|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese
ENCYKLOPEDIA RADIOELEKTRONIKI I INŻYNIERII ELEKTRYCZNEJ Nowoczesne mikrofony i ich zastosowania. Encyklopedia elektroniki radiowej i elektrotechniki
Encyklopedia radioelektroniki i elektrotechniki / Audio Mikrofon jest nieodzownym wyposażeniem systemów nagłośnienia, amatorskich i profesjonalnych urządzeń do rejestracji dźwięku, studiów nadawczych radiowych i telewizyjnych. Wraz z rozwojem systemów multimedialnych stał się on obecnie standardowym komponentem zewnętrznym wielu komputerów. W artykule omówiono konstrukcję mikrofonów, ich najważniejsze cechy, jak wybrać najlepszy mikrofon do konkretnych warunków zastosowania. W tym artykule postaramy się opisać ogólne podejście do wyboru mikrofonu, w oparciu o jego wewnętrzną budowę i przeznaczenie, a także odpowiedzieć na kilka pytań, które mogą pojawić się u entuzjastów nagrywania i po prostu każdego, kto nie ma specjalistycznej wiedzy w tej dziedzinie. Aby to zrobić, opisując ich różne konstrukcje i typy, podamy przykłady modeli krajowych i zagranicznych. Co to jest mikrofon? Mikrofon to urządzenie elektroakustyczne, które przetwarza drgania akustyczne powietrza na sygnały elektryczne. Jest pierwszym ogniwem w dowolnej ścieżce rejestracji dźwięku, wzmacniania dźwięku, komunikacji głosowej. Jego charakterystyka i warunki pracy w dużej mierze determinują jakość sygnału na całej ścieżce. Wiele rodzajów zniekształceń sygnałów audio (nieliniowe, przejściowe, cechy przenoszenia warunków akustycznych i perspektywy) oraz różnego rodzaju zakłócenia (wiatr, wibracje, akustyczne) często nie mogą zostać wyeliminowane poprzez późniejszą obróbkę sygnału bez znacznego pogorszenia się elementów użytkowych. W mikrofonie, gdy wibracje dźwięku są przekształcane na sygnały elektryczne, zachodzą różne powiązane ze sobą procesy fizyczne. Zgodnie z tym mikrofon można uznać za szereg ogniw funkcjonalnych. Pierwsze ogniwo jest akustyczne, czyli odbiornik fal dźwiękowych. Ciśnienie akustyczne (oscylacyjne) generowane przez źródło dźwięku oddziałuje na sygnał wejściowy (lub wejścia) akustyczny. W wyniku oddziaływania odbiornika z polem dźwiękowym powstaje siła mechaniczna, która zależy od częstotliwości sygnału dźwiękowego, wielkości i kształtu korpusu mikrofonu oraz jego wejść akustycznych, odległości między nimi, kąta padania fali dźwiękowej względem osi akustycznej mikrofonu oraz charakteru pola dźwiękowego. Typ odbiornika determinuje tak ważny parametr jak charakterystyka kierunkowości (CH). Drugie ogniwo ma charakter akustyczno-mechaniczny i służy do dopasowania siły generowanej przez odbiornik w danym zakresie częstotliwości do wartości prędkości drgań (w przypadku mikrofonów dynamicznych) lub przemieszczenia (w przypadku mikrofonów pojemnościowych) ruchomego elementu elektromechanicznego mikrofonu. transduktor. O właściwościach tego łącza decyduje wzajemne rozmieszczenie, wielkość i zależność częstotliwościowa zawartych w nim elementów akustyczno-mechanicznych, które w sensie konstrukcyjnym reprezentują różne szczeliny, szczeliny, dziury, objętości, porowate elementy znajdujące się wewnątrz kapsuły mikrofonu. To łącze określa charakterystykę częstotliwościową czułości mikrofonu (FCH) i w dużej mierze pomaga w kształtowaniu CL w szerokim zakresie częstotliwości. Trzecie ogniwo – elektromechaniczne, to przetwornik elektromechaniczny pracujący w mikrofonie w trybie generatora i przetwarzający drgania mechaniczne poruszającego się elementu (jego prędkość lub przemieszczenie) na siłę elektromotoryczną (EMF). Sprawność przetwornicy charakteryzuje się współczynnikiem sprzężenia elektromechanicznego. Przetwornik określa czułość mikrofonu. Czwarte ogniwo jest elektryczne. Pełni funkcję dopasowywania przetwornika do kolejnego urządzenia wzmacniającego (np. w mikrofonach pojemnościowych dopasowuje dużą pojemność kapsuły do wejścia kolejnego urządzenia wzmacniającego o stosunkowo niskiej impedancji). W niektórych modelach mikrofonów łącze elektryczne koryguje również charakterystykę częstotliwościową mikrofonów. Typy odbiorników i przetworników to elementy definiujące mikrofony. Dopasowane są połączenia akustyczno-mechaniczne i elektryczne, których głównym zadaniem jest zapewnienie minimalnych strat sygnału użytecznego i uzyskanie wymaganej charakterystyki częstotliwościowej sygnału wyjściowego. Mikrofony klasyfikuje się zazwyczaj według trzech głównych cech: typu odbiornika, rodzaju przetwornika i przeznaczenia (warunków pracy). Jak klasyfikowane są mikrofony? Rodzaj odbiornika określa jedną z głównych cech mikrofonu - charakterystykę kierunkową. Charakterystyka kierunkowości to zależność czułości mikrofonu przy danej częstotliwości od kąta padania fali dźwiękowej. Według rodzaju odbiornika mikrofony są podzielone na następujące grupy. Odbiorniki ciśnienia (bezkierunkowe, „rzędu zerowego”, „okrągłe”). W nich dźwięk oddziałuje na ruchomy element (membranę, membranę) tylko z jednej strony. Dzięki temu przy niskich i średnich częstotliwościach, gdzie wymiary mikrofonu są małe w porównaniu z długością fali dźwięku, czułość mikrofonu praktycznie nie zmienia się przy różnych kątach padania dźwięku. Odbiorniki gradientowe lub różnicowe (kierunkowe). Są dwojakiego rodzaju: O różnicach w kształcie HH odbiorników jednokierunkowych decyduje zarówno stopień asymetrii wejść, jak i wartość parametrów akustyczno-mechanicznych wewnętrznej struktury łącza akustyczno-mechanicznego. Charakterystyki kierunkowe (wykresy) tego typu odbiorników przedstawiono graficznie na rys. 1.
Charakterystyka czułości mikrofonu: 1 - dookólna (bezkierunkowa), 2 - dwukierunkowa, 3-5 - kardioidalna Na ryc. 2 schematycznie przedstawia zasadę budowy mikrofonów dookólnych (a), dwukierunkowych (b) i jednokierunkowych (c).
Mikrofony kombinowane, czyli mikrofony ze zmiennym XH, czasami wyróżnia się w specjalnej grupie. W tych mikrofonach możliwe jest uzyskanie niemal dowolnego HH z rodziny (patrz rys. 1) poprzez kombinację sygnałów elektrycznych z dwóch odbiorników - dookólnego (krzywa 1) i dwukierunkowego (krzywa 2) lub z dwóch rozmieszczonych mikrofonów kardioidalnych o 180° (kombinowane elektrycznie), a także zmianę wielkości napięcia polaryzacyjnego na połówkach elektrody stałej lub membran w mikrofonach pojemnościowych z podwójną membraną. Szczególną grupę reprezentują mikrofony silnie kierunkowe, które znajdują zastosowanie w przypadkach, gdy nie ma możliwości zbliżenia się do źródła użytecznego sygnału. Ostry HN w nich realizowany jest na kilka różnych sposobów. „Bigradient” lub „bikardioida” (gradienty drugiego rzędu) to mikrofony składające się z dwóch identycznych, rozmieszczonych przestrzennie i współosiowo umieszczonych kapsułek z HN „ósemką” lub „kardioidą”, zawartych w przeciwfazie. Zakres częstotliwości takich odbiorników jest niezwykle ograniczony. Wśród mikrofonów silnie kierunkowych najbardziej popularne są mikrofony „na fali bieżącej” (interferencyjne), składające się z rurki z otworami lub szczelinami, na której tylnym końcu znajduje się kapsuła mikrofonu dookólnego lub jednokierunkowego (rys. 3).
Otwory (szczeliny) w rurze są zamykane szmatką lub porowatym materiałem, którego impedancja akustyczna wzrasta w miarę zbliżania się do podkładu. Zaostrzenie CN osiąga się w wyniku interferencji częściowych fal dźwiękowych przechodzących przez otwory rurki. Kiedy czoło dźwięku przesuwa się równolegle do osi lampy, wszystkie fale cząstkowe docierają do poruszającego się elementu jednocześnie, w odpowiedniej fazie. Gdy dźwięk rozchodzi się pod kątem do osi, fale te docierają do kapsuły z różnym opóźnieniem, określonym odległością od odpowiedniego otworu do kapsuły, przy czym następuje częściowa lub całkowita kompensacja ciśnienia działającego na ruchomy element. Zauważalne pogorszenie HN w takich mikrofonach zaczyna się przy częstotliwości, w której długość tuby jest większa niż połowa długości fali dźwiękowej; wraz ze wzrostem częstotliwości HN staje się jeszcze bardziej nasilony. Dlatego nawet przy znacznej długości takich mikrofonów, która może sięgać metra lub nawet więcej, pasmo przenoszenia w zakresie częstotliwości poniżej 150… 200 Hz jest określane tylko przez kapsułę i zwykle jest zbliżone do kardioidalnej lub superkardioidalnej. Trzeci, obecnie spotykany rodzaj mikrofonów silnie kierunkowych – typu refleks. W tych mikrofonach kapsuła z dookólnym lub jednokierunkowym CI jest umieszczona w ognisku reflektora parabolicznego (rys. 4).
Jednocześnie, ze względu na właściwości paraboli, fale dźwiękowe po odbiciu skupiają się w ognisku paraboli, w miejscu ruchomego elementu kapsuły, i docierają do niej w fazie. Fale dźwiękowe docierające pod kątem do osi paraboli są rozpraszane przez reflektor, nie docierając do mikrofonu. W systemie refleksyjnym współczynnik CI jest jeszcze bardziej zależny od częstotliwości niż w systemie interferencyjnym i zmienia się z prawie dookólnego przy niskich częstotliwościach (ze średnicą reflektora mniejszą niż długość fali dźwięku) do wąskiego płata przy wysokich częstotliwościach. Pasmo przenoszenia takich mikrofonów wzrasta w kierunku wysokich częstotliwości z nachyleniem około 6 dB na oktawę, co jest zwykle kompensowane elektrycznie lub przez specjalną konstrukcję kapsuły. Na jakie grupy dzielą się mikrofony ze względu na rodzaj przetwornika? Ze względu na rodzaj przetwornika elektromechanicznego mikrofony dzielą się na węglowe, elektromagnetyczne, piezoelektryczne, elektrodynamiczne (dynamiczne) i kondensatorowe (elektrostatyczne). Mikrofony profesjonalne (z wyjątkiem mikrofonów do komunikacji i dźwięku w pojazdach) wykorzystują zwykle dwa ostatnie typy przetworników. Dlatego rozważymy je bardziej szczegółowo. Mikrofony dynamiczne z kolei dzielą się na cewkowe i wstęgowe. Schematycznie ich najprostsze urządzenie pokazano na ryc. 5 (odpowiednio aib). W pierwszym wariancie w pierścieniowej szczelinie obwodu magnetycznego umieszcza się cylindryczną bezramową cewkę (zwykle dwu-, rzadziej czterowarstwową), w której powstaje jednolite pole magnetyczne o kierunku promieniowym. Cewka jest przyklejona do kopułowej membrany z karbowanym kołnierzem, który pełni funkcję zawieszenia. Kiedy membrana (wykonana z materiału polimerowego) oscyluje pod wpływem ciśnienia akustycznego, drut cewki przecina pole magnetyczne szczeliny (które ma zwykle szerokość 0,4 ... 0,6 mm) i w cewce indukuje się pole elektromagnetyczne. Magnesy mikrofonu stałego wykonane są ze specjalnych materiałów o dużej indukcji szczątkowej i sile koercyjnej. Wartość rezystancji czynnej takiej cewki w różnych modelach zwykle waha się od 20 ... 600 omów.
a) mikrofon dynamiczny b) mikrofon wstęgowy 1 - membrana kopułowa z kołnierzem falistym, 2 - cewka cylindryczna, 3 - magnes, 4 - obwód magnetyczny, 5 - taśma z folii falistej, 6 - szczelina magnetyczna Z reguły w przypadku tego typu przetworników mikrofony są wykonane dookólnie lub z kierunkowością jednokierunkową. W tym drugim przypadku otwory są otwierane w przypadku układu magnetycznego, uszczelnionego jedwabiem lub innym porowatym materiałem, który realizuje aktywną rezystancję akustyczną na drugim wejściu. Aby rozszerzyć zakres w kierunku niskich częstotliwości w takich mikrofonach, zwykle stosuje się dodatkowe zamknięte woluminy, połączone wewnątrz magnesem poprzez rurki i otwory o różnych przekrojach. Przykładem takich domowych rozwiązań może być mikrofon dookólny MD-83, a także mikrofony MD-97 i MD-91 o jednokierunkowej kierunkowości - do systemów wzmacniania dźwięku mowy, produkowane obecnie przez Microfon-M LLC (St. Petersburg). mikrofony. . Aby skompensować zakłócenia elektromagnetyczne (przydźwięk prądu przemiennego) w mikrofonach cewkowych, cewka antyfonalna jest zwykle włączana szeregowo z cewką drgającą, która z reguły jest nawinięta na układ magnetyczny. Cewki są włączane w taki sposób, że indukowane na nich napięcia tła, wzbudzone w obu cewkach, są wzajemnie kompensowane. W przetworniku taśmowym (rys. 5, b) jako element ruchomy stosuje się karbowaną (w celu zapewnienia większej elastyczności) taśmę metalową (najczęściej aluminiową) o grubości kilku mikronów, umieszczoną w polu magnetycznym pomiędzy nabiegunnikami magnesu trwałego, odstęp pomiędzy nimi wynosi zazwyczaj 1,5...2 mm. Taśma służy zarówno jako przewodnik prądowy, jak i jako ruchomy układ przetwornika. Przy tego typu przetworniku najczęściej realizowany jest mikrofon z „ósemką” HN (ze względu na pełną symetrię przetwornika), bezkierunkowy (z labiryntem akustycznym pokrywającym jedną stronę wstęgi), rzadziej – skierowany jednostronnie. Taśma w przeciwieństwie do cewki ma wyjątkowo niską rezystancję elektryczną rzędu 0,1 ... 0,3 oma, a napięcie sygnału na jej wyjściu wynosi zaledwie 20 ... 30 μV przy ciśnieniu 1 Pa, kable mikrofonowe. Dlatego napięcie wytwarzane przez wstęgę jest wstępnie zwiększane za pomocą transformatora podwyższającego umieszczonego w obudowie mikrofonu w ekranie permalojowym. Inżynierowie dźwięku zwracają uwagę na naturalność, miękkość i przejrzystość przenoszenia barwy wielu instrumentów muzycznych, zwłaszcza smyczków i talerzy, które są wyjątkowe dla mikrofonów wstęgowych. Wynika to z lekkości ruchomego elementu – wstęgi, a co za tym idzie, niewielkich zniekształceń przejściowych. Również w mikrofonach dynamicznych teoretycznie możliwe jest zastosowanie przetwornika ortodynamicznego, jednak jak dotąd nie znalazł on zastosowania w modelach mikrofonów produkowanych masowo. Dlatego nie ma sensu rozwodzić się tutaj nad jego projektem. Mikrofony pojemnościowe (elektrostatyczne) (CM) posiadają dwie elektrody – ruchomą i stałą, tworzącą płytki kondensatora (rys. 6). Elektrodę ruchomą stanowi membrana wykonana z folii metalowej lub polimerowej folii metalizowanej o grubości kilku mikronów. Pod wpływem ciśnienia akustycznego oscyluje względem nieruchomej elektrody, co prowadzi do zmiany pojemności kapsuły (kondensatora) w stosunku do stanu spoczynku. W CM wartość zmiany pojemności, a tym samym wyjściowy sygnał elektryczny, musi odpowiadać ciśnieniu akustycznemu. Stopień zgodności napięcia wyjściowego z ciśnieniem akustycznym pod względem amplitudy i częstotliwości określa charakterystykę częstotliwościową i zakres dynamiczny konkretnego mikrofonu. Integralną częścią każdego CM jest węzeł dopasowujący impedancję elektryczną konwertera do kolejnego urządzenia wzmacniającego. To łącze elektryczne KM może być typu wysokiej i niskiej częstotliwości. W przypadku konwersji wysokiej częstotliwości kapsuła KM jest podłączona do obwodu generatora wysokiej częstotliwości (rzędu kilku MHz). W tym przypadku uzyskuje się modulację częstotliwości sygnału RF i dopiero po demodulacji powstaje sygnał częstotliwości audio. Takie włączenie kapsuły nie wymaga napięcia polaryzującego, charakteryzuje się niskim poziomem szumów własnych mikrofonu. Jednak obwód wysokiej częstotliwości w mikrofonie nie znalazł szerokiego zastosowania, głównie ze względu na złożoność stabilizacji częstotliwości i jest rzadko spotykany w przemysłowych modelach mikrofonów w zakresie audio. W dalszym przedstawianiu zasady działania i odmian CM będziemy mieli na myśli CM z łączem niskiej częstotliwości, do których zalicza się większość współczesnych modeli CM. W nich konwersja ciśnienia akustycznego na sygnał elektryczny następuje z polaryzacją zewnętrzną lub wewnętrzną (elektretową). CM w układzie z polaryzacją zewnętrzną (ryc. 6) tworzy płaski kondensator z elektrod o pojemności 10…100 pF ze szczeliną powietrzną 20…40 µm, który poprzez rezystancję około 0,5… Ładowanie 2 GΩ z zewnętrznego źródła napięcia UP. Kiedy membrana wibruje pod wpływem ciśnienia akustycznego lub różnicy ciśnień, wielkość ładunku płytek ze względu na dużą stałą czasową łańcucha RC pozostaje niezmieniona. Wielkość zmiennej składowej napięcia wynikającej z drgań membrany i odpowiadająca jej zmiana pojemności jest proporcjonalna do przemieszczenia membrany.
a) mikrofon dookólny: b) mikrofon o kierunkowości dwukierunkowej 1 - folia metalizowana, 2 - kalibrowana uszczelka izolacyjna, 3 - elektroda stała Około dwadzieścia lat temu za granicą i w naszym kraju rozpoczęto przemysłową produkcję elektretowych mikrofonów pojemnościowych, które nie wymagają zewnętrznego źródła napięcia polaryzującego; wykorzystują polimerową folię elektretową jako membranę, metalizowaną od zewnątrz. Folia ta jest polaryzowana jedną ze znanych metod i ma właściwość utrzymywania stałego ładunku powierzchniowego przez długi czas. Zatem zamiast źródła zewnętrznego wykorzystywane jest źródło wewnętrzne. W przeciwnym razie działanie takiego konwertera zasadniczo nie różni się od konwencjonalnego CM. We wczesnych latach 80-tych NIIRPA opracowała szereg jednokierunkowych i bezkierunkowych mikrofonów pojemnościowych, ale obecnie większość z nich została wycofana z różnych powodów. Ostatnio przy opracowywaniu nowych modeli mikrofonów na nieruchomą elektrodę nanosi się w ten czy inny sposób materiał elektretowy, co umożliwia zastosowanie w charakterze membrany cieńszych folii metalowych i polimerowych, które mają znacznie wyższe parametry mechaniczne w porównaniu z folią elektretową. Pozwala to, przy tej samej czułości kapsuły, na uzyskanie szerszego nominalnego zakresu częstotliwości odbioru kierunkowego, rozciągającego się zarówno w stronę niskich (ze względu na zmniejszenie grubości, a co za tym idzie sztywności zginania membrany), jak i w kierunku wysokich (ze względu na do zmniejszenia masy membrany) częstotliwości dźwięku. Przykładem takich profesjonalnych mikrofonów jest kardioidalny jednomembranowy mikrofon elektretowy MKE-13M („Microphone-M”) i dookólny lavalier MKE-400 („Nevaton”) produkowane przez przedsiębiorstwa z Petersburga, które nie są gorsze pod względem właściwości do najlepszych modeli firm zagranicznych (w tym KM z zewnętrznym źródłem napięcia) i cieszą się większą popularnością w studiach Europy Zachodniej niż w Rosji.
a) mikrofon jednomembranowy: b) mikrofon z podwójną membraną 1 - membrana 2 - elektroda stała 3 - szczelina powietrzna 4-5 - otwory kanałów akustycznych 6 - pierścień izolacyjny 7 - kalibrowane uszczelki Uproszczoną konstrukcję kapsuł KM pokazano na rys. 7. Z rysunków widać, że jednomembranowy mikrofon pojemnościowy (mała membrana), przy odpowiednim doborze parametrów konstrukcyjnych, może być jednokierunkowy (ryc. 7, a), bezkierunkowy (w tym przypadku szczelina 7 muszą być zamknięte), a także dwustronne (ryc. 7b). W mikrofonie dwumembranowym (DKM lub dużej podwójnej membranie) obie membrany mogą być elektrycznie aktywne (rys. 7b). Nie wchodząc w szczegóły dotyczące fizyki procesów zachodzących w DKM, którą można znaleźć w literaturze specjalistycznej, można powiedzieć, że każda połówka kapsuły DKM reprezentuje pod względem akustycznym i mechanicznym odrębny mikrofon o kardioidalnej charakterystyce kierunkowości , którego drugie wejście akustyczne nie odbywa się przez szczelinę jak w mikrofonie jednomembranowym, a przez drugą (przeciwną) membranę, przy czym maksima czułości tych mikrofonów są obrócone o 180o. Taki mikrofon nazywany jest również kombinowanym akustycznie. Oprócz rozwiązań akustycznych DKM realizuje także kombinacje elektryczne. Zatem przykładając napięcie polaryzujące do jednej z membran (aktywnej), a drugie (bierne) zwierając do elektrody nieruchomej, przy odpowiednim doborze parametrów konstrukcyjnych można otrzymać mikrofon o charakterystyce jednostronnej krzywa zbliżona do kardioidalnej. Kiedy do drugiej membrany przyłożymy napięcie polaryzujące o tej samej wartości i znaku, otrzymamy mikrofon dookólny. Kiedy do drugiej membrany przyłożone zostanie napięcie polaryzujące o tej samej wielkości i przeciwnym znaku, otrzymamy dwukierunkową kierunkowość („ósemkę”). W przypadkach pośrednich, jeśli to konieczne, można uzyskać dowolny CN (patrz ryc. 1). Jako przykład takich mikrofonów z przełączalnym XH można podać C414B-ULS (AKG), U87i i U89i (Neumann), a także domowy MK51 (Nevaton). Jakie są główne cechy i parametry mikrofonów, które służą jako kryteria ich wyboru i dlaczego? Wybierając mikrofony do określonych warunków pracy, należy wziąć pod uwagę cały zestaw wymagań technicznych i operacyjnych, w oparciu o specyficzne cechy ich zastosowania. W związku z tym konieczne jest jasne zrozumienie, co określają właściwości techniczne mikrofonów. Główne parametry techniczne, które należy wziąć pod uwagę przy wyborze mikrofonów, są następujące: 1. Nominalny zakres częstotliwości, który wraz z nierównomierną charakterystyką częstotliwościową czułości mierzoną w dB stanowi kryterium prawidłowej transmisji widma sygnału użytecznego. 2. Czułość pola swobodnego, która jest zwykle normalizowana przy częstotliwości 1000 Hz i mierzona w mV/Pa, a także parametr związany z tą wartością - równoważny poziom ciśnienia akustycznego (dla CM), ze względu na szum własny mikrofonu i znormalizowany w dB względem poziomu zerowego: ro = 2x10-5 Pa. Ponieważ każdy system konwersji i wzmacniania sygnału zawsze zawiera własny szum, a mikrofon jest początkowym ogniwem takiego systemu, wartość generowanego przez niego sygnału użytecznego określa stosunek sygnału do szumu własnego całego systemu. Dlatego zmniejszenie czułości mikrofonu jest czynnikiem niepożądanym. Należy także pamiętać, że chęć zwiększenia szerokości zakresu częstotliwości odtwarzanych przez mikrofon prowadzi do zmniejszenia wartości bezwzględnej jego czułości. Natomiast im szerszy zakres częstotliwości mikrofonu, tym trudniej jest w nim uzyskać stabilną charakterystykę częstotliwościową. 3. Charakterystyka kierunkowości określa selektywność przestrzenną, czyli szerokość kąta bryłowego, w którym użyteczny sygnał akustyczny nie wykazuje znacznej niejednorodności amplitudowej. XN w stałej odległości od źródła sygnału użytecznego określa stosunek sygnału użytecznego do szumu akustycznego w stosunkowo małej odległości od źródła sygnału użytecznego, tj. w promieniu wysięgnika. Ściśle związana z XH jest koncepcja współczynnika kierunkowości, który określa właściwości kierunkowe mikrofonu w polu dalekim (w stosunku do źródła). Jego czułość na użyteczne źródło dźwięku zlokalizowane wzdłuż osi mikrofonu jest kilkukrotnie większa niż na źródła szumu rozproszonego wokół mikrofonu (w polu rozproszonym), czyli innymi słowy przy takim samym stosunku sygnału do szumu na wejściu mikrofonu mikrofon kierunkowy może być umiejscowiony w czasach bardziej oddalonych od użytecznego źródła niż mikrofon dookólny. W pewnym przybliżeniu można założyć, że mikrofon dookólny o małych (w porównaniu z długością fali dźwięku) wymiarach poprzecznych dość dokładnie odbiera sygnał użyteczny w kącie bryłowym 150...180°. Przy większych wymiarach mikrofonu dookólnego jego krzywa charakterystyczna silnie zależy od częstotliwości, przy wysokich częstotliwościach zauważalnie się zwęża, dlatego też kąta pokrycia w tym przypadku nie można uznać za większego niż 90°. Dla mikrofonu kardioidalnego o stałej częstotliwości HH kąt pokrycia wynosi 120°, dla mikrofonu superkardioidalnego – 90°, mikrofonu hiperkardioidalnego – 60°, mikrofonu kierunkowego dwukierunkowego (z „ósemką” HH) pokrycie kąt z każdej strony wynosi 60°. Przydaje się również (na przykład do obliczania systemów wzmacniania dźwięku), aby wiedzieć, że współczynnik kierunkowości (mikrofonu z „okręgiem” i „ósemką” HN wynosi 1, dla „hiperkardioidalnego” HN - 4, „superkardioidalnego” - 3,7, „kardioidalna” - 3, a dla mikrofonów silnie kierunkowych średnio w całym zakresie może osiągnąć 5-7. 4. Poziom dopuszczalnego ciśnienia akustycznego, wyrażony w dB w odniesieniu do ro = 2x10-5 Pa, to poziom, przy którym współczynnik zniekształceń harmonicznych nie przekracza 0,5% lub innej wartości ustalonej w dokumentacji technicznej. Parametr ten pokazuje granice liniowości charakterystyki amplitudowej mikrofonu i wraz z poziomem szumu własnego określa zakres dynamiczny mikrofonu, a co za tym idzie całą ścieżkę. 5. Moduł całkowitego oporu elektrycznego (impedancji) w omach, zwykle znormalizowany przy częstotliwości 1000 Hz, określa wielkość obciążenia (rezystancja wejściowa wzmacniacza lub pilota), na którym pracuje mikrofon. Z reguły, aby uniknąć utraty sygnału użytecznego, wartość obciążenia powinna przekraczać impedancję mikrofonu 5-10 razy w całym zakresie częstotliwości. 6. Wymiary gabarytowe, waga, typ złącza i inne cechy konstrukcyjne pozwalają ocenić możliwość wykorzystania mikrofonu w określonych warunkach. Cały zestaw wymagań dla konkretnego mikrofonu zależy od jego przeznaczenia. Na jakie grupy dzielą się mikrofony według celu? Po uzgodnieniu mikrofony są podzielone na trzy duże grupy:
Profesjonalne mikrofony różnią się również znacznie przeznaczeniem:
Ponadto mikrofony znacznie różnią się konstrukcją, w zależności od warunków ich zamocowania i umiejscowienia względem źródła sygnału:
Niezwykle trudno jest podać jakieś konkretne zalecenia dotyczące wyboru mikrofonów bez uwzględnienia konkretnych warunków, ponieważ mikrofon o określonym rozwiązaniu konstrukcyjnym i przeznaczeniu (na przykład szerokopasmowy mikrofon pojemnościowy do nagrywania dźwięku w studiach) może być słabo kompatybilny lub nawet całkowicie nie do przyjęcia w innych warunkach i celach (np. w systemach konferencyjnych lub jako podręcznik dla solistów). Można wskazać jedynie ogólne zasady, którymi należy się kierować przy wyborze mikrofonu do tego czy innego celu. Studia nadawcze, a także studia nagrań dźwiękowych (telewizyjnych, filmowych, nagraniowych) muzyki i wypowiedzi artystycznych powinny być wyposażone w mikrofony szerokopasmowe o najwyższych parametrach elektroakustycznych. Dlatego w warunkach studyjnych z reguły stosuje się mikrofony pojemnościowe, które mają szeroką częstotliwość i zakres dynamiki, często z przełączalnym XH (podwójną membraną, której urządzenie omówiono powyżej). Oprócz wymienionych zalet, studyjne CM mają 5-10 razy większą czułość niż dynamiczne i praktycznie nie mają słyszalnych zniekształceń przejściowych, ponieważ rezonans ruchomego układu CM leży w pobliżu górnej granicy nominalnego zakresu częstotliwości i ma bardzo niski współczynnik jakości. Dlatego w studiach nagraniowych i systemach nagłośnienia muzyki coraz częściej stosuje się małe kardioidalne KM, takie jak KM84, KM184 (Neumann), C460B (AKG), od domowych - MKE-13M („Microphone-M”) jako uniwersalne mikrofony instrumentalne. Do wad CM należy konieczność posiadania stałego źródła napięcia, którym zwykle jest zasilanie sieciowe, a także to, że CM nie tolerują dobrze wilgoci, a także gwałtownej zmiany temperatury. To ostatnie wynika z faktu, że impedancja wejściowa wbudowanego wzmacniacza KM ma wartość 0,5…2 GΩ, zatem w warunkach dużej wilgotności i rosy rezystancja ta maleje wraz ze zmianą temperatury powietrza, co prowadzi do „blokowania” niskich częstotliwości i wzrostu hałasu. Dlatego CM jest rzadko używany na zewnątrz i w instalacjach przenośnych. W warunkach studyjnych zastosowanie CM nie sprawia żadnych trudności. Mikrofony o jednokierunkowej kierunkowości stosuje się przy szerokim kącie rozmieszczenia wykonawców oraz przy nagraniach z kilkoma mikrofonami w celu wyraźnego oddzielenia poszczególnych grup instrumentów muzycznych, a także w przypadkach, gdy konieczne jest ograniczenie wpływu szumów obcych lub zmniejszenie składową pogłosu w zarejestrowanym sygnale. Mikrofon o dwukierunkowej kierunkowości znajduje zastosowanie przy nagrywaniu duetu, dialogów, wokalisty i akompaniatora, przy nagrywaniu małych kompozycji muzycznych (kwartet smyczkowy), a także gdy zachodzi potrzeba odstrojenia od kierunkowych źródeł hałasu lub silnych odbić od sufitu i podłoga. W tym przypadku mikrofon jest zorientowany w strefie minimalnej wrażliwości na źródła hałasu lub powierzchnie odblaskowe. Mikrofon ósemkowy stosuje się również w przypadkach, gdy chcą szczególnie podkreślić niskie częstotliwości głosu solisty lub oddzielnego instrumentu muzycznego, umieszczając mikrofon w tym przypadku w bliskiej odległości od wykonawcy. Wykorzystywany jest tu tzw. „efekt strefy bliskiej”, związany z manifestacją sferyczności fali dźwiękowej w bliskiej odległości od źródła dźwięku, gdy na pierwsze i drugie wejście akustyczne mikrofonu wpływają ciśnienia akustyczne różnią się nie tylko fazą, ale także amplitudą. Efekt ten jest najbardziej zauważalny w przypadku mikrofonów „ośmiu”, a w przypadku mikrofonów dookólnych jest całkowicie nieobecny. Mikrofony dookólne służą do transmisji ogólnego środowiska akustycznego pomieszczenia podczas nagrywania kilkoma mikrofonami, a także podczas nagrywania mowy, śpiewu, muzyki w mocno wyciszonych pomieszczeniach, podczas nagrywania różnych spotkań i rozmów przy okrągłym stole. W ostatnim czasie do takich nagrań coraz częściej wykorzystuje się mikrofony „warstwy granicznej”, w których membrana o bardzo małych rozmiarach jest umieszczona równolegle do płaszczyzny stołu w bardzo małej odległości od jego powierzchni, a sam mikrofon zaprojektowany jest jako mały, płaski przedmiot, który postawiony na stole lub podłodze stanowi praktycznie kontynuację jego powierzchni. Dzięki temu odbicia od powierzchni stołu nie spadają na membranę takiego mikrofonu, a krzywa charakterystyczna takiego mikrofonu jest wyznaczona przez kierunek i wymiary powierzchni, na której leży mikrofon i jest zbliżona do półkuli w zakresie dźwięku. Jako przykład takich mikrofonów „warstwy granicznej” można podać C562BL (AKG), a z modeli krajowych – MK403 („Nevaton”). Wielokierunkowe przetworniki CM są również używane jako krawaty wbudowane w meble lub magnetofony do pomiarów akustycznych. Mikrofony w studiach, poza wymienionymi powyżej specjalnymi przypadkami, montowane są najczęściej na stojakach podłogowych lub na wysięgnikach. Ponieważ mikrofon nie jest poruszany ani dotykany podczas nagrywania, a stojaki dobrze amortyzują wstrząsy z podłogi, z reguły nie ma specjalnych wymagań dla mikrofonów studyjnych pod względem podatności na wibracje. Wiele zasad rejestracji dźwięku, które wymagają dokładnego rozmieszczenia mikrofonu, biorąc pod uwagę otoczenie wykonawcy, w telewizji determinowane są głównie wymaganiami wizualnymi. Zatem mikrofon wchodzący w ramkę powinien być mały, z powierzchnią wykluczającą odblaski, gwarantującą dokładne odwzorowanie kolorów telewizora. Poza ramą mikrofony zastosowano na stojakach mobilnych. Ponieważ podczas transmisji mikrofon często porusza się, należy podjąć specjalne środki w celu zabezpieczenia go przed prądami powietrza, wibracjami (zewnętrzne amortyzatory, ochrona przed wiatrem). Stosunkowo duże odległości od źródeł dźwięku i wysoki poziom hałasu wymagają stosowania mikrofonów kierunkowych i często silnie kierunkowych. Do kamer wideo stosuje się z reguły lekkie, stosunkowo małe mikrofony o nieco wyostrzonej charakterystyce w porównaniu do kardioidalnej, konstrukcyjnie kompatybilne z kamerą, często przy zastosowaniu specjalnych środków w konstrukcji mikrofonu, mających na celu redukcję zakłóceń wibracyjnych powstających podczas kamera została poruszona podczas nagrywania wideo. Przykładowo mikrofony MKE-24 i MKE-25 („Microphone-M”). Kolejna grupa mikrofonów profesjonalnych przeznaczona jest do systemów nagłośnienia muzyki i wystąpień artystycznych w salach koncertowych i teatrach oraz do transmisji z tych obiektów. Główną cechą pracy mikrofonów w systemach wzmacniania dźwięku (C3U) jest możliwość ich samowzbudzenia w wyniku wystąpienia pasożytniczego sprzężenia akustycznego na określonych częstotliwościach, na skutek sygnału dźwiękowego z głośnika (bezpośredniego) lub odbitego od ścian sufitu, innych powierzchni na mikrofonie. Zjawisko to zwykle ogranicza wielkość ciśnienia akustycznego w nagłaśnianiu sal. Poprawę stabilności C3U osiąga się zarówno poprzez specjalne elektroniczne przetwarzanie sygnału, jak i kilka prostych rozważań opisanych poniżej. 1. Maksymalne przybliżenie mikrofonu do źródła sygnału pierwotnego (piosenkarz, głośnik, instrument muzyczny), tj. użycie mikrofonów krawatowych (do mówienia) i mikrofonów ręcznych. Należy pamiętać, że mikrofony krawatowe są zwykle dookólne, więc zbliżenie ich do głośnika nie wpływa na ich pasmo przenoszenia. W mikrofonach doręcznych, zwykle jednokierunkowych, stosuje się specjalne środki mające na celu obcięcie niskich częstotliwości w celu skompensowania ich wzrostu podczas pracy z bliskim źródłem sygnału. 2. Maksymalna możliwa odległość mówcy i mikrofonu od głośników i powierzchni odblaskowych (mikrofon na stojakach na wysokości ust wykonawcy lub instrumentu muzycznego). 3. Prawidłowy dobór XH mikrofonu i orientacja jego osi pracy zarówno względem źródła zakłóceń (odbić), jak i względem osi pracy najbliższych głośników i głośników. Zwracamy w tym miejscu uwagę, że zgodnie z wynikami naszych badań najbardziej uniwersalny pod względem stabilności C3U jest mikrofon o superkardioidalnej charakterystyce napięciowej, jest to szczególnie istotne w zakresie od 200 do 3000 Hz. W transmisjach C3U i telewizyjnych należy preferować możliwie małe mikrofony, aby nie przeszkadzały widzom obserwującym to, co dzieje się na scenie lub scenie. Z tych samych powodów nie należy używać mikrofonów o błyszczących i jaskrawych kolorach. W środowisku teatralnym mikrofony często umieszcza się wzdłuż rampy, gdzie są narażone na działanie silnych pól elektromagnetycznych generowanych przez instalacje oświetleniowe. Tutaj należy zastosować mikrofony z niezawodnym ekranowaniem, z wyjściem zbalansowanym, a w dynamicznych wymagana jest cewka antyfonalna. Na sali koncertowej, scenie, podium istnieje niebezpieczeństwo wystąpienia dużych zakłóceń na skutek wstrząsów i wibracji, dlatego też większość trybun posiada amortyzator drgań, najczęściej na podstawie, a trybuny wbudowane w trybuny często zawierają amortyzator . Nie eliminują one jednak całkowicie przenoszenia wibracji wynikających z drgań stołu, podłogi czy podestu. Ponadto zawsze istnieje możliwość, że mówca dotknie stojaka, nie mówiąc już o mikrofonach dla solistów, które obsługiwane są głównie ręcznie. Mikrofony te zapewniają specjalne środki ochrony przed wibracjami: kapsuła jest amortyzowana lub odpinana w stosunku do korpusu mikrofonu, stosowane są filtry elektryczne odcinające niskie częstotliwości. Dziesiątki modeli takich mikrofonów produkuje wiele firm europejskich (AKG, Sennheiser, Beyerdynamic), amerykańskich (Electro-Voice, Shure), krajowych - „Byton-2”. Należy zaznaczyć, że mikrofony dynamiczne są zasadniczo bardziej czułe na wibracje niż mikrofony pojemnościowe, natomiast mikrofony kierunkowe są bardziej czułe niż odbiorniki ciśnieniowe. W systemach wzmacniania mowy (sale konferencyjne, sale spotkań, teatry dramatyczne itp.) głównym kryterium jest zrozumiałość mowy, a nie prawidłowe przekazywanie barwy, dlatego lepiej ograniczyć zakres częstotliwości mikrofonów do zakresu 100 . .. 10 000 Hz z „blokadą” niskich częstotliwości, począwszy od 300...400 Hz aż do 10...12 dB przy 100 Hz. Jako przykład takich mikrofonów można przytoczyć modele D541, D558В, D590, С580 (AKG), od domowych - MD-91, MD-96, MD-97 („Mikrofon-M”). Dalsze zawężanie zakresu częstotliwości mikrofonu jest możliwe do 500...5000 Hz prawie bez utraty zrozumiałości, jednak prowadzi to do zauważalnego zniekształcenia barwy głosu mówiącego, co jest niepożądane również w wysokiej jakości mowie C3. Dlatego też mikrofony o zakresie częstotliwości 500...5000 Hz, a nawet węższym, stosowane są wyłącznie w urządzeniach komunikacyjnych, w których nie jest istotne przekazywanie barwy głosu, lecz konieczne jest prawidłowe przekazanie znaczenia czynności, poleceń, itp. Zawężenie zakresu częstotliwości w mikrofonach do mowy C3U do 100...10 000 Hz stanowi pewien kompromis pomiędzy zrozumiałością a transmisją barwy mowy i jest wskazane również ze względu na widmo aerodynamiczne (wiatr, od oddechu mówiącego), drgania (tarcie i uderzenia ciała) hałas, a także zakłócenia pogłosowe w słabo wytłumionych pomieszczeniach, którymi są najczęściej sale konferencyjne i konferencyjne, mają wyraźnie charakter niskoczęstotliwościowy. Dlatego też z punktu widzenia stosunku „użyteczny sygnał/szum” niewskazane jest posiadanie mikrofonów o szerokim zakresie niskich częstotliwości. Ponadto w C3U zastosowano mikrofony jednokierunkowe, które umieszczone w pobliżu głośnika powodują wzrost niskich częstotliwości, co kompensuje ich spadek w odpowiedzi częstotliwościowej mikrofonu, rejestrowanego w wolnym polu ze standardowej odległości 1 m. W przypadku braku przy takim spadku uwypuklane są niskie częstotliwości, co powoduje efekt „mamroczenia”, „beczkowatego” dźwięku mikrofonu, zmniejsza się zrozumiałość mowy. Aby poprawić zrozumiałość mowy i przejrzystość głosu, mikrofony C3U mają zwykle płynny wzrost odpowiedzi częstotliwościowej w zakresie częstotliwości od 3…7 kHz do 3…5 dB. Osobną grupę mikrofonów stanowią mikrofony klapowe, czyli jak się je też nazywa lavalier, stosowane zarówno w telewizji, jak i w C3U. Mikrofon krawatowy – zwykle odbiornik ciśnieniowy, lekki i niewielkich rozmiarów, ze specjalnym mocowaniem do ubrania; są to np. mikrofony SK97-O (AKG), MKE10 (Sennheiser), KMKE400 (Nevaton). Stosowanie takich mikrofonów ma zarówno zalety, jak i wady. Oczywistymi zaletami są swoboda rąk mówiącego i bliskość mikrofonu do źródła użytecznego sygnału. Wymieńmy kilka wad. Jest to kontakt mikrofonu z klatką piersiową, który wpływa na kolorystykę dźwięku przy niskich częstotliwościach; zależy to od rodzaju odzieży i cech mówiącego. Poza tym często nie ma gdzie zamontować zasilacza na głośniku. Często mikrofon jest osłonięty podbródkiem, a dźwięk traci efekt obecności, czasami uwypuklane są tony nosowe, co prowadzi do nosowego dźwięku i słabej zrozumiałości. Kabel mikrofonu dotykający ubrania powoduje szeleszczenie. Ponadto korzystanie z takich mikrofonów wiąże się z trudnościami psychologicznymi. Mikrofony do pracy na zewnątrz powinny nadawać się do stosowania w każdą pogodę: podczas deszczu, śniegu, wiatru itp., dlatego też do tych celów najczęściej wykorzystuje się mikrofony dynamiczne, które w porównaniu do mikrofonów pojemnościowych i elektretowych mają znacznie większą odporność na temperaturę i wilgoć, która nie wymaga stałej mocy, bardziej niezawodna. Aby ograniczyć szum wiatru, takie mikrofony mają zwykle opływowy kształt, zewnętrzną osłonę przeciwwietrzną, ponieważ wbudowana osłona przeciwwietrzna, zwykle stosowana w mikrofonach ręcznych i do rozmów C3U, nie wystarcza do pracy na zewnątrz przy wietrznej pogodzie. W przypadku doniesień z ulicy bardziej celowe jest stosowanie mikrofonów dookólnych jako mikrofonów ręcznych, ponieważ są one zasadniczo mniej podatne na wiatr, wibracje i przypadkowe wstrząsy. Jednocześnie przy projektowaniu takich mikrofonów nie należy oczywiście wykluczać specjalnych środków mających na celu zmniejszenie wpływu wibracji i wiatru. Jako przykład zgłaszania mikrofonów - F-115 (Sony) i domowych - MD-83 ("Microphone-M"). W C3U na zewnątrz, z tych samych powodów, co w pomieszczeniach zamkniętych, należy stosować mikrofony kierunkowe, jednak nadal należy starać się unikać możliwości opadów atmosferycznych na mikrofonie (montaż daszków, budek itp.). Autor: Sz.Wachitow
Sztuczna skóra do emulacji dotyku
15.04.2024 Żwirek dla kota Petgugu Global
15.04.2024 Atrakcyjność troskliwych mężczyzn
14.04.2024
▪ Roboty będą szyły ubrania dla wojska ▪ Systemy Nvidia AI dla placów budowy ▪ Rowerowy system antykradzieżowy
▪ sekcja serwisu Uziemienie i uziemienie. Wybór artykułu ▪ artykuł Biała gorączka. Popularne wyrażenie ▪ artykuł Skąd się wzięły gwiazdy? Szczegółowa odpowiedź ▪ Artykuł Turnera. Standardowe instrukcje dotyczące ochrony pracy ▪ artykuł Miernik pojemności. Encyklopedia elektroniki radiowej i elektrotechniki ▪ artykuł Odwróć karty. Sekret ostrości
Strona główna | biblioteka | Artykuły | Mapa stony | Recenzje witryn
www.diagram.com.ua |
Zobacz inne artykuły Sekcja 
Najnowsze wiadomości o nauce i technologii, nowa elektronika:
Wszystkie języki tej strony