|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese
ЕНЦИКЛОПЕДІЯ РАДІОЕЛЕКТРОНІКИ ТА ЕЛЕКТРОТЕХНІКИ Сучасні мікрофони та їх застосування. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки
Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки / Аудіотехніка Мікрофон - неодмінний атрибут систем звукопідсилення, аматорської та професійної звукозаписної апаратури, студій радіо- та телевізійного мовлення. З розвитком мультимедійних систем він став сьогодні стандартним зовнішнім компонентом для багатьох комп'ютерів. Про пристрій мікрофонів, їх найважливіші характеристики, про те, як вибрати оптимальний мікрофон для конкретних умов застосування, розповідає ця стаття. У цій статті ми намагатимемося описати загальний підхід до вибору мікрофона, виходячи з його внутрішнього пристрою та призначення, а також відповісти на деякі питання, які можуть виникнути у любителів звукозапису та просто у всіх, хто не має спеціальних знань у цій галузі. Для цього, описуючи їх різні конструкції та типи, наведемо приклади і вітчизняних, і зарубіжних моделей. Що таке мікрофон? Мікрофон - це електроакустичний прилад, що перетворює звукові акустичні коливання повітряного середовища в електричні сигнали. Він є першою ланкою будь-якого тракту звукозапису, звукопідсилення, мовного зв'язку. Його характеристики та умови експлуатації багато в чому визначають якість сигналу у всьому тракті. Багато видів спотворень звукових сигналів (нелінійні, перехідні, особливості передачі акустичної обстановки та перспективи) і різноманітних перешкод (вітрових, вібраційних, акустичних) часто не можуть бути ліквідовані подальшою обробкою сигналів без істотного погіршення корисних складових. У мікрофоні при перетворенні звукових коливань на електричні сигнали відбуваються різні взаємопов'язані фізичні процеси. Відповідно до цього мікрофон можна як ряд функціональних ланок. Перша ланка - акустична, приймач звукових хвиль. Звуковий (коливальний) тиск, що створюється джерелом звуку, впливає на акустичний вхід (або входи). В результаті взаємодії приймача та звукового поля формується механічна сила, яка залежить від частоти звукового сигналу, розмірів та форми корпусу мікрофона та його акустичних входів, відстані між ними, кута падіння звукової хвилі щодо акустичної осі мікрофона, характеру звукового поля. Тип приймача визначає такий важливий параметр як характеристика спрямованості (ХН). Друга ланка - акустико-механічне, воно служить для узгодження в заданому діапазоні частот сили, що формується приймачем, з величиною коливальної швидкості (для динамічних мікрофонів) або усунення (для конденсаторних) рухомого елемента електромеханічного перетворювача мікрофона. Властивості цієї ланки визначаються взаємним розташуванням, величиною і частотною залежністю акустико-механічних елементів, що входять до неї, які в конструктивному відношенні являють собою різні зазори, щілини, отвори, об'єми, пористі елементи, що знаходяться всередині капсуля мікрофона. Ця ланка визначає частотну характеристику чутливості (ЧХЧ) мікрофона та значною мірою допомагає формуванню ХН у широкому діапазоні частот. Третя ланка - електромеханічне, є електромеханічний перетворювач, що працює в мікрофоні в режимі генератора і перетворює механічне коливання рухомого елемента (його швидкості або зміщення) в електрорушійну силу (ЕРС). Ефективність перетворювача характеризується коефіцієнтом електромеханічного зв'язку. Перетворювач визначає чутливість мікрофона. Четверта ланка – електрична. Воно виконує функцію узгодження перетворювача з наступним підсилювальним пристроєм (наприклад, у конденсаторних мікрофонах узгодить великий ємнісний опір капсуля з відносно низькоомним входом підсилювального пристрою). У деяких моделях мікрофонів електрична ланка також коригує мікрофонів АЧХ. Типи приймача та перетворювача є визначальними ланками мікрофонів. Акустико-механічне та електричне ланки - узгоджувальні, основне завдання яких - забезпечення мінімальних втрат корисного сигналу та отримання необхідної АЧХ вихідного сигналу. Мікрофони зазвичай класифікують за трьома основними ознаками: типом приймача, типом перетворювача і за призначенням (умовами експлуатації). Як поділяються мікрофони? Тип приймача визначає одну з основних характеристик мікрофона – характеристику спрямованості. Характеристика спрямованості називається залежність чутливості мікрофона на заданій частоті від кута падіння звукової хвилі. За типом приймача мікрофони поділяються на такі групи. Приймачі тиску (ненаправлені, "нульового порядку", "кругові"). Вони звук впливає на рухливий елемент (мембрану, діафрагму) лише з одного боку. Внаслідок цього на низьких та середніх частотах, де розміри мікрофона малі в порівнянні з довжиною звукової хвилі, чутливість мікрофона практично не змінюється при різних кутах падіння звуку. Приймачі градієнта чи різниці тисків (спрямовані). Вони бувають двох видів: Відмінності у формі ХН однонаправлених приймачів визначаються як ступенем несиметрії входів, і величиною акустико-механических параметрів внутрішньої структури акустикомеханического ланки. Характеристики спрямованості (діаграми) зазначених типів приймачів графічно представлені на рис. 1.
Характеристики чутливості мікрофонів: 1 - з круговою "спрямованістю" (неспрямовані), 2 - з двосторонньою спрямованістю, 3-5 - з кардіоїдною спрямованістю На рис. 2 схематично зображено принцип побудови неспрямованого (а), двосторонньо спрямованого (б) та односторонньо спрямованого (в) мікрофонів.
В особливу групу іноді виділяють комбіновані мікрофони, або мікрофони зі змінною ХН. У цих мікрофонах можна отримати практично будь-яку ХН із сімейства (див. рис. 1) комбінацією електричних сигналів від двох приймачів - ненаправленого (крива 1) і двосторонньо спрямованого (крива 2), або від двох розгорнутих на 180 про капсули кардіоїдних мікрофонів (електрично комбіновані ), а також зміною величини напруги поляризації на половинках нерухомого електрода або мембранах двомембранних конденсаторних мікрофонах. Особливу групу представляють гостроспрямовані мікрофони, які застосовуються у випадках, коли немає можливості підійти до джерела корисного сигналу. Гостра ХН у яких реалізується кількома різними способами. "Біградієнтними" або "бікардіоїдними" (градієнти другого порядку) називають мікрофони, що складаються з двох ідентичних, просторово рознесених і співвісно розташованих капсулей з ХН "вісімка" або "кардіоїда", включених у протифазі. Діапазон частот таких приймачів украй обмежений. Найбільш поширеними серед гостронаправлених мікрофонів є мікрофони "біжучої хвилі" (інтерференційні), що складаються з трубки з отворами або прорізами, на задньому торці якої розташований ненаправлений або односпрямований мікрофонний капсуль (рис. 3).
Отвори (прорізи) у трубці закриті тканиною або пористим матеріалом, акустичне опір якого зростає в міру наближення до капсуля. Загострення ХН досягається через інтерференцію парціальних звукових хвиль, що проходять через отвори трубки. При русі фронту звуку паралельно осі трубки всі парціальні хвилі приходять до рухомого елемента одночасно, у фазі. При поширенні звуку під кутом до осі ці хвилі доходять до капсуля з різною затримкою, що визначається відстанню від відповідного отвору до капсуля, при цьому відбувається часткова або повна компенсація тиску, що діє на рухомий елемент. Помітне загострення ХН таких мікрофонах починається з частоти, де довжина трубки більше половини довжини звукової хвилі; із збільшенням частоти ХН ще більше загострюється. Тому навіть при значній довжині таких мікрофонів, яка може досягати метра і навіть більше, ХН на частотах нижче 150...200 Гц визначається лише капсулем і зазвичай близька до кардіоїди або суперкардіоїди. Третій, реально зустрічається тип гостронаправлених мікрофонів - рефлекторні. У цих мікрофонах капсуль з ненаправленою або односпрямованою ХН міститься у фокусі параболічного відбивача (рис. 4).
При цьому завдяки властивостям параболи звукові хвилі після відображення концентруються у фокусі параболи, в місці розташування рухомого елемента капсуля, причому досягають його у фазі. Звукові хвилі, що під кутом до осі параболи, розсіюються рефлектором, не потрапляючи на мікрофон. У рефлекторній системі ХН ще більш залежна від частоти, ніж інтерференційної, і змінюється від практично ненаправленої на низьких частотах (при діаметрі рефлектора менше довжини звукової хвилі) до вузького пелюстки на високих частотах. ЧХЧ таких мікрофонів має підйом у бік високих частот із крутістю близько 6 дБ на октаву, який зазвичай компенсується або електричним шляхом, або спеціальною конструкцією капсуля. На які групи діляться мікрофони типу перетворювача? За типом електромеханічного перетворювача мікрофони поділяються на вугільні, електромагнітні, п'єзоелектричні, електродинамічні (динамічні) та конденсаторні (електростатичні). У професійних мікрофонах (за винятком мікрофонів для зв'язку та озвучування в транспорті) зазвичай використовуються два останні типи перетворювача. Тож розглянемо їх докладніше. Динамічні мікрофони, у свою чергу, поділяються на котушкові та стрічкові. Схематично найпростіший пристрій показано на рис. 5 (а і б відповідно). У першому варіанті циліндричну безкаркасну котушку (як правило, двох-і, рідше, чотиришарову) поміщають у кільцевий зазор магнітного ланцюга, в якому створюється рівномірне магнітне поле радіального напрямку. Котушка приклеєна до куполоподібної діафрагми з гофрованим коміром, що виконує роль підвісу. Коли діафрагма (з полімерного матеріалу) під впливом звукового тиску робить коливання, провід котушки перетинає магнітне поле зазору (ширина якого зазвичай 0,4...0,6 мм) й у котушці індукується ЕРС. Постійні магніти мікрофонів виготовляють із спеціальних матеріалів із високими залишковою індукцією та коерцитивною силою. Величина активного опору такої котушки у різних моделях зазвичай коливається не більше 20...600 Ом.
a) динамічний мікрофон б) стрічковий мікрофон 1 - купоподібна діафрагма з гофрованим коміром, 2 - циліндрична котушка, 3 - магніт, 4 - магнітопровід, 5 - гофрована стрічка з фольги, 6 - магнітний зазор Як правило, з таким типом перетворювача роблять ненаправлені мікрофони або з односторонньою спрямованістю. В останньому випадку в корпусі магнітної системи розкривають отвори, що заклеюються шовком або іншим пористим матеріалом, що реалізує на другому вході активний акустичний опір. Для розширення діапазону у бік низьких частот у таких мікрофонах зазвичай застосовують додаткові замкнуті об'єми, з'єднані всередині з магнітом за допомогою трубок та отворів різного перерізу. Як приклад таких мікрофонів з вітчизняних може служити ненаправлений мікрофон МД-83, а також мікрофони МД-97 та МД-91 з односторонньою спрямованістю - для систем звукопідсилення мови, що випускаються в даний час ТОВ "Мікрофон-М" (С.-Петербург) . Для компенсації електромагнітних перешкод (фону змінного струму) в мікрофонах котушок послідовно зі звуковою котушкою зазвичай включають антифонну котушку, намотується, як правило, на магнітну систему. Котушки включають таким чином, що фонові напруги, що наводяться на них, що збуджуються в обох котушках, взаємно компенсуються. У стрічковому перетворювачі (рис. 5,б) як рухомий елемент використовується гофрована (для забезпечення більшої гнучкості) металева (як правило, алюмінієва) стрічка товщиною кілька мікрон, що поміщається в магнітне поле між полюсними наконечниками постійного магніту, зазор між якими зазвичай буває порядку 1,5...2 мм. Стрічка служить одночасно і провідником струму, і рухомий системою перетворювача. З таким типом перетворювача зазвичай реалізується мікрофон з "вісімковою" ХН (через повну симетрію перетворювача), ненаправлені (з акустичним лабіринтом, що закриває один бік стрічки), рідше - односторонньо спрямовані. Стрічка, на відміну від котушки, має надзвичайно малий електричний опір порядку 0,1...0,3 Ом, а напруга сигналу на її виході складає всього 20...30 мкВ при тиску 1 Па, порівнянний з величиною напруги електростатичних перешкод мікрофонні кабелі. Тому напруга, що розвивається стрічкою, попередньо збільшують за допомогою трансформатора, що підвищує, що поміщається в корпусі мікрофона в екран з пермалою. Звукооператори відзначають особливу для стрічкових мікрофонів природність, м'якість, прозорість передачі тембру багатьох музичних інструментів, особливо струнних тарілок. Це легкістю рухомого елемента - стрічки, отже, і малими перехідними спотвореннями. Також в динамічних мікрофонах теоретично можна використовувати ортодинамічний перетворювач, але поки він не знайшов застосування в серійно моделях мікрофонів, що випускаються. Тому зупинятися на його конструкції тут нема рації. Конденсаторні (електростатичні) мікрофони (КМ) мають два електроди - рухомий та нерухомий, що утворюють обкладки конденсатора (рис. 6). Рухомий електрод - мембрана з металевої фольги або металізованої полімерної плівки товщиною кілька мікрон. Під дією звукового тиску вона коливається щодо нерухомого електрода, що призводить до зміни ємності капсуля (конденсатора) щодо стану спокою. У КМ величина зміни ємності, отже, і вихідний електричний сигнал повинні відповідати звуковому тиску. Ступінь відповідності вихідної напруги звукового тиску по амплітуді та частоті визначає ЧХЧ та динамічний діапазон конкретного мікрофона. Невід'ємною частиною будь-якого КМ є вузол, що узгоджує електричний імпеданс перетворювача з подальшим підсилювальним пристроєм. Ця електрична ланка КМ може бути високочастотного та низькочастотного типів. При високочастотному типі перетворення капсуль КМ підключений до ланцюга контуру генератора високої частоти (порядка кількох МГц). У цьому виходить частотна модуляція сигналу ВЧ, і після демодуляції утворюється сигнал звуковий частоти. Таке включення капсуля не вимагає поляризуючої напруги, для нього характерний низький рівень власних шумів мікрофона. Однак високочастотна схема в мікрофоні не знайшла широкого застосування переважно через складність стабілізації частоти і в промислових моделях мікрофонів звукового діапазону зустрічається рідко. У подальшому викладі принципів роботи та різновидів КМ ми матимемо на увазі КМ з низькочастотною ланкою, до яких належать більшість сучасних моделей КМ. Вони перетворення звукового тиску в електричний сигнал відбувається за зовнішньої чи внутрішньої (електретної) поляризації. КМ у системі із зовнішньою поляризацією (рис. 6) утворює з електродів плоский конденсатор ємністю 10...100 пФ із повітряним зазором 20...40 мкм, який через опір порядку 0,5...2 ГОм заряджається від джерела зовнішньої напруги UП. При коливаннях мембрани під впливом звукового тиску чи різниці тисків величина заряду обкладок з-за великої постійної часу RC-ланцюжка залишається незмінною. Величина змінної складової напруги, що утворюється в результаті коливань мембрани та відповідною зміною ємності, пропорційна зміщення мембрани.
a) ненаправлений мікрофон: б) мікрофон із двосторонньою спрямованістю 1 - металізована плівка; 2 - калібрована ізолююча прокладка; 3 - нерухомий електрод Приблизно двадцять років тому за кордоном і у нас в країні розпочато промислове виробництво електретних конденсаторних мікрофонів, для яких не потрібне зовнішнє джерело напруги, що поляризує; в них як мембрана використовується полімерна електретна плівка, металізована із зовнішнього боку. Ця плівка поляризується одним з відомих способів і має властивість тривалий час зберігати постійний поверхневий заряд. Таким чином, замість зовнішнього використовується внутрішнє джерело. В іншому робота такого перетворювача принципово нічим не відрізняється від звичайного КМ. У НДІРПА на початку 80-х років було розроблено ряд односпрямованих і неспрямованих конденсаторних мікрофонів, але нині більшість із них з різних причин знято з виробництва. Останнім часом при розробці нових моделей мікрофонів електретний матеріал тим чи іншим способом наносять на нерухомий електрод, що дозволяє застосовувати як мембрану більш тонкі металеві та полімерні плівки, які мають порівняно з електретною плівкою суттєво вищими механічними параметрами. Це дозволяє за тієї ж чутливості капсуля мати ширший номінальний діапазон частот спрямованого прийому, розширений як у бік низьких (за рахунок зменшення товщини, а значить, згинальної жорсткості мембрани), так і у бік високих (внаслідок зменшення маси мембрани) звукових частот. Як приклад таких професійних мікрофонів можна навести кардіоїдний одномембранний електретний мікрофон МКЕ-13М ("Мікрофон-М"), що випускаються петербурзькими підприємствами, і ненаправлений "петличний" МКЕ-400 ("Неватон"), які не поступаються за своїми характеристиками кращим моделям зарубіжних. в тому числі КМ із зовнішнім джерелом напруги) і популярні переважно на студіях Західної Європи, ніж Росії.
a) одномембранний мікрофон: б) двомембранний мікрофон 1 - мембрана 2 - нерухомий електрод 3 - повітряний зазор 4-5 - отвори акустичних каналів 6 - ізолююче кільце 7 - калібровані прокладки Спрощено конструкція капсулів КМ представлена на рис. 7. З малюнків видно, що одномембранний конденсаторний мікрофон (small diaphragm) при відповідному виборі конструктивних параметрів може бути з односторонньою спрямованістю (рис. 7,а), ненаправленим (у цьому випадку щілина 7 має бути закрита), а також з двосторонньою спрямованістю ( 7, б). У двомембранному мікрофоні (ДКМ або large twin diaphragm) обидві мембрани можуть бути електрично активними (рис. 7,б). Не вдаючись докладно у фізику процесів, що відбуваються в ДКМ, з чим можна познайомитися у спеціальній літературі, можна сказати, що кожна половинка капсуля ДКМ представляє в акустико-механічному плані окремий мікрофон з кардіоїдною характеристикою спрямованості, другий акустичний вхід якого здійснюється не через щілину, як в одномембранном мікрофоні, а через другу (протилежну) мембрану, причому максимуми чутливості цих мікрофонів розгорнуті на 180о. Такий мікрофон прийнято називати акустично комбінованим. Крім акустичного в ДКМ, реалізується і електричне комбінування. Так, подавши поляризуючу напругу на одну з мембран (активну), а другу (пасивну), замкнувши на нерухомий електрод, можна отримати, при правильному виборі конструктивних параметрів, мікрофон з односторонньою ХН, близькою до кардіоїди. При подачі на другу мембрану рівного за величиною і знаку напруги, що поляризує, отримаємо ненаправлений мікрофон. При подачі на другу мембрану рівного за величиною і протилежного за знаком поляризуючого напруги отримаємо двосторонню спрямованість ("вісімку"). У проміжних випадках за потреби можна отримати будь-яку ХН (див. рис. 1). Як приклад таких мікрофонів з ХН, що перемикається, можна навести С414В-ULS (AKG), U87i і U89i (Neumann), а також вітчизняний МК51 ("Неватон"). Які основні характеристики та параметри мікрофонів є критеріями при їх виборі і чому? При виборі мікрофонів тих чи інших умов роботи необхідно враховувати всю сукупність технічних і експлуатаційних вимог, з конкретних особливостей їх використання. У зв'язку з цим необхідно чітко розуміти, що визначають технічні характеристики мікрофонів. Основними технічними характеристиками, які необхідно враховувати при виборі мікрофонів, є: 1. Номінальний діапазон частот, який у сукупності з нерівномірністю частотної характеристики чутливості, що вимірюється в дБ, є критерієм правильної передачі спектра корисного сигналу. 2. Чутливість по вільному полю, яка зазвичай нормується на частоті 1000 Гц і вимірюється в мВ/Па, а також пов'язаний з цією величиною параметр - рівень еквівалентного звукового тиску (для КМ), обумовлений власним шумом мікрофона і нормований в дБ щодо нульового рівня: рo = 2x10-5 Па. Так як у будь-якій системі перетворення та посилення сигналу завжди присутні власні шуми, а мікрофон є початковою ланкою такої системи, то величина створюваного ним корисного сигналу визначає співвідношення "сигнал/власний шум" усієї системи. Тому зниження чутливості мікрофона є небажаним чинником. Слід також мати на увазі, що прагнення збільшення ширини відтворюваного мікрофоном діапазону частот призводить до зменшення абсолютної величини його чутливості. З іншого боку, що ширше діапазон частот мікрофона, тим важче отримати у його межах стабільну ХН. 3. Характеристика спрямованості визначає просторову вибірковість, т. е. ширину тілесного кута, у якому корисний акустичний сигнал немає істотної амплітудної нерівномірності. ХН при фіксованій відстані від джерела корисного сигналу визначає співвідношення "корисний сигнал/акустичний шум" відносно відносної відстані від джерела корисного сигналу, тобто в межах радіусу гучності. Тісно пов'язане з ХН поняття коефіцієнта спрямованості, що визначає спрямовані властивості мікрофона в далекому (щодо джерела) полі. Його чутливість до розташованого по осі мікрофона корисному джерелу звуку в раз вище, ніж до джерел перешкод, розподілених навколо мікрофона (до дифузного поля), або, іншими словами, при тому самому відношенні сигнал/перешкода на вході мікрофона спрямований мікрофон може перебувати в разів далі від корисного джерела, ніж ненаправлений. У деякому наближенні вважатимуться, що неспрямований мікрофон малих (проти довжиною звуковий хвилі) поперечних розмірів досить точно сприймає корисний сигнал у тілесному куті 150...180°. При більш значних розмірах ненаправленого мікрофона його ХН залежить від частоти, помітно звужуючись на високих частотах, тому кут охоплення у разі не можна вважати більшим 90°. Для кардіоїдного мікрофона з постійною за частотою ХН кут охоплення дорівнює 120 °, для суперкардіоїдного - 90 °, гіперкардіоїдного - 60 °, двосторонньо спрямованого (з ХН "вісімка") кут охоплення дорівнює 60 ° з кожної його сторони. Також корисно (наприклад, для розрахунку систем звукопідсилення) знати, що коефіцієнт спрямованості (мікрофона з ХН "коло" і "вісімка" дорівнює 1, з ХН "гіперкардіоїда" - 4, "суперкардіоїда" - 3,7, "кардіоїда" - 3 , А у гостронаправлених мікрофонів в середньому по діапазону він може досягати 5-7. 4. Рівень граничного звукового тиску, що виражається в дБ щодо рo = 2x10-5 Па - це рівень, при якому коефіцієнт гармонічних спотворень не перевищує 0,5% або іншого значення, встановленого в технічній документації. Цей параметр показує межі лінійності амплітудної характеристики мікрофона разом із рівнем власного шуму визначає динамічний діапазон мікрофона, отже, і тракту загалом. 5. Модуль повного електричного опору (імпеданс), Ом, зазвичай нормований на частоті 1000 Гц, визначає величину навантаження (вхідного опору підсилювача або пульта), на яку працює мікрофон. Як правило, щоб не було втрати корисного сигналу, величина навантаження повинна перевищувати імпеданс мікрофона в 5-10 разів у всьому діапазоні частот. 6. Габаритні розміри, маса, тип роз'єму, інші конструктивні особливості дозволяють будувати висновки про можливості застосування мікрофона у тих чи інших умовах. Вся сукупність вимог, які пред'являються конкретному мікрофону, визначається його призначенням. Які групи за призначенням поділяють мікрофони? За призначенням мікрофони поділяються на три великі групи:
Професійні мікрофони також суттєво різняться за призначенням:
Крім того, мікрофони сильно відрізняються за конструктивним рішенням залежно від умов їх кріплення та розташування щодо джерела сигналу:
Дати певні рекомендації щодо вибору мікрофонів без урахування конкретних умов вкрай важко, оскільки мікрофон певного конструктивного рішення та призначення (наприклад, широкосмуговий конденсаторний мікрофон для звукозапису в студіях) може бути погано сумісний або навіть зовсім неприйнятний для інших умов та призначення (наприклад , у системах для проведення конференцій або як ручний для солістів). Можна вказати лише загальні правила, якими слід керуватися при виборі мікрофона для тих чи інших цілей. Радіомовні студії, а також студії звукозапису (телевізійні, кіно-, грамзаписи) музики та художнього мовлення мають бути укомплектовані широкосмуговими мікрофонами з найвищими електроакустичними параметрами. Тому в студійних умовах, як правило, застосовують конденсаторні мікрофони, що володіють широким частотним і динамічним діапазоном, часто з ХН, що перемикається (двохмембранні, пристрій яких розглянуто вище). Крім перерахованих переваг, студійні КМ мають у 5-10 разів більшу чутливість, ніж динамічні, і практично не мають чутних перехідних спотворень, оскільки резонанс рухомої системи КМ лежить поблизу верхньої межі номінального діапазону частот і має дуже малу добротність. Тому в студіях звукозапису та в системах звукопідсилення музики як універсальні інструментальні мікрофони все частіше застосовують невеликі кардіоїдні КМ, такі як КМ84, КМ184 (Neumann), C460B (AKG), з вітчизняних - МКЕ-13М ("Мікрофон-М"). До недоліків КМ відносять необхідність у джерелі постійної напруги, яким зазвичай служить мережевий блок живлення, а також той факт, що КМ погано переносять вологість, а також різку зміну температури. Останнє пов'язано з тим, що вхідний опір вбудованого підсилювача КМ має величину 0,5...2 ГОм, тому в умовах підвищеної вологості та випадання роси при зміні температури повітря опір знижується, що призводить до "завалу" низьких частот і збільшення шуму. Тому КМ рідко застосовують на відкритому повітрі та в переносних установках. У студійних умовах застосування КМ не викликає будь-яких труднощів. Мікрофони з односторонньою спрямованістю використовують при широкому куті розташування виконавців і при записі кількома мікрофонами для чіткого поділу окремих груп музичних інструментів, а також у випадках, коли необхідно зменшити вплив сторонніх шумів або знизити в записуваному сигналі величину ревербераційної складової. Мікрофон із двосторонньою спрямованістю застосовують при записі дуету, діалогу, співака та акомпаніатора, при записі малих музичних складів (струнний квартет), а також, коли необхідно відбудуватися від спрямованих джерел шуму або сильних відбиття від стелі та підлоги. При цьому мікрофон орієнтують зоною мінімальної чутливості до джерел шуму або поверхонь, що відбивають. Мікрофон з ХН "вісімка" також застосовують у випадках, коли хочуть спеціально виділити низькі частоти голосу соліста або окремого музичного інструменту, маючи мікрофон у цьому випадку в безпосередній близькості від виконавця. Тут використовується так званий "ефект ближньої зони", пов'язаний з проявом сферичності звукової хвилі на близькій відстані від джерела звуку, коли на перший і другий акустичні входи мікрофона діють звукові тиски, різні не тільки фазою, але і амплітудою. Цей ефект найбільше помітний у "вісімкових" мікрофонів і зовсім відсутній у ненаправлених. Ненаправлені мікрофони використовують передачі загальної акустичної обстановки приміщення під час запису кількома мікрофонами, і навіть під час запису промови, співу, музики в сильно заглушених приміщеннях, під час запису різних зустрічей і розмов за " круглим столом " . Останнім часом для подібних записів все частіше застосовують мікрофони "граничного шару", у яких мембрана дуже малого розміру розташована паралельно площині столу на дуже невеликій відстані від його поверхні, а сам мікрофон сконструйований як невеликий плоский предмет, який, будучи покладений на стіл або на підлога, практично є продовженням його поверхні. Завдяки цьому на мембрану такого мікрофона не потрапляє відбиття від поверхні столу, а ХН такого мікрофона визначається напрямом і розмірами поверхні, на якій лежить мікрофон, і в звуковому діапазоні близька до напівсфери. Як приклад таких мікрофонів "граничного шару" можна навести С562BL (AKG), та якщо з вітчизняних моделей - МК403 ("Неватон"). Ненаправлені КМ також застосовуються як петличні, вбудовані в меблі або магнітофон, для акустичних вимірювань. Мікрофони в студіях, крім обумовлених вище особливих випадків, як правило, встановлюють на стійках або підлогах типу "журавель". Оскільки мікрофон під час запису не пересувають і не чіпають, а стійки створюють хорошу амортизацію від підлоги, то спеціальних вимог до студійних мікрофонів щодо сприйнятливості вібрації, як правило, не пред'являють. Багато принципів звукозапису, що вимагають точної установки мікрофона з урахуванням навколишнього виконавця обстановки, в телебаченні визначаються головним чином візуальними вимогами. Так, мікрофон, що потрапляє в кадр, повинен бути невеликого розміру, з поверхнею, що виключає відблиски, що гарантовано точно передається телебаченням кольору. Поза кадром застосовують мікрофони на пересувних стійках. Так як переміщення мікрофона відбувається часто під час передачі, застосовують спеціальні заходи для його захисту від повітряних потоків, вібрацій (зовнішні амортизатори, вітрозахист). Відносно великі відстані від джерел звуку та великий рівень шуму вимагають застосування тут спрямованих, а часто й гостронаправлених мікрофонів. Для відеокамер застосовують, як правило, легкі, відносно невеликі за розміром мікрофони з дещо загостреною порівняно з кардіоїдною ХН, конструктивно сумісні з камерою, часто із застосуванням у конструкції мікрофона спеціальних заходів для зменшення віброперешкоди, що виникає при переміщенні камери під час відеозйомки. Як приклад - мікрофони МКЕ-24 та МКЕ-25 ("Мікрофон-М"). Ще одна група професійних мікрофонів – для систем звукопідсилення музики та художньої мови у концертних залах та театрах та трансляції мовлення з цих об'єктів. Основною особливістю роботи мікрофонів у системах звукопідсилення (C3У) є можливість їх самозбудження внаслідок виникнення на певних частотах паразитного акустичного зворотного зв'язку, внаслідок попадання звукового сигналу від гучномовця (прямого) або відбитого від стін стелі, інших поверхонь на мікрофоні. Це зазвичай обмежує величину звукового тиску при озвучуванні залів. Підвищення стійкості C3У досягається як спеціальною електронною обробкою сигналу, і кількома простими міркуваннями, викладеними нижче. 1. Максимальне наближення мікрофона до джерела первинного сигналу (співаку, промовцю, музичному інструменту), тобто. застосування петличних (для мови) та ручних мікрофонів. Зазначимо, що петличні мікрофони зазвичай ненаправлені, тому наближення їх до оратора не впливає на частотні характеристики. У ручних мікрофонах, зазвичай односпрямованих, вживають спеціальні заходи для "завалу" низьких частот для того, щоб компенсувати їх підйом при роботі з близьким джерелом сигналу. 2. Максимально можливе видалення оратора і мікрофона від гучномовців і поверхонь, що відбивають (мікрофон на стійках на рівні рота виконавця або музичного інструменту). 3. Правильний вибір ХН мікрофона та орієнтації його робочої осі щодо як джерела перешкод (відбиття), так і щодо робочої осі найближчих гучномовців та колонок. Зазначимо, що за результатами наших досліджень найбільш універсальним, з точки зору стійкості C3У, є мікрофон з суперкардіоїдною ХН, особливо це істотно в діапазоні від 200 до 3000 Гц. У C3У і при телевізійній трансляції слід віддавати перевагу мікрофонам можливо менших розмірів для того, щоб вони не заважали глядачам спостерігати за тим, що відбувається на сцені або естраді. З цих міркувань не повинні застосовуватися мікрофони з блискучим і яскравим забарвленням. У разі театру мікрофони часто розміщують вздовж рампи, де вони піддаються впливу сильних електромагнітних полів, створюваних освітлювальними установками. Тут слід застосовувати мікрофони з надійним екрануванням, із симетричним виходом, а в динамічних – обов'язково наявність антифонної котушки. У концертному залі, на естраді, трибуні виникає небезпека великих перешкод через поштовхи і вібрації, і тому більшість стійок мають вібропоглинач, зазвичай на підставі, а врізані в трибуни стійки часто включають пристрій, що амортизує. Проте вони повністю виключають передачу вібрацій від струсу столу, підлоги чи трибуни. Крім того, завжди є ймовірність, що оратор торкнеться стійки, не кажучи вже про мікрофони для солістів, які переважно експлуатуються в руках. У цих мікрофонах передбачають спеціальні заходи для віброзахисту: капсуль амортизується або розв'язується щодо корпусу мікрофона, застосовуються електричні фільтри, що зрізають низькі частоти. Десятки моделей таких мікрофонів випускають багато європейських фірм (AKG, Sennheiser, Beyerdynamic), американських (Electro-Voice, Shure), з вітчизняних - "Байтон-2". Слід зазначити, що динамічні мікрофони принципово чутливіші до вібрацій, ніж конденсаторні, а спрямовані мікрофони більше, ніж приймачі тиску. У системах звукопідсилення промови (конференцзалах, залах засідань, драматичних театрів тощо) основним критерієм є розбірливість мови, а не правильна передача тембру, тому частотний діапазон мікрофонів краще обмежити діапазоном 100...10 000 Гц з "завалом" низьких частот , Починаючи з 300...400 Гц до 10...12 дБ на 100 Гц. Як приклад таких мікрофонів можна навести моделі D541, D558В, D590, С580 (AKG), з вітчизняних – МД-91, МД-96, МД-97 ("Мікрофон-М"). Подальше звуження частотного діапазону мікрофона можливе до 500...5000 Гц майже без втрати розбірливості, але це призводить до помітного спотворення тембру голосу оратора, що також небажано у високоякісних мовах C3У. Тому мікрофони з діапазоном частот 500...5000 Гц, і навіть, застосовуються тільки в пристроях зв'язку, де передача тембру голосу не має суттєвого значення, а треба правильно передати сенс дій, команди і т.п. Звуження частотного діапазону в мікрофонах для C3У промови до 100...10 000 Гц є певним компромісом між розбірливістю та передачею тембру мови і доцільно ще й тому, що спектр аеродинамічного (вітрового, від дихання оратора), вібраційного (тертя та удари корпусу) шуму , а також ревербераційної перешкоди в погано приглушених приміщеннях, якими є більшість залів засідань та конференцій, має явно виражений низькочастотний характер. Тому з погляду співвідношення "корисний сигнал/шум" недоцільно мати мікрофони з широким діапазоном низьких частот. Тим більше, що в C3У використовуються односпрямовані мікрофони, при приміщенні яких поблизу оратора відбувається підйом низьких частот, що компенсує їх спад у ЧХЧ мікрофону, знятому по вільному полю на стандартній відстані 1 м. При відсутності такого спаду відбувається підкреслення низьких частот, що викликає ефект "бубнения", "бочкообразного" звучання мікрофона, знижується розбірливість мови. Для покращення розбірливості мови та прозорості звучання вокалу мікрофони для C3У зазвичай мають плавний підйом ЧХ на частотах 3...7 кГц до 3...5 дБ. До окремої групи мікрофонів можна віднести нагрудні, або як їх ще називають петличні, мікрофони, що застосовуються як на телебаченні, так і C3У. Петличний мікрофон - зазвичай приймач тиску, легкий та малих розмірів, зі спеціальним кріпленням до одягу; це, наприклад, мікрофони СК97-O (AKG), MKE10 (Sennheiser), КМКЕ400 ("Неватон"). Застосування таких мікрофонів має як переваги, і недоліки. Очевидними перевагами є свобода рук оратора та близькість мікрофона до джерела корисного сигналу. Перелічимо кілька недоліків. Це – дотик мікрофона з грудною клітиною, що впливає на забарвлення звучання на низьких частотах; це залежить від виду одягу та особливостей оратора. Крім того, часто нема де закріпити на ораторі блок живлення. Часто мікрофон екранується підборіддям, і звук втрачає ефект присутності, іноді підкреслюються носові тони, що призводить до гугнявості звучання та погіршення розбірливості. Мікрофонний кабель, торкаючись одягу, викликає шуми шереху. Крім того, у застосуванні таких мікрофонів є складнощі психологічного порядку. Мікрофони для роботи на відкритому повітрі повинні бути придатні для використання в будь-яку погоду: при дощі, снігу, вітрі тощо, тому для цих цілей зазвичай застосовують динамічні мікрофони, що мають у порівнянні з конденсаторними та електретними істотно більшу стійкість до впливу температури і вологи, які потребують постійного харчування, надійніші. Для зниження вітрового шуму такі мікрофони мають, як правило, обтічний форму, зовнішній вітрозахисний ковпачок, так як вбудованого вітрозахисту, зазвичай застосовується в ручних мікрофонах і для C3У мови, для роботи на відкритому повітрі в умовах вітру буває недостатньо. При репортажах з вулиці як ручні мікрофони доцільніше використовувати неспрямовані мікрофони, оскільки вони менш сприйнятливі до вітру, вібраціям, випадковим ударам. При цьому, звичайно, у конструкціях таких мікрофонів не повинні бути виключені спеціальні заходи щодо зменшення впливу вібрацій та вітру. Як приклад репортажних мікрофонів – F-115 (Sony), а з вітчизняних – МД-83 ("Мікрофон-М"). У C3У на відкритому повітрі з тих же причин, що і в приміщеннях, треба застосовувати спрямовані мікрофони, при цьому слід намагатися уникати можливості попадання опадів на мікрофон (установка навісів, будок і т. п.). Автор: Ш.Вахітов
Штучна шкіра для емуляції дотиків
15.04.2024 Котячий унітаз Petgugu Global
15.04.2024 Привабливість дбайливих чоловіків
14.04.2024
▪ Технологія самовідновлення одягу ▪ Гібридний кросовер BMW Concept XM ▪ Світовий океан став глибшим на 8 сантиметрів ▪ Ракетомобіль Honda S-Dream встановив рекорд швидкості
▪ розділ сайту Годинники, таймери, реле, комутатори навантаження. Добірка статей ▪ стаття Вогнища та вогнища. Основи безпечної життєдіяльності ▪ стаття Який колір має найдорожча ікра? Детальна відповідь ▪ стаття Люцерна посівна. Легенди, вирощування, способи застосування ▪ стаття Велике майбутнє малої гідроенергетики. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки ▪ стаття Застосування маніпуляцій при карткових фокусах. Секрет фокусу
Головна сторінка | Бібліотека | Статті | Карта сайту | Відгуки про сайт
www.diagram.com.ua |
Дивіться інші статті розділу 
Останні новини науки та техніки, новинки електроніки:
All languages of this page