1. Понятие звука. Характеризующие составляющие звука.

Звук –это распространяющиеся в упругих средах – газах, жидкостях и твёрдых телах – механические колебания, воспринимаемые органами слуха. физическое явление в виде распространения звуковых колебаний в воздухе или ощущения слушателя. Как и любая волна, звук характеризуется амплитудой и спектром частот.

Громкость — это уровень мощности, которая пропорциональна амплитуде звукового сигнала. Громкость определяют в дБm — относительно стандартного значения 1 мВт. Тогда шкала приобртает абсолютное значение.

Субъектино ухо воспринимает не мощность, а звуковое давление на барабанную перепонку. Чем же отличается уровень звука от мощности? Мощность звука — это совокупная звуковая энергия, которую излучает источник звука, например громкоговоритель. Звуковое давление — это звуковая энергия, которая попадает на единицу площади, удаленную от источника звука на расстояние 1м

Звуково́е давле́ние — переменное избыточное давление, возникающее в упругой среде при прохождении через неё звуковой волны. Единица измерения — паскаль (Па).

Те́мбр (фр. timbre — «колокольчик», «метка», «отличительный знак») — колористическая (обертоновая) окраска звука; одна из специфических характеристик музыкального звука (наряду с его высотой, громкостью и длительностью).

По тембрам дифференцируют (отличают друг от друга) звуки одинаковой высоты и громкости, но исполненные на различных инструментах, разными голосами, или же на одном инструменте, но разными способами, штрихами и т. п.

Высота звука - определяется частотой звуковой волны (или, периодом волны). Чем выше частота, тем выше звучание

Высота звука измеряется в герцах (Гц, Hz) или килогерцах (КГц, KHz). 1 Гц = 1/С. То есть колебание в 1 Гц соответствует волне с периодом в 1 секунду.

2. Диапазон звуковых волн воспринимаемый человеком .Понятия ультразвука, инфразвука.

Обычно человек слышит звуки, передаваемые по воздуху, в диапазоне частот от 16—20 Гц до 15—20 кГц^[1]. Звук ниже диапазона слышимости человека называют инфразвуком; выше: до 1 ГГц, —ультразвуком

Ультразвук — упругие звуковые колебания высокой частоты. Человеческое ухо воспринимает распространяющиеся в среде упругие волны частотой приблизительно до 16-20 кГц; колебания с более высокой частотой представляют собой ультразвук (за пределом слышимости). Обычно ультразвуковым диапазоном считают полосу частот от 20 000 до миллиарда Гц. Звуковые колебания с более высокой частотой называют гиперзвуком. В жидкостях и твердых телах звуковые колебания могут достигать 1000 ГГц. Применение: биология.

Инфразву́к (от лат. infra — ниже, под) — упругие волны, аналогичные звуковым, но имеющие частоту ниже воспринимаемой человеческим ухом. За верхнюю границу частотного диапазона инфразвука обычно принимают 16—25 Гц. Нижняя же граница инфразвукового диапазона условно определена как 0.001 Гц. Практический интерес могут представлять колебания от десятых и даже сотых долей герц, то есть с периодами в десяток секунд.

Природа возникновения инфразвуковых колебаний такая же, как и у слышимого звука, поэтому инфразвук подчиняется тем же закономерностям, и для его описания используется такой же математический аппарат, как и для обычного слышимого звука (кроме понятий, связанных с уровнем звука). Инфразвук слабо поглощается средой, поэтому может распространяться на значительные расстояния от источника.

3. Принцип действия микрофона. Разновидности микрофонов.

Принцип работы микрофона заключается в том, что давление звуковых колебаний воздуха, воды или твердого 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.( Пьезоэлектри́ческий эффе́кт — эффект возникновения поляризации диэлектрика под действием механических напряжений (прямой пьезоэлектрический эффект). Существует и обратный пьезоэлектрический эффект — возникновение механических деформаций под действием электрического поля.)

Большое влияние на характеристики микрофона оказывает его механоэлектрическая часть.

Существует несколько разновидностей микрофонов:

электростатические (или конденсаторные или емкостные),

катушечные (динамические)

ленточные микрофоны.

Кроме названных типов, существуют и другие принципы, заложенные в основу работы микрофонов. В их число входят: кристаллические (пьезоэлектрические), карбоновые, магнитострикционные , индукторные и ионные микрофоны.


Почти все рассмотренные системы микрофонов используют для своей работы диафрагму - поверхность, которая механически восприимчива к звуковым волнам.  

Микрофоны также различаются по способу воздействия воздушного давления на движения диафрагмы. Это определяет характеристики направленности микрофонов и является особенно важным фактором для их использования.

В конструкции микрофона может быть предусмотрено изменение выходных характеристик в зависимости от угла поворота относительно оси, но при этом не должно происходить потери его чувствительности к заданному диапазону частот. К сожалению, это почти невыполнимое требование. Поэтому, в реальной жизни находят величину такого полезного угла, для которого названные условия, более или менее, удовлетворяются.

4. Основные требования предъявляемые к микрофонам. Характеристики микрофонов определяющие их условия эксплуатации.

К характеристикам микрофонов, которые определяют условия для их эксплуатации, можно отнести следующие:


Чувствительность.

Выражается в дБ по отношению к 1 Вольт на Паскаль

Чувствительность характеризует восприимчивость к мощности производимого сигнала. На практике, большинство профессиональных микрофонов имеют выходное напряжение в пределах 10 дБ.
Границы чувствительности микрофонов могут быть определены через понятия уровней звукового давления.
Например, микрофон с определенным верхним пределом в 130 считается обладающим низким уровнем перегрузки по отношению к уровням звука, которые являются близкими к болевому порогу, хотя в то же время, это может быть малой
величиной для случая близкого восприятия звука мощного голоса певца. Нижняя граница
 чувствительности (называемая "эквивалентом уровня шумов") порядка 20 дБ означает, что электрические шумы микрофона больше уровня звукового давления безмолвной студии звукозаписи не более чем на 20 дБ.


Надежность.

Динамические микрофоны особенно устойчивы к проявлениям небрежного или грубого обращения, которое может иметь место вне пределов студии. Электростатические микрофоны, наоборот, требуют к себе более бережного отношения.  Некоторые микрофоны обладают специальными предохранительными прокладками между капсулой (и связанной с ней электроникой) и ручкой микрофона. Ограниченная чувствительность к низкочастотной области также в значительной мере способствует их стабильности в работе. Ленточные микрофоны являются менее пригодными, так как их ленточная диафрагма имеет резонансную частоту в районе 40 Гц, которая достаточно легко возбуждается от небольших движений или даже от шума аудитории. Кабели и разъемы, используемые во время представления, также должны быть проверены на наличие шумов при эксплуатации.


Чувствительность к ветру.

Внезапные порывы ветра способны вызвать случайные изменения градиента воздушного давления. Поэтому микрофоны, в основу работы которых заложен этот принцип, являются менее пригодными для эксплуатации. Ленточные микрофоны, имеющие тонкую ленточную диафрагму, в особенности показывают отрицательные характеристики. Для этих случаев очень важно применять защитные противоветровые экраны нужной конфигурации

Соответствие волновых сопротивлений. 

Как правило, микрофонная система должна подходить под импеданс аппаратуры, к которой она должна быть подключена. Если это условие будет нарушено, то между соединительными компонентами возникнут нежелательные отражения сигнала, которые могут в конечном счете повлиять на частотное реагирование. На практике, для обеспечения лучшей совместимости систем, волновое сопротивление микрофона выбирается на одну треть меньше импеданса соединяемого с ним устройства.


Чувствительность к изменениям, температуры и влажности.

Конденсация влажности на поверхности диафрагмы микрофонов приводит к увеличению ее инерции и к временной потери чувствительности. Если электростатический микрофон хранился или транспортировался в холодных условиях, его характеристики будут особенно подвержены климатическому воздействию.


Изменение частотного восприятия .

Некоторые виды микрофонов имеют переключатели, способные качественно изменять восприимчивость системы к определенным диапазонам частот. Эти переключатели могут располагаться как на самом микрофоне, так и на отдельных контрольных устройствах. Кроме названных, на микрофонах могут присутствовать специальные регуляторы контроля низких частот.

5. Частотная восприимчивость. Апроксимация. Импеданс.

Частотная восприимчивость.

В практическом смысле, даже высококачественные микрофоны не имеют идеально ровной частотной  восприимчивости. При использовании достаточно дорогих моделей микрофонных систем в их
направленных свойствах можно найти пики и провалы в характеристиках восприимчивости, составляющие
порядка 3-4 дБ. Однако это не сказывается на их работе. До недавнего времени считалось довольно
трудоемким создать микрофонную систему с заданным уровнем реагирования по всему аудиодиапазону. В
наши дни, присущие микрофонам отклонения в характеристиках, стараются использовать с более
выгодной стороны. Кроме того, микрофоны одной и той же модели могут отличаться друг от друга своими
показателями на величину 2 (или более) дБ. К счастью, для потребителей эти величины не являются
принципиальными, так как погрешности в восприимчивости перекрываются особенностями реверберации и акустики залов. Случается, что пиковый уровень восприимчивости, находящийся на микрофонной оси, позволяет создать благоприятный прием сигналов, поступающих на систему под другими углами.
Некоторые микрофоны, например, могут иметь достаточно сильный провал в области низких частот, что делает их абсолютно непригодными для определенных инструментов, а следовательно, и всего оркестра.

Однако, для профессиональных микрофонов наиболее обычным явлением считается "потеря" верхнего диапазона - от 12 кГц. С другой стороны, существуют системы, которые характеризуются отличной восприимчивостью к верхним частотам (более 12 кГц), но при этом требуют строгого расположения источника звука на оси микрофона.


Наиболее распространенным и довольно серьезным дефектом для всех микрофонов является их выраженная восприимчивость для области частот немного выше средних. За исключением тех случаев, в которых происходит
четкое отслеживание тракта сигналов, потребителям приходится довольствоваться идеализированными характеристиками и диаграммами, которыми производители данных систем снабжают каждый микрофон. Поэтому, указанный дефект не представлен в явной форме в сопроводительной документации.
Размер микрофона может влиять на его частотное реагирование. Другими словами, чем больше диафрагма и носитель, тем сложнее для инженеров создать более ровную и широкую характеристику максимальной восприимчивости (но легче обеспечить более сильный сигнал).

Эффект близости (Апроксимация)

По своей природе метод использования градиента давления вызывает искажение частотного восприятия, называемое "эффектом близости" или "скачком низких частот": микрофон, помещенный достаточно близко к источнику звука вызывает выраженное звучание низкого диапазона. Расстояние, при котором вступает в силу подобное явление, зависит от разницы в длине прохождения сигнала до передней, а затем до задней поверхности диафрагмы. Низкочастотный скачок происходит всякий раз, когда источник звука находится настолько близко, что разница в путях прохождения сигнала является соизмеримой величиной по отношению к этому расстоянию, а также по причине убывания (распространяющихся от центра) сферических волн пропорционально квадрату их расстояния до источника.
Градиент давления состоит из двух компонентов. Одна из них является результатом фазовой разницы для двух волновых точек, разделенных расстоянием между передней и задней частями диафрагмы. Другая составляющая характеризует изменение интенсивности с расстоянием. В низкочастотной области микрофоны, использующие
метод градиента давления, достаточно чувствительны даже к небольшой разнице в фазах. В результате этого при очень близком источнике звука, провал в интенсивности может составлять большую величину. Собственно говоря, расстояние, при котором проявляются подобные аномалии, зависит от длины волны.

Для частот верхнего и среднего диапазонов эти расстояния достаточно малы, чтобы представлять практическую опасность; только в низкочастотной области, при рабочих расстояниях от микрофона до источника звука, этот эффект способен принимать существенные значения. Чем больше разница в путях прохождения, тем шире диапазон частот, для которых эффект близости будет иметь место.
Бинаправленные ленточные микрофоны, характеризующиеся существенной разницей в путях прохождения сигнала (при достижении равных значений чувствительности), должны считаться наиболее типичными представителями подобного рода эффекта. В отдельных случаях он уже проявляется на расстоянии в 50 см, становясь все более заметным с уменьшением расстояния. Однако все микрофоны направленного действия, которые используют метод градиента давления, способны проявлять этот эффект и под определенными углами воздействия.
Некоторые направленные микрофоны имеют своего рода компенсаторы для устранения или сглаживания эффекта близости, возникающего на определенном расстоянии. При этом смещения вперед или назад от этой фиксированной позиции вызывают изменения в соотношениях между низкими и средними частотами, которые не могут быть устранены простой регулировкой громкости. Более того, подобные перемещения также способны изменить отношение прямого и непрямого сигналов.

При профессиональном использовании микрофоны могут обладать очень незначительными размерами и быть необычайно легкими по весу; они могут легко фиксироваться на музыкальных инструментах или специальных держателях, позволяющих проводить отстройку нужного угла по направлению к источнику звука.

При этом, такое близкое расстояние до источника, при котором может происходить потеря чувствительности и присутствовать высокочастотные шумы, считается вполне приемлемым с точки зрения удовлетворительного качества.
Для кардиодного микрофона полезный угол реагирования представляет из себя широкий пространственный конус и составляет примерно 120 градусов со стороны активного приема. Величина полезного угла может быть расширена и до 180 градусов, но в этом случае будет наблюдаться некоторое снижение восприимчивости в граничных значениях.

Импеданс (impedance) — электрическое сопротивление, которое микрофон оказывает проходящему сквозь него току. В этом отношении микрофоны принято делить на высоко- и низкоимпедансные. Высокоимпедансные микрофоны (от 5 до 10 KилоOм) обладают более высоким уровнем сигнала и часто используются в бытовой и полупрофессиональной записи. Низкоимпедансные микрофоны (250 Ом и менее) обычно применяются в профессиональных студиях. Несмотря на сравнительно низкий выходной уровень, они менее чувствительны к посторонним помехам и шуму и качественно воспроизводят высокие частоты даже при использовании длинных кабелей.

Эффект близости (proximity effect) — эффект, наблюдаемый при использовании динамических микрофонов в непосредственной близости от источника звука. Он вызван тем, что звук поступает в микрофон по двум направлениям (спереди и сзади). Возникающие при этом фазовые искажения приводят к усилению низкочастотных составляющих звука. Чем ближе источник звука к микрофону, тем больше разность длины звуковых путей и, соответственно, больше усиление низких частот. Многие опытные вокалисты умело используют этот эффект, достигая нужного им звучания, однако в ряде ситуаций он может приводить к существенному ухудшению звучания. Как бы то ни было, этот эффект никогда не следует упускать из виду. Например, при снятии звука басового барабана (бочки) у вас может возникнуть необходимость немного отодвинуть от него микрофон, чтобы уменьшить уровень сигнала. При этом, однако, будет ослаблен эффект близости и ухудшится воспроизведение низких частот, составляющих существенную часть звучания бочки , что приведет к необходимости соответствующей частотной коррекции. (Именно поэтому звукорежиссёры и владельцы студий так нервничают, когда кто-нибудь начинает переставлять тщательно настроенные микрофоны.)

6. Обратная связь. Направленность микрофонов. Типы микрофонов.

Обратная связь (завод, feedback) — слабость, которой в той или иной степени подвержены абсолютно все микрофоны (хотя в студийных условиях это может быть и не очень заметно). Обратная связь возникает тогда, когда поступающие от микрофона сигналы воспроизводятся колонками или студийными мониторами и снова попадают в микрофон. Если не принять мер по предотвращению этого процесса, он будет продолжаться непрерывно, с постоянным возрастанием амплитуды «паразитных» сигналов, в результате чего возникнет характерный «воющий» или «свистящий» звук. Для того, чтобы избавиться от обратной связи, следует как можно тщательнее выбирать микрофон с необходимой диаграммой направленности и правильно ориентировать его по отношению к источникам звука (колонкам и мониторам). В ряде случаев обратную связь можно предотвратить, вырезав эквалайзером ту частоту, на которой она происходит. При этом общая громкость снимаемого микрофоном сигнала останется практически неизменной.

Направленность микрофонов.

По характеру направленности действия все микрофоны можно разбить на несколько основных категорий.

Всенаправленные микрофоны.

Эта категория микрофонов, в идеальном случае, одинаково воспринимает сигналы со всех возможных направлений. В основу их работы положено свойство реагирования на изменение воздушного давления с последующим его преобразованием в электрический сигнал. Большинство динамических и электростатических микрофонов работают по этому принципу. При этом, диафрагма открыта для доступа воздушного давления только с одной стороны.

Бинаправленные микрофоны.

Их действие определяется разницей в давлении (градиентом давления) между
двумя последовательными точками вдоль распространения звуковой волны. Если микрофон помещен в стороне от направления звуковой волны, то давление для этих двух точек будет одинаковым и никакого электрического сигнала генерироваться не будет. Таким образом можно сказать, что этот микрофон будет "глух" к сигналам, поступающим со
стороны и "активен" к тем сигналам, которые приходят на микрофон с переднего или заднего направлений.
При пространственном движении вокруг микрофона его восприимчивость к боковым сигналам начинает
снижаться и графическая характеристика направленности приобретает вид "восьмерки". Активный угол действия микрофона обычно составляет 100 градусов для каждого из противоположных направлений. Но сигнал, приходящий на микрофон с задней стороны находится в противофазе с передним сигналом.

Кардиоидные микрофоны.

Микрофоны этой категории отличаются "сердцеобразной" характеристикой восприимчивости. Это достигается совмещением выходов микрофонов, использующих давление и градиент давления в качестве основных функциональных свойств. При этом, восприимчивость в прямом направлении оси для обеих микрофонных систем должна быть одинаковой.

Суперкардиоидные и гиперкардиоидные микрофоны.

Функциональной особенностью этих микрофонных систем является применение различных комбинаций из методов, использующих давление и градиент давления для работы в заданном диапазоне. Полярные диаграммы, отражающие гамму возможных вариантов, будут изменяться от всенаправленной через кардиоидную, суперкардиоидную и гиперкардиоидную к бинаправленной диаграмме.

При этом, качественные характеристики направленности внутри этих границ можно рассматривать с двух точек зрения. В одном случае, во внимание принимается отношение уровней сигналов, поступающих с прямого и обратного направлений. Это отношение для всенаправленных и бинаправленных систем выражается как 1:1 и достигает своего максимума 13:1 в промежуточном положении. В другом случае, оценивают систему с позиции неустойчивого приема сигналов с других направлений: на практике, эта величина выражается в виде отношения полного угла направленности к величине угла, в котором микрофон показывает наиболее эффективные значения приема. Оно составляет 1:1 для всенаправленных микрофонов, 3:1 для кардиоидных и бинаправленных систем, и несколько выше (4:1) для промежуточных положений между двумя последними.


Комбинации систем, использующих принципы давления и градиента давления в различных пропорциях, весьма полезны для уменьшения величины поступающей на вход реверберации и сокращения уровня нежелательных шумов. Помимо микрофонов, обладающих единственной характеристикой направленности, существуют микрофонные системы, которые позволяют переключать встроенные комбинации для изменения полярных характеристик. При выборе микрофонов с позиции диаграмм направленности следует помнить, что ширина пиковых значений будет становиться меньше при усилении действия компоненты с градиентом давления.

Узконаправленные микрофоны.

Эти микрофоны характеризуются большой величиной нечувствительности к сигналам с обратного и боковых направлений. Примечательны также и размеры этих микрофонных систем: в них используются параболические экраны для концентрации сигналов в фокусе микрофона, применяются длинные цилиндрические трубки вдоль основной микрофонной оси и т.д. Частотная восприимчивость выражается очень узкой характеристикой диаграммы направленности для высоких частот, но принимает более широкое и вместе с тем малое по уровню значение для сигналов, длина волны которых превышает основные размеры самого микрофона

Типы микрофонов

Узконаправленные микрофоны.

Для реагирования в очень узком направлении микрофонная капсула помещается внутри сфокусированного звукового поля. Наиболее распространенным методом для такого решения является использование явления интерференции в "пистолетных" микрофонах, называемых также "линейными" микрофонами.
Наиболее ранние конструкции имели пучок из большого количества узких трубок различной длины с заключенной в специальный объем диафрагмой. Когда трубки направлялись на источник сигнала, звуковое давление (при движении вдоль этих трубок) проходило одинаковое расстояние вне зависимости от их длины и не оказывало влияние на звуковой сигнал. Однако для звуков, поступавших под углом к основному направлению, возникало большое количество путей различной протяженности.
Подобные линейные микрофоны нашли широкое применение при локальной работе в художественных и телевизионных фильмах. Они, в некоторой степени, чувствительны к посторонним низкочастотным шумам, однако при использовании НЧ фильтра (во всех случаях работы на открытом воздухе) влияние этих вредных помех сокращается значительно. Некоторые из микрофонов для удобства управления во время действия оборудованы специальной (как у пистолета) рукояткой.Ветровые экраны для таких микрофонов довольно громоздки по своим размерам и несколько стесняют движения оператора при художественной съемке и, кроме того, они могут случайно попасть в поле обзора камеры. Сильные порывы ветра, независимо от принятых мер защиты или окружающих экранов, могут вызвать даже кратковременное замирание всего сигнала. Иными словами, существенной разницы между линейными и персональными  микрофонами не существует, однако для использования на открытом воздухе предпочтение отдается линейным системам.

При использовании микрофонов внутри помещений или в залах с искусственно построенной "реальной" акустикой их направленные свойства несколько снижаются, так как случайная фаза реверберации не дает определенного режима подавления частот. Поэтому, для внутренних работ их восприятие не может быть лучше (или значительно хуже) обычного реагирования самой капсулы. Только в случае близкого расположения к источнику звука (что теряет смысл применения линейного улавливателя) можно пренебречь влиянием посторонней реверберации.

Однако, для глухих кино- и телестудий применение таких микрофонов может быть оправдано в случае, когда требуется на основном фоне шумного действия выделить отдельные звуковые моменты, что позволяет разместить микрофонные системы несколько дальше от источников, чем при использовании обычных направленных микрофонов. При этом, увеличение частотного реагирования для верхнего диапазона увеличивает разборчивость сигнала.

Микрофоны с менее длинным стволом, порядка 25 см, могут также применяться для работы внутри помещений. Но в этом случае, мы сталкиваемся со знакомой проблемой направленных микрофонов -эффектом близости.

К счастью, его конструкция предусматривает устранение этого эффекта благодаря длине самой трубки, а его остаточное влияние убирается низкочастотными компенсаторами. Некоторые микрофоны продаются в виде наборов, которые, в зависимости от обстоятельств, позволяют применять одну капсулу (как электростатический кардиоид) или вместе с интерферентной трубкой.
При улавливании очень слабых сигналов параболические отражатели имеют одно очень значительное преимущество: их направленные свойства основаны на акустическом усилении звука (в пределах 20 дБ) перед его попаданием на микрофон. Это обеспечивает намного лучшее отношение сигнала к шуму, чем в случае обычного микрофона с аналогичной капсулой, использующего для работы фазовое подавление. Поэтому рефлектор широко используется, например, при записи пения птиц, а также в тех случаях, где его громоздкие размеры и слабая низкочастотная
восприимчивость не являются принципиально существенными. Для высоких частот звук может быть буквально сконцентрирован в одну точку или при небольших отклонениях от оси, быть слегка не в фокусе, что позволяет несколько расширить лепесток диаграммы направленности; последний режим применяется более часто. Преимущество рефлекторных систем над линейными заключаются в том, что они одинаково ровно работают как внутри помещения, так и на открытом воздухе. При испытании в помещениях с высоким уровнем реверберации (подземный гараж) рефлекторные микрофоны, при расстоянии в два раза большем до источника звука, показали лучшие результаты восприимчивости, чем сразу две линейные системы.

Шумоподавляющие микрофоны.

Существует несколько способов избавиться от влияния шумов: один из них заключается в изоляции пользователя, например, спортивного комментатора в специальной звуконепроницаемой кабине. Однако, комментаторские кабины не являются абсолютно "глухими" по отношению к низкочастотным
составляющим шума зрителей и, кроме того, могут вызвать нежелательное явление резонанса.

Другим приемом является расположение всенаправленного микрофона непосредственно около рта говорящего
человека. Но при очень шумном окружении это также не обеспечивает идеального баланса между голосом и посторонними звуками, и если они будут значительной величины, то произвести необходимую корректировку
не представляется возможным. Для получения лучшего результата следует произвести разделение голосового источника и источника звука окружающей среды. Одним из таких микрофонов, который
способен выполнить эти требования практически при любых обстоятельствах, даже для случая комментатора, говорящего нормальным голосом на фоне ревущей вокруг него толпы зрителей, является "губной ленточный микрофон".
В таком микрофоне лента располагается довольно близко около рта человека. Используя для работы градиент давления, описываемая система из-за малого расстояния до источника звука подвержена появлению низкочастотного скачка (эффекта близости). Окружающий звуковой фон не вызывает этого эффекта, так как распространяется от различных удаленных источников. Если для губ и ленты выбрано совершенно определенное расстояние, скажем чуть более 5 см, и для обеспечения благоприятной восприимчивости сигнала па таком расстоянии проведена выравнивающая корректировка, то низкочастотный уровень окружающего шума будет также уменьшен в тех же пропорциях.
Очевидно, что чем ближе к губам располагается лента, тем лучше будет прием, если только не забывать о взрывных согласных голоса и о шумных выдохах или вздохах человека. При фиксированном расстоянии в 54 мм, которое достигается установкой предохранительного барьера для верхней губы, эти факторы устраняются при помощи ветровых экранов (которые из-за их близости к носу и губам человека выполняются из неметаллических материалов), предохраняя, таким образом, сам ленточный элемент с задней стороны магнита.
Отдельные модели микрофонов располагают выравнивающими свойствами для различных уровней низких частот (однако, в целом, подавление шума на 10 дБ при 300 Гц увеличивается до 20 дБ при 100 Гц).

Для разговорной речи необходимо, чтобы высокочастотное реагирование находилось в пределах до 7 кГц; выше этого значения чувствительность микрофона заметно снижается. Эти значения должны находиться в соответствии с режимом предельно тесной работы и восьмиобразной характеристикой реагирования (для побочных шумов).

Напольные микрофоны.

Для исполнителей, стоящих во время действия, микрофон может быть размещен на
достаточно высокой подставке (или кронштейне), которая должна обладать определенной устойчивостью и массивным основанием. Обычно такие подставки делаются телескопическими.

При долгом обзоре действия, такая система диктует определенное вертикальное восприятие видовой композиции, поэтому следует помнить о чистоте поверхности таких держателей. Любой кронштейн, держащий микрофон, должен быть достаточно изящным и одновременно удобным для извлечения из него микрофона.Некоторые микрофоны, на уровне лица, имеют только электростатическую капсулу, которая через трубчатую конструкцию подставок соединяется проводами с отдельно расположенным усилительным элементом. В этом случае необходимо строго рассчитывать полезную длину соединительных кабелей. Некоторые микрофонные системы поступают в продажу в виде наборов из капсул для всенаправленного и кардиодного реагирования, а также с различными приспособлениями для подставок или кронштейнов, иногда в форме "журавля" для удобства установки требуемого угла направленности, не прибегая к помощи рук.

Ручные микрофоны.

Как правило, такие системы имеют вытянутую форму для удобства эксплуатации. Если диафрагма в этих микрофонах располагается в верхней части, то расстояние до рта исполнителя не может быть заранее рассчитано для избежания эффекта близости. По этой причине микрофоны должны обладать всенаправленными свойствами реагирования в области низких частот. Дополнительным преимуществом таких систем является также их слабая восприимчивость к ветровым шумам.
Так как микрофон должен обладать достаточно хорошим приемом средних и высоких частот (что естественно для его направления на рот исполнителя), его высокочастотный лепесток диаграммы направленности должен быть достаточно широким, чтобы обеспечить хорошую работу под различными углами поворота микрофона. Если направление
главного приема совпадает с осевым, то для области высоких частот имеет место значительное увеличение
реагирования. Наиболее профессиональные исполнители пользуются этим эффектом в специальных целях.
Надежность и отсутствие шумов при эксплуатации, являются основными требованиями к микрофонам, чувствительность при этом играет меньшую роль; микрофон, как правило, держится очень близко ко рту исполнителя, что влияет на внешнее восприятие, но предохраняет от воздействия посторонних шумов.

ПЗМ микрофоны.

Обычно микрофоны располагаются подальше от отражающих поверхностей, так как они создают зоны интерференции. Однако, если диафрагма будет двигаться по направлению к такой поверхности, этот эффект будет распространяться через весь диапазон частот до тех пор, пока расстояние не составит 1.2 см, что соответствует самой верхней звуковой октаве человеческого восприятия и, следовательно, для речевого и вокального исполнения не будет иметь большого значения. При более малом расстоянии произойдет полное восстановление частотного диапазона. Это привело инженеров к созданию, так называемых, ПЗМ - микрофонов (от английского: Pressure Zone Microphones).
Для звуковой волны, приближающейся под прямым углом к твердой и прочной поверхности, микрофон реагирует только на изменение давления, а не на его градиент, однако, расположенный вдоль поверхности, он будет воспринимать изменения градиента. Таким образом, направленная система будет только эффективно работать при ее параллельном расположении к стене. Другими словами, кардиоидный микрофон, находящийся около стены,
должен иметь положение диафрагмы, перпендикулярное к поверхности стены и быть направленным на объект действия. Это предполагает создание специальных микрофонов для таких условий работы, хотя при заключении обычного микрофона в соответствующий мягкий защитный чехол, он достаточно хорошо выполняет предписанные ему функции. Такой вариант системы получил название "микрофонной мыши".

Персональные микрофоны.

Микрофоны, так называемой "обтекающей формы", могут быть одеты вокруг шеи
наподобие обычного ожерелья, но с меньшим видимым эффектом. Общее название, которое достаточно прочно закрепилось за ними, носит понятие "персонального микрофона". Размеры их капсул настолько малы, а дизайн выполнен в такой деликатной манере, что они практически неуловимы для глаза и могут крепиться к деталям одежды исполнителя или пользователя. Такой микрофон должен носить характер всестороннего реагирования, и хотя его
расположение выбирается довольно близко к лицу говорящего, расстояние до него не может
быть заранее достаточно точно определено. Обычно для таких систем используются электреты.
Эти микрофоны работают достаточно хорошо в силу того, что природа той части человеческой речи, которая попадает на вход микрофона, носит также всенаправленный характер. Однако и здесь присутствует некоторая
потеря высоких частот, особенно если микрофон спрятан под деталью одежды.


Персональные микрофоны должны быть предельно легкими по весу и крошечными по своим размерам, но вместе с тем они должны быть достаточно надежными, так как могут подвергаться неожиданным толчкам или ударам
при эксплуатации. Некоторые электростатические системы имеют отдельно расположенный усилительный элемент, с которым капсула микрофона соединяется специальным коротким кабелем. Этот шнур выполняется достаточно тонким и еле заметным по цвету, однако он также подвержен влиянию шумов при трении об одежду. Существуют еще более мелкие системы, шнуры в которых спрятаны в самой конструкции, а также микрофоны, усилительный микроэлемент которых находится непосредственно в самой миниатюрной капсуле.

7. Громкоговорители-классификация, функциональные виды.

Громкоговоритель — устройство для преобразования электрических сигналов в акустические и излучения их в окружающее пространство (обычно — воздушную среду). Состоит из одной или нескольких излучающих головок, которые собственно и являются источниками звука, а также акустического оформления, необходимого для более эффективного излучения звука в заданной полосе частот.

Функционально к громкоговорителям близки телефоны (наушники), однако в отличие от громкоговорителей они не предназначены для излучения звука в открытое пространство. Громкоговоритель, выполненный в виде закрытого корпуса той или иной формы (чаще параллелепипед, куб) называется акустической системой или (неправильно) колонкой.

Классификация громкоговорителей

Виды громкоговорителей в зависимости от способа излучения звука

• Электродинамический громкоговоритель — в нём источником механических колебаний диффузора является лёгкая катушка, движущаяся в поле мощного магнита.

• Электростатический громкоговоритель — основан на электростатическом взаимодействии тонких мембран, между которыми приложено высокое напряжение

• Пьезоэлектрический громкоговоритель — основан на пьезоэффекте.

• Электромагнитный громкоговоритель — в нём диффузор из магнитных материалов движется под действием магнитного поля электромагнита

• Ионофон

• Громкоговорители на базе динамических головок специальных видов (магнепланарных, изодинамических, ленточных, ортодинамических, излучателях Хейла)

Функциональные виды громкоговорителей

• Акустическая система — громкоговоритель, предназначенный для использования в качестве функционального звена в бытовой радиоэлектронной аппаратуре, имеет высокие характеристики звуковоспроизведения; основная статья — Акустическая система

• Абонентский громкоговоритель — громкоговоритель, предназначенный для воспроизведения передач низкочастотного канала сети проводного вещания; основная статья — Абонентская радиоточка

• Концертный громкоговоритель — имеет большую громкость в сочетании с высоким качеством звукопередачи

• Громкоговорители для систем оповещения и систем озвучивания помещений (громкоговорители этих систем похожи по назначению, несколько отличаются громкостью и качеством звуковоспроизведения)

  • Настенный громкоговоритель

  • Потолочный громкоговоритель

  • Панельный громкоговоритель

• Уличный громкоговоритель — имеет большую мощность, обычно, рупорное исполнение, в просторечии «колокол»

• Специальные громкоговорители для работы в экстремальных условиях — противоударные, противовзрывные, подводные

• Другие специальные виды громкоговорителей

8. Динамические громкоговорители-устройство, принцип действия. применение. технические характеристики динамической головки.

Головка электродинамической системы является электроакустическим преобразователем электрического сигнала в продольные колебания воздуха, воспринимаемые как звук. На рисунке можно видеть основные части громкоговорителя.

Подвес

Гофрированный гибкий подвес (краевой гофр, «воротник») должен обеспечивать сравнительно низкую резонансную частоту (то есть иметь высокую гибкость); плоскопараллельный характер движения (то есть отсутствие крутильных и других видов колебаний) подвижной системы в обе стороны от положения равновесия и эффективное поглощение энергии резонансных колебаний подвижной системы. Кроме того подвес должен сохранять свою форму и свойства во времени и под воздействием климатических факторов внешней среды (температуры, влажности и др.). С точки зрения конфигурации (формы профиля), значительно влияющей на все указанные свойства, наибольшее распространение имеют полутороидальные, sin-образные, S-образные подвесы и др. В качестве материалов для подвесов НЧ ГГ применяют натуральные резины, пенополиуретаны, прорезиненные ткани, натуральные и синтетические ткани со специальными демпфирующими покрытиями.

Диффузор

Диффузор — основной излучающий элемент громкоговорителя, который должен обеспечивать линейную АЧХ в заданном диапазоне частот. В современных конструкциях для НЧ-динамиков 8—12" — это до 1 кГц, НЧ-СЧ-динамиков 5—7" — до 3 кГц, ВЧ-динамиков — до 16 кГц.

Диффузоры по типу материала бывают:

• жесткие (керамические, алюминиевые) обеспечивают наименьший уровень искажений, за счет меньшего изгиба поверхности диффузора, но при этом у них слишком большая добротность, а значит — ярко выраженный пик резонанса. Задача производителя — сдвинуть этот пик за пределы рабочих частот. В то же время эти динамики занимают верхние ценовые позиции;

• полужесткие (из стеклоткани или кевлара со связующей полимеризованной и запеченной смолой, «сэндвичи») — компромиссный вариант между мягкими и жёсткими. Дают больше искажений, но имеют более низкий выброс резонанса, и как правило на более низких частотах;

• мягкие диффузоры (полипропиленовые, полиметилпентеновые) обычно имеют ровную АЧХ и мягкий приятный звук почти во всем диапазоне, но имеют плохие импульсные параметры (отсутствие четкости). Кроме того, мягкий диффузор может крепиться к диффузородержателю без подвеса;

• бумажные диффузоры стоят особняком, так как дают очень характерный окрас звучания, для устранения которого в бумагу добавляют различные синтетические и натуральные волокна, покрывают диффузор лаком и т.д. Бумажные диффузоры имеют очень неровную АЧХ, но более просты в производстве и позволяют в некоторых случаях делать диффузор, подвес и колпачок из одного материала.

По форме диффузоры могут быть:

• купольные, обычно применяются в ВЧ-динамиках;

• конусные — распространены более широко благодаря большей универсальности. Почти не применяются лишь в ВЧ-динамиках из-за направленности излучения. Существует несколько видов профилей конусных диффузоров:

  • линейные являются максимально жесткими, но с максимальным значением резонанса, когда продольная волна сжатия материала от катушки резонирует с поперечной волной колебания самой оболочки;

  • сегмент окружности позволяет сгладить резонанс;

  • экспонента позволяет сгладить резонанс более эффективно.

На практике применяются комбинации всех трех типов с целью сместить резонанс в область высоких частот либо распределить его всплеск на более широкий диапазон уменьшив амплитуду.

• плоские диффузоры применяются редко, в основном в НЧ-динамиках, из-за очень высоких интермодуляционых искажений.

Реже применяются диффузоры более сложной формы, например гофрированные, сочетающие в одной детали диффузор и сразу несколько подвесов — такое решение применяется для малогабаритных широкополосных динамиков с целью уменьшить интермодуляционные искажения и расширить диапазон воспроизводимых частот.

Также от формы образующей и жесткости материала зависят другие важные резонансы системы диффузор—подвес. Все мягкие диффузоры имеют характерный провал и затем всплеск на АЧХ, когда колебания выходят за пределы диффузора и в работу вступает подвес.

Также нужно учитывать, что если в бесконечной плоскости АЧХ динамика будет ровной, то в плоскости шириной 200 мм на АЧХ появится подъём в области 700—900 Гц, поэтому у диффузоров, которые дают в этой области провал, в корпусе АЧХ будет ровная, и не понадобится дополнительных корректирующих цепей, и некоторые производители это учитывают.