10.06.2009. Характеристики чувствительности микрофона, направленность звука

Микрофоны различаются:

- по принципу преобразования звуковой энергии в электрическую (механо-электрические характеристики);

- по принципу воздействия звука на диафрагму (механо-акустические характеристики);

- по принципу зависимости выходного сигнала от пространственной ориентации (характеристики направленности);

- по принципу включения в аудиотракт (коммутационные характеристики).

К тому же, микрофон, сочетая в себе вышеназванные принципы в самой разной комбинации, может еще и иметь разный дизайн и предназначение - ручной, подвесной, петличный, накамерный, прикрепляемый к музыкальному инструменту, настольный и т.д.

С точки зрения механо-электрического принципа выбор невелик - в настоящее время используются только динамические и конденсаторные микрофоны. Все прочие не находят применения в профессиональной практике.

Устройство динамического микрофона аналогично устройству динамического громкоговорителя (поэтому последние часто используются и в качестве микрофона - в рациях, переговорных устройствах, то есть там, где компактность важнее качества звука). Диафрагма динамического микрофона связана с катушкой, находящейся в зазоре вокруг магнита.

Продольные колебания прилегающего воздуха смещают диафрагму с катушкой относительно постоянного магнитного поля, что приводит к появлению на концах катушки переменного электрического напряжения, амплитуда и частота которого пропорциональны силе и частоте звука, воздействующего на диафрагму.

В конденсаторном микрофоне звук воздействует на мембрану, являющуюся одной из обкладок конденсатора. Этот конденсатор включен в последовательную цепь с источником постоянного тока. При звуковом воздействии на мембрану она начинает колебаться, вызывая изменение емкости, которое, в свою очередь, превращает постоянное напряжение источника в переменное. В силу ряда особенностей использования конденсатора в качестве электроакустического преобразователя конденсаторный микрофон всегда снабжается специальным усилителем, согласующим выход микрофона с входом нагрузки.

Большинство микрофонных предусилителей являются транзисторными. Однако существует ряд дорогих студийных моделей с ламповыми усилителями. Их неточно называют "ламповыми микрофонами". Лампа используется здесь только с целью добиться так называемого "лампового звука", который предпочитают ценители.

Конденсаторные микрофоны делятся на микрофоны с большой диафрагмой и с малой. Первые в силу размеров, дизайна и изрядной цены используются только в студии, вторые более универсальны.

Особой разновидностью конденсаторного микрофона является электретный микрофон, у которого пластины конденсатора, изготовленные из специального материала, постоянно заряжены и не требуют источника напряжения. Этот источник в электретных микрофонах все же имеется, но только для питания микрофонного усилителя, который так же необходим в электретных микрофонах, как и в обычных конденсаторных микрофонах.

Большинство современных конденсаторных микрофонов используют постоянное напряжение 48 В, которое подается от специального источника питания, либо с микшерного пульта, имеющего функцию так называемого "фантомного питания". Многие профессиональные видеокамеры также имеют возможность подачи фантомного питания для того, чтобы использовать в видеосъемке внешние конденсаторные микрофоны.

С точки зрения пространственных характеристик микрофоны делятся, прежде всего, на направленные и ненаправленные. Направленность определяется как изменение чувствительности микрофона при перемещении источника звука неизменной интенсивности относительно оси, перпендикулярной плоскости диафрагмы.

Естественно, что наиболее чувствителен микрофон именно по этой оси. Однако поведение микрофона по мере отклонения источника от этой оси может быть различно:

• в случае, если чувствительность меняется очень слабо, микрофон является ненаправленным, и его характеристика направленности графически изображается в виде круга;

• если чувствительность в пределах фронтальной полусферы меняется мало, а чувствительность со стороны тыльной полусферы резко падает, микрофон является односторонненаправленным. Поскольку график характеристики направленности напоминает сердце ("крендель"), то такой микрофон называется кардиоидным;

• если у кардиоидного микрофона чувствительность при отклонении от оси сильно ослабляется, образуя вытянутую кардиоиду ("грушу"), это суперкардиоидный микрофон;

• в случае резкого падения чувствительности микрофона при отклонении от оси, этот микрофон является гиперкардиоидным, или остронаправленным;

• существуют также двусторонненаправленные микрофоны, график характеристики которых представляет собой "восьмерку".

При этом следует учитывать, что характеристики направленности сильно зависят от соотношения длины волны и размеров микрофона, то есть от частоты звука. В отношении низких частот направленность микрофонов проявляется меньше, в отношении высоких - больше.

С точки зрения способов коммутации микрофоны делятся на традиционные проводные и радиомикрофоны. Радиомикрофон представляет собой "комбайн" из микрофонной головки и передатчика (трансмиттера) в одном корпусе и приемника (ресивера). Петличные радиомикрофоны состоят их двух частей: самого микрофона, закрепленного на лацкане, воротнике и т.п., и соединенного с ним скрытым кабелем передатчика, находящегося на поясе, в кармане и т.п.

Радиомикрофоны создаются на базе стандартных микрофонных головок (капсюлей), поэтому их акустические характеристики практически идентичны базовым проводным аналогам.

Параметры микрофонов охватывают ряд характеристик, отраженных, как правило, в их технической документации. • Номинальный диапазон частот, в котором сигнал на выходе микрофона может быть зарегистрирован. Чем он шире, тем выше класс микрофона.

• Неравномерность частотной характеристики тесно связана с номинальным диапазоном частот и обозначает разность между максимальной и минимальной чувствительностью микрофона в пределах номинального диапазона частот. Чем меньше неравномерность и ровнее кривая чувствительности, тем лучше микрофон.

• Чувствительность микрофона - это отношение выходного напряжения к звуковому давлению, выражается в милливольтах на паскаль (мВ/Па). Так как звуковое воздействие на микрофон может быть самым разным, измерение чувствительности стандартизировано: оно производится в условиях действия прямой звуковой волны (так называемое "свободное поле") на частоте 1000 Гц. Чувствительность конденсаторных микрофонов значительно выше чувствительности динамических.

• Перепад чувствительности "фронт/тыл" не нуждается в особых разъяснениях. Его значение различно для разных типов направленности микрофонов.

• Выходное сопротивление и сопротивление нагрузки (в омах) тесно связаны между собой и измеряются, как правило, на частоте 1000 Гц. При этом сопротивление нагрузки должно быть в несколько раз больше, чем выходное сопротивление (не меньше, чем в три раза).

• Уровень чувствительности, который следует отличать от просто чувствительности, зависит от номинального сопротивления нагрузки. Стандартный уровень чувствительности выражается в децибеллах (дБ) и отражает уровень мощности, развиваемой микрофоном в номинальную нагрузку при давлении в один паскаль. При этом, чем меньше сопротивление нагрузки (и, стало быть, выходное сопротивление микрофона), тем выше уровень чувствительнос-ти микрофона.

• Предельное звуковое давление измеряется в диапазоне средних частот и указывает, при каком уровне гармоники превысят 0,5%. Для профессиональных микрофонов это число достигает гигантского значения - до 140 дБ.

• Уровень собственных шумов микрофона определяется как уровень эквивалентного звукового давления при отсутствии воздействующего звукового сигнала и измеряется в децибеллах. Чем ниже значение этого параметра, тем, естественно, лучше. Для профессиональных микрофонов он составляет 20 дБ и менее.

• Динамический диапазон микрофона - это разность между предельным звуковым давлением и уровнем собственных шумов.

Долгое время в качестве сценических использовались по преимуществу динамические микрофоны - они более компактны, лучше переносят перемещение во включенном состоянии, не требуют фантомного питания.

С появлением электретных конденсаторных мик-рофонов, сочетающих высокое качество звукопередачи с удобством мобильного использования, их стали активно применять на сцене. В последние годы разными фирмами были созданы конденсаторные микрофоны с дизайном обычных "ручных" динамических микрофонов. Они предназначены, прежде всего, для вокалистов.

Очень популярны в последние годы миниатюрные микрофоны, совершенно незаменимые в мюзиклах, где микрофоны необходимо "скрыть с глаз долой". Это и обычные "петличные" микрофоны, и микрофоны-"спички", приклеиваемые к лицу или голове артиста и маскируемые гримом. Несмотря на миниатюрность, они имеют достаточно хорошее качество передачи звука, - однако тем, кто намерен ими пользоваться, следует помнить про довольно высокий уровень внутреннего шума этих микрофонов.

Еще один особый тип микрофонов с успехом применяется на сцене, прежде всего в театральных постановках - микрофоны граничного слоя, или PZM-микрофоны. Их отличительная особенность: с изменением расстояния от источника очень мало изменяется тембр передачи звука. В театре эти микрофоны устанавливают прямо на полу сцены, обычно у рампы, и с их помощью снимают звук с довольно большой площади.

Современное звукоусиление всегда диктует необходимость выбора микрофонов разного типа направленности. Это, за редким исключением, односторонненаправленные микрофоны. Поскольку в большинстве случаев сейчас используются системы мониторного озвучивания сцены, а в больших залах также и "прострел" (то есть примерно такие же акустические системы, которыми озвучивают зал, но повернутые из-за кулис вдоль сцены), это повышает требования к направленности микрофонов. Необходимость избегать возникновения акустической обратной связи, заставляет использовать супер- и гиперкардиоидные микрофоны. Однако в ряде случаев применение остронаправленных микрофонов создает проблемы - например, если исполнитель очень подвижен, перемещения его головы относительно оси направленности микрофона могут привести к резким падениям уровня звука. В этом случае лучше использовать так называемую "широкую кардиоиду". Разные источники звука обладают чрезвычайно разными частотными и динамическими характеристиками. Поэтому каждому из них необходимо подобрать свой тип микрофона с наиболее подходящими параметрами.

Основное применение в звукоусилении находят динамические микрофоны - более универсальные, стойкие к перегрузкам и более дешевые. Для вокала рекомендуются динамические микрофоны, обычно суперкардиоидные, с частотной характеристикой от 60…70 Гц и до 16…17 кГц.