Тема 2.3 Микрофон

Микрофон – самый заметный и привычный атрибут студии или шоу и не только – микрофоны знакомы всем, так как с ними сталкивались повсеместно, начиная с распространения телефонной связи, затем бытовой аудиотехники, караоке, а теперь еще сотовой и компьютерной связи. Микрофоны и телефоны существовали уже тогда, когда ни усилителей, ни магнитофонов, ни громкоговорителей еще не было, не говоря уж об электрогитарах или синтезаторах. Микрофон – самый традиционный элемент ввода информации, наряду с телеграфным ключом или клавиатурой.

Элементы интерфейсов, с которыми непосредственно имеют дело пользователи, изменяются медленнее всего. Чаще нравится то, что знакомо и привычно. Однако за время своего существования микрофоны понемногу эволюционировали, и сейчас ими чаще называют сложные устройства, как, например, радиомикрофоны, цифровые микрофоны или USB-микрофоны, в которых традиционная головка является только одним из элементов. В то же время есть немало таких привычных привычных моделей, которые выпускаются неизменными или с минимальными изменениями многие годы.

Чтобы правильно выбрать микрофон для определенной задачи, их нужно как-то различать: по электромеханическим и акустическо-механическим признакам, по принципу работы и конструкции, по частотной характеристике и характеристике направленности, по назначению и области применения, способу крепления или коммутации.

Принцип действия микрофона основан на том, что его чувствительный элемент воспринимает давление воздуха, градиент давления (симметричный/ассиметричный) или скорость перемещения. Микрофоны оцениваются по таким параметрам, как номинальная частотная характеристика и ее равномерность, чувствительность, динамический диапазон, уровень собственных шумов, выходное сопротивление, сопротивление нагрузки на определенной (чаще – 1кГц) частоте, максимальное звуковое давление. Учитывают размер диафрагмы, влияние эффекта близости, эффекта присутствия (presence). В микрофонах, являющихся микрофонными системами, указывают частоту передатчика, частоту сэмплирования и т. д. Сочетания таких принципов и параметров по разным соображениям часто оказываются выделенными в отдельную группу, многие разделения весьма условны, например, профессиональные и потребительские микрофоны. По дизайну и назначению микрофоны бывают ручные, подвесные, головные, инструментальные, настольные, накамерные, «пушки», петличные, эфирные, репортерские, студийные, сценические, конференц-микрофоны, и т.д. Конечно, все они различаются и по цене.

Audio Technica ATR-97 (ATR97) микрофон граничного слоя (pzm)

Наибольшее применение в профессиональной сфере находят динамические и конденсаторные микрофоны. Многие типы микрофонов – уже история, можно встретить такие названия, как электретные, транзисторные, ленточные, пьезоэлектрические PZM-микрофоны (граничного слоя), ламповые, лавалье, поверхностные, стерео, бинауральные и множество других. Что-то в этих названиях, безусловно, связано с маркетингом, однако, если игнорировать маркетинговую классификацию совсем – можно запутаться окончательно.

Устройство микрофонов: а - угольного; б - электромагнитного; в - электродинамического; г - ленточного; д - конденсаторного; е – пьезоэлектрического

Транзисторные микрофоны почти не применяются. В них мембрана воздейсвует на острие-эмитер и сопротивление перехода полупроводникового триода. Они сравнительно чувствительны, но нестабильны и частотная характеристика их неравномерна.

Пьезоэлектрические микрофоны получили ограниченное распространение. Они основаны на пьезоэлектрическом эффекте: вследствие воздействия переменного звукового давления, на обкладках деформируемого пьезоэлектрика возникает переменное напряжение, представляющее собой выходной сигнал такого микрофона. Ограничения применения связаны с усталостью пьезоэлектрических материалов и т.д.

Порошковые (угольные) микрофоны – самые старые, это они со времен Бэлла и до недавнего времени использовались в телефонии. Действие основано на изменении сопротивления угольного порошка от изменения звукового давления.

BLUE Woodpecker – ленточный микрофон

Ленточные микрофоны – наиболее ранние коммерческие микрофоны, отличающиеся большой чувствительностью. Они применяются до сих пор и являются разновидностью электродинамических микрофонов. Лента может быть повреждена воздухом при перемещении микрофона в студии. Ветрозащита связана с определенными трудностями.

Наряду с традициями и правилами использования микрофонов есть место и эксперименту. Существует множество учебных пособий по работе с микрофонами, организуются лекции и занятия. Вместе с тем часто слышны высказывания о том, что способы подзвучивания не описаны в уголовном законодательстве, нет строгих правил, поэтому руководствуйтесь, мол, собственным вкусом и приобретайте свой опыт. Что подходит больше и в каких пропорциях – решать вам.

Микрофоны – это не только инструменты, но и приборы, существуют параметры их стандартизации/классификации и разнообразные регулирующие рекомендации: ANSI, IEC, ГОСТ, AES и EBU.

Shure SM58 – классический динамический микрофон

Динамический микрофон имеет динамическую головку, подобную динамику громкоговорителя. Это заметно, когда ди-джеи, обходясь без микрофона, переключают наушники в микрофонное гнездо микшера, чтобы представиться или попрощаться. Динамические микрофоны – самые распространенные виды микрофонов, если не считать сотовые телефоны и другие портативные цифровые устройства. По сравнению с другими типами микрофонов, большинство динамических отличаются прочностью, они отлично подходят для работы на сцене. Диафрагма динамического микрофона связана с катушкой, находящейся в поле постоянного магнита. Осевые колебания воздуха перемещают диафрагму с катушкой относительно магнита, что приводит к наведению в обмотке переменного электрического потенциала с напряжением и частотой, пропорциональными звуковому давлению и частоте, воздействующими на диафрагму. Масса и инерция диафрагмы, связанной с катушкой, довольно велики. Динамические микрофоны не отличаются чувствительностью в сравнении с конденсаторными, но могут работать при гораздо больших уровнях звукового давления без перегрузки.

ECM-DS30P – электретный микрофон

Мембрана или диафрагма конденсаторного микрофона более легкая и является одновременно обкладкой конденсатора. Второй обкладкой служит так называемая задняя пластина, она же обычно более тяжелая. Конденсатор включен последовательно в цепь с постоянным питанием, диафрагма под воздействием звуковых волн колеблется, обеспечивая пропорциональное изменение емкости, и, как следствие, преобразует постоянное напряжение питания в переменное. Конденсаторные микрофоны всегда имеют согласующий усилитель между входом нагрузки и выходом конденсаторного электроакустического преобразователя.

Neumann U 87 Ai классический конденсаторный микрофон

Микрофонные предусилители обычно выполняются на твердотельных транзисторах, но ламповые предусилители получают все большее распространение, и цена на некоторые из них снижается. «Ламповый микрофон» в данном случае абсолютно маркетинговое название, потому что лампа, как правило, используется лишь в утепляющем контуре и питается пониженным напряжением. Большинство современных конденсаторных микрофонов рассчитаны на фантомное питание напряжением 48 В от специализированного источника либо с микшерного пульта со встроенным отключаемым фантомным питанием. Профессиональные видеокамеры, репортерские рекордеры и компьютерные аудиоинтерфейсы также имеют источники фантомного питания для использования конденсаторных микрофонов при видеосъемке, репортажной записи или компьютерной звукозаписи.

Berliner U77 – ламповый микрофон

Любительские устройства для подкастинга нередко также предоставляют фантомное питание для конденсаторных микрофонов. Последние мало подходят для работы с источниками с большим звуковым давлением. Среди конденсаторных микрофонов различают микрофоны с маленькой и большой мембранами. Микрофоны с большой диафрагмой предназначены для студий. Распространенное заблуждение заключается в том, что конденсаторные микрофоны с большой мембраной воспринимают больше низа. Это не так. Они звучат теплее, их легче перегрузить. Однако на деле конденсаторные микрофоны с маленькой диафрагмой передают лучше все, включая бас. Это оптимальный выбор, если вы хотите получить хорошую подзвучку с быстрым откликом в широком диапазоне частот. Такие микрофоны – естественный выбор при подзвучивании струнных и концертной записи. Конденсаторные микрофоны больше динамических подходят для оверхедов и записи железа. При записи вокала в конденсаторный микрофон обязательно наличие экрана для защиты от задувания, бубнения, взрывных/шипящих согласных и т.п.

AKG C 414 B-XL II – конденсаторный микрофон с большой диафрагмой

Частным случаем конденсаторных микрофонов, не требующих фантомного питания либо использующих пониженное напряжение питания, являются электретные микрофоны. В них пластины конденсатора (задняя пластина или мембрана) сделаны из материалов, способных постоянно держать заряд. Имеющийся в электретных микрофонах источник питает только согласующий усилитель, необходимый в любом конденсаторном микрофоне. Батарейка в проводном микрофоне как раз и является одним из второстепенных признаков электретного микрофона. Преимущество электретных микрофонов перед динамическими – высокая чувствительность при достаточной мобильности, благодаря возможности обходиться без 48 В фантомного питания.

Neumann KM 184 конденсаторный микрофон с малой диафрагмой

Пространственная характеристика микрофонов делит их на направленные и ненаправленные. Направленностью называют значительные изменения чувствительности микрофона при смещении источника относительно оси, вдоль которой происходят наибольшие перемещения диафрагмы (колебания имеют наибольшую амплитуду). Ненаправленный микрофон имеет равномерную (круговую) характеристику чувствительности. Равномерную кривую направленности со значительным спадом в задней полусфере, вдоль оси, перпендикулярной к мембране называют «кардиоидной» (cardio – сердце).

Для описания такого вида характеристики у односторонне направленных микрофонов используется параметр «перепад чувствительности фронт/тыл». Если такая диаграмма вытянута вдоль акустической оси (перпендикулярной к диафрагме), а перепад

Кардиоида

чувствительности больше, чем у кардиоидного микрофона, мы говорим о суперкардиоиде. В случае резкого уменьшения чувствительности микрофона при отклонении от акустической оси, мы говорим о гиперкардиоиде и остронаправленном микрофоне. Существуют также двусторонне направленные микрофоны с характеристикой чувствительности в виде 3D-восьмерки, расположенной вдоль акустической оси. Направленность в большей степени проявляется в отношение высоких частот и меньше – низких.

Суперкардиоида

Большинство профессиональных микрофонов имеют переключатели направленности. Это делается применением нескольких обмоток и даже нескольких капсулей в одном копусе. Чувствительные элементы располагаются акустически различным образом и по-разному коммутируются так, что характеристика меняется в зависимости от включения. Можно выбрать одну из характеристик: от ненаправленной до противоположно направленной, односторонне направленной и направленной остро (противоположные фазы, сигнал складывается или вычитается и т.д.).

Гиперкардиоида

Переключатели располагаются на корпусе или на блоке питания микрофона. За счет применения нескольких капсулей в некоторых случаях расширяется частотный диапазон микрофона, для обратных целей используют обрезные фильтры и встроенные атенюаторы для «завала» низких частот и защиты от низкочастотной вибрации.

Чувствительность микрофона выражается соотношением выходного напряжения к звуковому давлению в милливольтах на паскаль (мВ/Па).

Ненаправленная

Измерение чувствительности производится на частоте 1кГц.

Класс микрофона напрямую зависит от номинального диапазона воспринимаемых частот и равномерности частотной характеристики. Чем шире НДП, тем выше классом такой микрофон. Разница между максимальной и минимальной чувствительностями микрофона в номинальном диапазоне частот описывает неравномерность частотной характеристики.

Двусторонне направленная (восьмерка)

Ровная ЧХ предпочтительна при подзвучивании слабо артикулированных инструментов; микрофоны с неравномерной ЧХ, имеющие подъемы в том или ином диапазоне частот, способны сделать ярче, разборчивее вокал, перкуссию или гитарное соло.

Коммутация профессиональных микрофонов осуществляется с применением электрической развязки – т. н. симметричным соединением – аналоговым (XLR) или цифровым (AES/EBU). Но подробнее – в другом материале о микрофонах.