Принцип работы
В первую очередь поговорим о преобразователях, находящихся внутри микрофонов и отвечающих за восприятие звука и преобразование его в электрический сигнал. Преобразователь – это устройство, переводящее энергию из одной формы в другую, в нашем случае – акустическую энергию в электрическую. Принцип работы определяет ключевые возможности микрофона. Самые распространенные типы микрофона – динамический и конденсаторный.
Динамические микрофоны
Динамические микрофоны включают в себя сборку из диафрагмы, голосовой катушки и магнита, которые образуют миниатюрный электрогенератор со звуковым приводом.
Динамический микрофон имеет относительно простую и, соответственно, экономичную и надежную конструкцию. Он может обеспечить отличное качество звука практически во всех областях применения. В частности, он может иметь дело с чрезвычайно громкими звуками. Вдобавок динамические микрофоны относительно устойчивы к перепадам температуры и влажности. Динамические микрофоны используются в основных задачах звукоусиления чаще всех других микрофонов.
С практической точки зрения, если микрофон будет использоваться в таких суровых условиях, как рок-клуб или открытый воздух, хорошим выбором будут динамические микрофоны.
Конденсаторные микрофоны
Конденсаторные микрофоны имеют в своей основе сборку из электрически заряженной диафрагмы и неподвижной пластины, которые образуют чувствительный к звуку конденсатор.
Все конденсаторные микрофоны содержат в себе активные контуры для согласования выхода элемента с типичными микрофонными входами. Это требует подачи питания на микрофон: либо при помощи батарей, либо при помощи фантомного питания (метод подачи питания на микрофон непосредственно по микрофонному кабелю). Конденсаторные микрофоны имеют два потенциально ограничивающих фактора: во-первых, электроника добавляет немного шума; во-вторых, есть предел громкости сигнала, который может обработать электроника. По этой причине спецификации на конденсаторные микрофоны содержат параметры шума и максимальную громкость звука. Хорошие модели, однако, имеют очень низкий уровень шума и могут справиться с широким динамическим диапазоном.
Конденсаторные микрофоны более сложны, чем динамические, и обычно несколько дороже. Также на конденсаторы могут существенно повлиять перепады температуры и влажности, что может привести к повышению шума или временной негодности.
Однако в конденсаторных микрофонах можно добиться большей чувствительности и более мягкого, более натурального звука, особенно на высоких частотах. Пологая АЧХ и расширенный частотный диапазон больше присущи конденсаторному микрофону. Вдобавок конденсаторные микрофоны могут быть сделаны очень маленькими без ощутимого ущерба для характеристик.
В более благоприятной среде, например, в концертном зале или театре, для большинства источников звука предпочтительнее использовать конденсаторные микрофоны, особенно когда требуется высочайшее качество звука.
Электретные микрофоны
Принцип действия электретных микрофонов аналогичен принципу действия конденсаторных с тем отличием, что для их работы не требуется внешний источник питания. Мембрана таких микрофонов получает электрический заряд в процессе производства, и для их питания достаточно небольшого напряжения (обычно около 1,5 Вольта), которое обеспечивается установленной в микрофоне батареей.
По сравнению с конденсаторными микрофонами, мембрана электретных микрофонов значительно толще, поэтому их чувствительность и частотные характеристики несколько хуже.
Появившиеся недавно обратно-электретные микрофоны несколько компенсируют этот недостаток.
Фантомное питание
Фантомное питание – это постоянный ток (обычно 12–48 вольт), используемый для питания электроники конденсаторного микрофона. Это напряжение подается по микрофонному кабелю от микшера с источником фантомного питания или от другого внешнего устройства.
Источники фантомного питания имеют ограничители по току, которые предотвращают повреждение динамического микрофона в случае короткого замыкания или неправильной распайки. Обычно балансные динамические микрофоны могут быть подключены ко входам с фантомным питанием без каких-либо проблем.
Переходный отклик
Переходный отклик характеризует способность микрофона откликаться на быстро меняющуюся звуковую волну.
Для того чтобы микрофон трансформировал звуковую энергию в электрическую, звуковая волна должна физически перемещать диафрагму микрофона. Тяжелой динамической диафрагме требуется больше времени, чтобы начать двигаться, чем легкой конденсаторной диафрагме. И точно так же динамической диафрагме, по сравнению с конденсаторной диафрагмой, требуется больше времени, чтобы прекратить движение. Переходный отклик динамических микрофонов не так хорош, как у конденсаторных.
Динамическому микрофону требуется почти вдвое больше времени, чтобы отреагировать на звук. Ему также требуется больше времени, чтобы перестать колебаться.
Поскольку конденсаторные микрофоны в целом имеют лучший переходный отклик, чем динамические, они лучше подходят для инструментов, имеющих резкую атаку или расширенный высокочастотный спектр в звуке, например, для тарелок. Переходный отклик определяет более ясный, отчетливый звук конденсаторных микрофонов и более мягкий, округлый звук динамических микрофонов.
Амплитудно-частотная характеристика
Амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) – выходной уровень микрофона по всему рабочему спектру частот и чувствительность к ним. Микрофон, выход которого одинаков для всех частот, имеет пологую АЧХ. Микрофоны с пологой АЧХ обычно имеют расширенный диапазон. Они воспроизводят сигналы от различных источников звука без изменения или окраски оригинального звука.
Микрофон, чья АЧХ имеет пики или провалы в определенных частотах, имеет рельефную АЧХ. Рельефная АЧХ обычно используется в конкретных приложениях. Например, микрофон может иметь пик в области 1–2 кГц, чтобы улучшить разборчивость вокала. Такой профиль называется подъемом. Микрофон может также иметь меньшую чувствительность к некоторым частотам. Примером тому может быть уменьшенная отдача на низких частотах (срез низа) с целью минимизирования ненужного.
Выбор микрофона с пологой или же рельефной АЧХ, опять-таки, зависит от источника звука, аппаратуры и окружающей среды. Микрофоны с пологой АЧХ обычно желательны при воспроизведении звука таких инструментов, как акустическая гитара или фортепиано, особенно при высококачественной аппаратуре. Они также обычно применяются при стереорасстановке микрофонов и при удаленной, более метра от источника звука, установке: отсутствие пиков отдачи минимизирует обратную связь и дает более естественный звук. С другой стороны, микрофоны с рельефной АЧХ предпочтительнее для вокалистов и некоторых инструментов, таких, как ударные или гитарные усилители, которые вы играют от усиления отдачи, сильнее проявляясь в общей картине. Также они полезны, когда надо ослабить прием нежелательных звуков и шумов за пределами диапазона инструмента.
Децибелы
Децибел (дБ) – это величина, часто используемая в электрических и акустических измерениях. Децибел – это число, отражающее соотношение величин одной единицы измерения.
Это логарифмическое соотношение, применяемое с целью сократить большой диапазон величин до много меньшего и более удобного.
Поскольку децибел – величина относительная, должна быть какая-то точка отсчета, заданная в децибелах. Обычно это отражается в суффиксе при условном обозначении: дБV – (1 вольт составляет 0 дБV) или дБ SPL (0.0002 микробар составляют 0 дБ звукового давления).
Одна из причин, почему децибелы так полезны именно в звуковых измерениях, заключается в том, что принцип их шкалы довольно точно отражает чувствительность человеческого слуха. Например, изменение в 1 дБ SPL близко к едва уловимой разнице в громкости, в 3 дБ – это граница уверенной различимости, 6 дБ – существенная разница, а прирост в 10 дБ обычно интерпретируется как удвоение громкости.
Направленность
Направленность – чувствительность микрофона к звуку в зависимости от направления или угла, с которого приходит звук. С точки зрения направленности, существует три основных типа микрофонов – всенаправленные, однонаправленные и двунаправленные.
Всенаправленный микрофон
Всенаправленный микрофон имеет одинаковый выходной уровень при любом направлении. Он покрывает все 360 градусов. Всенаправленный микрофон улавливает максимальное количество пространственных звуков.
При концертном применении всенаправленный микрофон должен быть расположен очень близко к источнику звука, чтобы был правильный баланс между непосредственным и пространственным звуком. Вдобавок мы не можем отвернуть всенаправленный микрофон в сторону от ненужных источников звука, таких как порталы, что может вызвать заводку (эффект обратной связи).
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.
Однонаправленный микрофон
Однонаправленный микрофон наиболее чувствителен к звуку, приходящему с одного направления, и менее чувствителен к остальным. Типичной для таких микрофонов является кардиоидная характеристика (диаграмма имеет форму сердца). При ней наибольшая чувствительность достигается на направлении вдоль оси микрофона (0 градусов), а наименьшая – в противоположном (180 градусов отклонения). Эффективный угол работы кардиоидного микрофона составляет 130 градусов, то есть по 65 градусов в любую сторону от оси перед микрофоном.
Таким образом, кардиоидный микрофон улавливает около трети пространственных звуков, по сравнению со всенаправленным. Однонаправленные микрофоны отделяют нужный прямой звук от ненужных боковых и пространственных звуков.
Применение кардиоидного микрофона часто необходимо. Например, в случае подзвучивания гитарного усилителя, стоящего рядом с ударной установкой – это единственный способ уменьшить проникновение звука ударных в канал гитары.
Однонаправленные микрофоны могут иметь различные варианты кардиоидной диаграммы. Два из них носят названия суперкардиоиды и гиперкардиоиды. Обе характеристики имеют меньшие, чем кардиоида, рабочие углы (115 в случае суперкардиоиды и 105 в случае гиперкардиоиды), а также сильнее отсекают пространственные звуки. В то время как кардиоида имеет наименьшую чувствительность сзади (180 градусов отклонения), у кардиоиды направление наименьшей чувствительности составляет 126 градусов, а у гиперкардиоиды – 100. При правильной установке они обеспечивают более фокусированный съем звука и меньшее количество пространственного шума, чем у кардиоиды. Однако они имеют зону улавливания непосредственно сзади (rearlobe). У суперкардиоиды подавление сзади составляет 12 дБ, а у гиперкардиоиды всего – 6 дБ. Хорошая кардиоида имеет подавление сзади, по меньшей мере, 15–20 дБ.
Однонаправленные микрофоны могут не только отделить звучание одного инструмента от другого, но могут также уменьшить обратную связь, допуская тем самым большее усиление. С этой точки зрения однонаправленные микрофоны предпочтительнее всенаправленных практически во всех задачах усиления звука.
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 (эффект обратной связи) и посторонних шумов;
– препятствуют утечке сигнала.
Двунаправленные микрофоны
Двунаправленный микрофон («восьмерка») имеет наибольшую чувствительность как спереди (0 градусов), так и сзади (180 градусов). Наименьший уровень он имеет сбоку (90 градусов). Рабочий угол составляет только 90 градусов как спереди, так и сзади. Уровень пространственного шума такой же, как и у кардиоиды. Этот микрофон используется для улавливания звука от двух противоположных источников, например, вокального дуэта. Несмотря на то что такие микрофоны редко применяются в звукоусилении, их используют в некоторых стереотехнологиях.
Микрофоны с направленностью «восьмерка»:
– 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-«восьмерки».
Эффект приближения
У однонаправленных микрофонов отдача в низах усиливается по мере того, как микрофон приближается (в пределах полуметра) к источнику звука. При установке вплотную (менее 30 см) следует помнить об эффекте приближения и убрать низы, чтобы получить более натуральный звук. Вы можете (1) убрать низы на микшере, (2) использовать микрофон, минимизирующий эффект, (3) использовать микрофон с кнопкой среза басов или (4) использовать всенаправленный микрофон (не проявляющий такого эффекта).
Подавление ненужных звуков
При усилении звука микрофоны часто могут находиться в местах, где они могут принять звук от посторонних источников. Например, микрофон, установленный у барабана, может улавливать звук от соседних барабанов, вокальный микрофон может улавливать все шумы на сцене. Вокальные микрофоны могут улавливать звук мониторов. В каждом случае мы имеем один нужный источник звука и один или более ненужных источников. Выбор правильной характеристики направленности может помочь в максимальном улавливании нужного звука и минимальном – ненужных звуков.
Несмотря на то что для лучшего улавливания обычно очевидным вариантом является осевое направление, направление, минимизирующее улавливание посторонних звуков, может зависеть от типа микрофона. В частности, кардиоида менее чувствительна сзади (отклонение 180 градусов), а суперкардиоида и гиперкардиоида улавливают на этом направлении звук. У них наименьшая чувствительность приходится на отклонение в 125 и 110 градусов соответственно.
Например, размещая монитор неподалеку от вокального микрофона, мы должны нацелить микрофон точно сзади, чтобы повысить предел возникновения заводок. А в случае суперкардиоиды для наилучшего результата монитор должен смотреть немного вбок (отклонение от обратной оси – 55 градусов).
Соответственно, используя микрофоны супер– и гиперкардиоидного типов мы должны учитывать их прием сзади и ориентировать их так, чтобы избежать улавливания звука от других барабанов и тарелок.
Электрические характеристики
Электрические характеристики микрофона обычно включают в себя выходной уровень, импеданс и тип разъема. Выходной уровень, или чувствительность – это уровень электрического сигнала, порождаемого микрофоном при заданном уровне звукового сигнала. В целом, конденсаторные микрофоны имеют большую чувствительность, чем динамические. Для слабых или удаленных источников звука предпочтительнее использовать микрофоны с высокой чувствительностью, в то время как при подзвучивании громких источников или с близкого расстояния лучше всего микрофоны с низкой чувствительностью.
Выходной импеданс микрофона примерно равен его электрическому сопротивлению: 150–600 Ом – низкий импеданс, 10000 или больше – высокий. С практической точки зрения, низкий импеданс означает, что микрофон может работать с кабелем длиной 300 или более метров без потерь в качестве, в то время как модели с высоким импедансом обнаруживают заметные потери в высоких частотах при длинах кабеля более 6 м.
Тип разъема
Наконец, тип разъема в микрофоне может быть балансным или небалансным. Балансный выход передает сигнал по двум проводникам (плюс экран). Сигналы, идущие по каждому из проводников, имеют одинаковый уровень, но разную полярность. Балансный микрофонный вход усиливает только разницу между сигналами и игнорирует ту часть сигнала, что одинакова у обоих проводников. Небалансный микрофонный тракт передает сигнал по одному проводнику (плюс экран), а небалансный микрофонный вход усиливает все сигналы в проводнике. Балансные низкоимпедансные микрофоны рекомендуются для использования практически во всех задачах подзвучивания.
О радиомикрофонах
Радиомикрофон, как следует из названия, – это микрофон, объединенный с радио, т. е. с радиоканалом передачи звуковой информации. В настоящий момент нет устоявшегося названия этих устройств. Их называют радиозакладками, радиобагами, радиокапсулами, радиосистемами, иногда – «жуками». Отличаются удобством их оперативного использования, простотой применения, дешевизной, очень небольшими размерами. В самом простом случае радиомикрофон состоит из собственно микрофона, а также радиопередатчика – устройства. Микрофон определяет зону акустической чувствительности (обычно до 20–30 метров), радиопередатчик – дальность действия радиолинии.
Определяющими параметрами с точки зрения дальности действия для передатчика являются мощность, стабильность несущей частоты, диапазон частот, вид модуляции. Такие микрофоны в основном используются артистами (на сцене, в театре).
Можете вздохнуть облегченно. Со скучной информацией покончено. Начинаем развлекаться!
