофонов и сферы их применения
Вокальный микрофон
Вокальные микрофоны практически всегда имеют ручной форм-фактор: рукоять с капсюлем, защищённый сеткой ветрозащиты. в основном бывают динамические, но встречаются также конденсаторные и ленточные. При выборе важно учитывать диаграмму направленности, так как она будет определять расположение микрофона относительно источника.
Студийный микрофон
Студийные микрофоны предназначены для студийной звукозаписи. используются для записи вокала и инструментов. Особенностью является большая диафрагма (мембрана), благодаря чему захватывается более широкий частотный диапазон. Диаграмма направленности студийных микрофонов достаточно разнообразна. Как и вокальные микрофоны бывают конденсаторными, динамическими и ленточными.
Инструментальный микрофон
Микрофоны предназначены для студийной записи инструментов и съёма их звука в живых исполнениях. В большинстве случаев такие модели предусматривают держатель. среди диаграмм направленности инструментальных микрофонов выделяют всенаправленные, однонаправленные (всех видов) и двунаправленные. Выбор зависит от вида записываемого инструмента.
USB/ мобильный микрофон
Такие микрофоны сразу преобразуют аудио-сигнал в цифровой. Преимущества: мобильность, простота использования и подключения. такой тип микрофонов чаще всего используется для создания подкастов, стримов, влогов, интервью и записи закадрового голоса. Большинство USB-микрофонов конденсаторные и имеют переключаемую диаграмму направленности.
Головной микрофон
Такие микрофоны фиксируются на голове спикера. Как правило, это узконаправленные устройства, воспринимающие звук с максимально близкого расстояния и не снимающие посторонние шумы. микрофоны могут фиксироваться на одно ухо или иметь затылочную дужку и крепиться на оба уха.
Петличный микрофон
Петличные микрофоны - устройства с минимальными габаритами. Они совместимы с большинством видов цифрового оборудования. Широко используются при записи звука во время студийной съёмки, интервью, для увеличения звука голоса актёров, во время трансляции голоса диктора в прямом эфире.
Радиомикрофон
Радио- или беспроводной микрофон не нуждается в кабеле для подключения к другому звуковому оборудованию. Звуковая система в таком случае состоит из трёх основных компонентов: микрофона, передатчика (трансмиттера) и приёмника (ресивера). Передатчик может быть как встроен в прибор, так и представлять собой отдельное устройство. Он преобразует звук в радиосигнал и передаёт на приёмник, который в свою очередь преобразует сигнал обратно в звуковой для передачи на микшер или другое устройство.
Радиомикрофоны бывают ручными, петличными или головными.
Микрофон для видеосъемки
Такого рода микрофоны используют в случаях, когда в камере отсутствует миктрофон или он недостаточно мощный. Имеют вытянутый цилиндрический корпус (из-за этого микрофон часто называют „микрофон-пушка“), однако современные модели могут быть и других форм. Накамерные микрофоны крепятся через специальный держатель.
Стерео микрофон
Стерео микрофоны используются для записи объёмной звуковой картины и снимают звук со всеми шумами и помехами. В микрофонах такого типа используются два отдельных капсюля, которые направлены в стороны или к центру относительно корпуса, что даёт более естественное звучание записи.
Вещательный микрофон
Вещательные микрофоны используют в подкастах, радио-шоу и других трансляциях. По характеристикам они близки к студийным микрофонам, отличает их прочность, наличие крепежа для стойки-пантографа и фиксированная диаграмма направленности.
Репортёрский микрофон
Репортёрские микрофоны с длинной рукоятью используются для записи новостей и интервью. Как правило, такие микрофоны имеют всенаправленную диаграмму для удобства записи интервью.
Микрофон пограничного слоя
Граничный слой - это поверхность, от которой отражается или резонирует сигнал. Такие микрофоны устанавливаются на или в столы, стойки и прочее. Предназначены для усиления голоса во время переговоров и выступлений. Большинство таких микрофонов имеет конденсаторный капсюль и высокую чувствительность.
Подвесной микрофон
Подвесные микрофоны актуальны в тех случаях, когда установка невозможно или не подходит по ситуации. Подвесные микрофоны, как правило, конденсаторные с кардиоидной диаграммой направленности. Такие микрофоны используются при озвучивании театральных постановок, записи оркестров, хора и фоновых шумов.
Гусиная шея
Гусиная шея - это вид микрофона с гибким держателем, на который крепится капсюль. Обычно такие микрофоны используют во время конференций, лекций и прочего. Гусиные шеи устанавливаются в стол или имеют специальную подставку, оснащённую кнопкой включения и/или выключения звука.
Измерительный микрофон
Применяются для проверки акустических измерений. Как правило, ими меряют амплитудно-частотную характеристику установленного оборудования. Измерительные микрофоны имеют конденсаторный капсюль и требуют внешнего источника питания. Отличительная особенность измерительных микрофонов - большой рабочий диапазон частот, стабильная частотная характеристика и строгая направленность.
Микрофоны систем видеонаблюдения (audio pickup)
Такие микрофоны обычно имеют питание +12В, имеют линейный уровень сигнала на выходе и предназначены для записи разборчивой речи в помещении. В продвинутых моделях есть цифровой сигнальный процессор (DSP), который подавляет шумы и звуки, не относящиеся к человеческой речи.
Такие микрофоны могут иметь разную диаграмму направленности.
Устанавливаться такие микрофоны могут на поверхности (на стол, как микрофон граничного слоя), на потолочные плиты, врезаться в электрические короба или в подрозетники (как выключатели или розетки).
Звук, получаемый от таких микрофонов, довольно "плоский", с узким частотным диапазоном, но речь они записывают разборчиво. Как правило, установленный на стене комнаты 30-50 кв. м. микрофон вполне разборчиво записывает голоса людей в этой комнате, если они говорят с нормальной громкостью (не шепчут).