что такое предварительно поляризованный микрофон
Как работает микрофон, разновидности микрофонов
Для преобразования звуковых колебаний в электрический ток применяют специальные электроакустические приборы, называемые микрофонами. Название данного прибора связано с сочетанием двух греческих слов, которые переводятся как «маленький» и «голос».
Микрофон – это преобразователь акустических колебаний в воздушной среде в электрические колебания.
Принцип действия микрофона заключается в том, что звуковые колебания (по сути — колебания давления воздуха) воздействуют на чувствительную мембрану устройства, а уже колебания мембраны вызывают генерацию колебаний электрических, поскольку именно мембрана связана с генерирующей электрический ток частью прибора, устройство которой зависит от вида конкретного микрофона.
Так или иначе, на сегодняшний день микрофоны находят самое широкое применение в различных областях науки, техники, искусства и т. д. Они используются в аудиотехнике, в мобильных гаджетах, применяются для голосовой связи, для записи голоса, в медицинской диагностике и в ультразвуковых исследованиях они служат датчиками, и во многих-многих других областях человеческой деятельности без микрофона в том или ином виде просто не обойтись.
Микрофоны имеют различные конструкции, так как у микрофонов разного вида за генерацию электрических колебаний отвечают различные физические явления, главные из которых: электрическое сопротивление, электромагнитная индукция, изменение емкости и пьезоэлектрический эффект. На сегодняшний день по принципу устройства можно выделить три основные типа микрофонов: динамический, конденсаторный и пьезоэлектрический. До сих пор кое-где встречаются, однако, и угольные микрофоны, с них и начнем наш обзор.
В 1856 году французский ученый Дю Монсель опубликовал свои исследования, в которых демонстрировалось, что даже при небольшом изменении в площади соприкосновении графитовых электродов, их сопротивление протеканию электрического тока изменяется довольно значительно.
Двадцать лет спустя, американский изобретатель Эмиль Берлинер создал на базе данного эффекта первый в мире угольный микрофон. Это произошло 4 марта 1877 года.
Работа микрофона Берлинера была основана именно на свойстве контактирующих угольных стержней изменять сопротивление цепи вследствие изменения площади проводящего контакта.
Уже в мае 1878 года развитие изобретению дал Дэвид Юз, который установил графитовый стержень с заостренными концами и с неподвижно закрепленной на нем мембраной между парой угольных чашечек.
Когда мембрана колебалась от действия не нее звука, площадь контакта стержня с чашечками также изменялась, соответственно изменялось и сопротивление электрической цепи, в которую был включен стержень. В результате ток в цепи изменялся следуя за колебаниями звука.
Угольный микрофон устроен и работает следующим образом. Между двумя металлическими пластинами находится заключенный в герметичную капсулу угольный порошок (гранулы). Одна из пластин с одной стороны капсулы соединена с мембраной.
Когда на мембрану действует звук, она колеблется, передавая колебания угольному порошку. Частички порошка колеблются, то и дело изменяя площадь контакта друг с другом. Таким образом колеблется и электрическое сопротивление микрофона, изменяя ток в цепи, в которую он включен.
Самые первые микрофоны включали в цепь последовательно с гальванической батареей в качестве источника напряжения.
При подключении такого микрофона к первичной обмотке трансформатора, с его вторичной обмотки можно снять колеблющееся в такт действующему на мембрану звуку электрическое напряжение. Угольный микрофон отличается высокой чувствительностью, что делает в некоторых случаях возможным его применение даже без усилителя. Хотя есть у угольного микрофона и существенный недостаток — наличие значительных нелинейных искажений и шумов.
Конденсаторный микрофон (работа которого основана на принципе изменения электроемкости под действием звука) был изобретен американским инженером Эдуардом Венте в 1916 году. Способность конденсатора изменять емкость в зависимости от изменения расстояния между его обкладками была на тот момент уже хорошо известна и изучена.
Так, одна из обкладок конденсатора выступает здесь в качестве чувствительной к звуку тонкой подвижной мембраны. Мембрана получается легкой и чувствительной в силу своей тонкости, поскольку для ее изготовления традиционно используют тонкий пластик с нанесенным на него тончайшим слоем золота или никеля. Вторая обкладка конденсатора, соответственно, должна быть закреплена неподвижно.
Когда переменное звуковое давление действует на тонкую пластинку, это заставляет ее колебаться — то приближаться ко второй обкладке конденсатора, то отдаляться от нее. При этом колеблется и изменяется электрическая емкость такого своеобразного переменного конденсатора. В результате в электрической цепи, в которую включен данный конденсатор, электрический ток колеблется повторяя форму падающей на мембрану звуковой волны.
Рабочее электрическое поле между обкладками создается либо внешним источником напряжения (например батареей), либо путем изначального применения поляризованного материала в качестве покрытия одной из пластин (электретный микрофон — разновидность конденсаторного микрофона).
Здесь обязательно используется предусилитель, поскольку сигнал очень слаб, ведь изменение емкости от звука оказывается крайне мало, мембрана колеблется еле заметно. Когда схема предусилителя повышает амплитуду звукового сигнала, уже усиленный сигнал направляется затем в усилитель. Отсюда вытекает первое достоинство конденсаторных микрофонов — они сверхчувствительны даже на очень высоких частотах.
В 1931 году модель была усовершенствована американскими изобретателями Тёресом и Венте. Они предложили динамический микрофон с катушкой индуктивности. Данное решение по сей день считается лучшим для звукозаписывающих студий.
В основе работы динамического микрофона лежит явление электромагнитной индукции. Мембрана прикреплена к проводнику из тонкой медной проволоки, намотанному на легкую пластиковую трубочку, которая находится в зоне действия постоянного магнитного поля.
Звуковые колебания действуют на мембрану, мембрана колеблется повторяя форму звуковой волны, при этом передает свои движения проводнику, проводник перемещается в магнитном поле, и (в соответствии с законом электромагнитной индукции) в проводнике индуцируется электрический ток, повторяющий по форме падающий на мембрану звук.
Электродинамические микрофоны подразделяются катушечные на (оснащенные диафрагмой в кольцевом зазоре магнита), ленточные (в которых материалом для катушки служит гофрированная алюминиевая фольга), изодинамические и др.
Классический динамический микрофон надежен, отличается широким диапазоном чувствительности по амплитуде в области звуковых частот, при этом недорог в производстве. Тем не менее он недостаточно чувствителен на высоких частотах и плохо реагирует на резкие перепады звукового давления — это два его главных недостатка.
Динамический микрофон ленточной модификации отличается тем, что магнитное поле создается постоянным магнитом с полюсными наконечниками, между которыми находится тонкая алюминиевая ленточка, являющаяся заменой медной проволоке.
Ленточка обладает высокой электрической проводимостью, но индуцируемое напряжение мало, поэтому в схему обязательно добавляется повышающий трансформатор. Полезный звуковой сигнал снимается в такой схеме со вторичной обмотки трансформатора.
Ленточный динамический микрофон показывает очень равномерный частотный диапазон чувствительности в отличие от обычного динамического микрофона.
В качестве материала постоянного магнита в микрофонах используются магнитотвердые сплавы с высокой остаточной индукцией (например, NdFeB). Корпус и кольцо изготавливают из магнитомягких сплавов (например, из электротехнических сталей или пермаллоев).
Новое слово в аудиотехнике было сказано российскими учеными Ржевкиным и Яковлевым в 1925 году. Они предложили принципиально новый подход к преобразованию звука в колебания тока — пьезоэлектрический микрофон. Действию звукового давления здесь подвергается пьезоэлектрический кристалл.
Звук действует на мембрану, связанную со стержнем, который в свою очередь закреплен на пьезоэлектрике. Пьезокристалл деформируется под действием колебаний стрежня, а на его выводах появляется напряжение, повторяющее форму падающего звука. Данное напряжение используется в качестве полезного сигнала.
Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!
Подписывайтесь на наш канал в Telegram!
Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.
Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:
Описание конденсаторного микрофона
При организации домашней студии надо выбирать хороший микрофон. Конденсаторный микрофон выделяется большим динамическим диапазоном частот и равномерной АЧХ, что позволяет сохранять амплитудный баланс на всем спектре.
Конденсаторный микрофон – это одна из разновидностей аудиоаппаратуры.
Для чего применяется микрофон
Сфера применения микрофонов достаточно обширна. В продаже есть недорогие модели для записи вокала в домашних условиях. При этом существуют и профессиональные аналоги, адаптированные под студии звукозаписи или сценическую эксплуатацию.
Принцип работы конденсаторного микрофона
Англичане дали конденсаторным микрофонам название capacitor microphones, что значит «емкостные микрофоны». Принцип их работы основан на простом физическом законе, который знаком людям со школьных времен.
Конденсатор представляет собой 2 металлических элемента, закрепленных на небольшом расстоянии друг от друга. Чем ближе находятся эти пластины, тем выше показатель емкости.
Капсюль конденсатора в микрофоне выполнен по идентичной схеме. В ее конструкции предусмотрена тонкая мембрана (диафрагма), которая размещается у самой пластины.
Деталь производится из токопроводящих материалов, включая:
При столкновении с диафрагмой микрофона звуковая волна совершает колебания относительно металлических пластин, меняя расстояние между ними.
Устройство конденсаторного микрофона.
Поэтому принцип действия конденсаторных приборов построен на конвертации звуковой энергии в электрическую.
Однако потенциала одной системы конденсатора недостаточно для раскачки звукового сигнала до требуемого уровня громкости. Показатель напряжения капсюля достаточно высокий, а тока – низкий. Поэтому в конструкции микрофона используется специальный «конвертор импеданса», представляющий собой передаточную схему. Деталь усиливает интенсивность тока и делает выходной сигнал максимально мощным.
Небольшая масса диафрагмы обеспечивает точный и детальный захват звукового сигнала.
В зависимости от направленности микрофоны бывают:
Разновидности микрофонов
Кроме конденсаторных устройств, на рынке доступны разновидности с практически идентичным принципом действия.
Они разделены на такие группы:
Гетероэлектретные
В качестве мембраны используется гетероэлектретная стенка, которая формирует заряды разной полярности под влиянием направленных волн. Затем сигнал регистрируется электродами, размещенными на этой пленке.
Гетероэлектретный конденсаторный микрофон является простым устройством.
Гомоэлектретные
Представители этой группы отличаются размещением мембранной пленки. Она находится на обкладке или в зазоре конденсатора. Под воздействием волны пленка смещается, а напряжение конденсаторного элемента изменяется с учетом частоты звукового сигнала.
Гомоэлектретный микрофон преобразует акустические колебания в электрические.
По умолчанию в конструкции записывающего устройства имеется предусилитель, закрепленный на транзисторе.
Его задачи заключаются в усилении выходного сигнала и подавлении шумов.
Преимущества и недостатки
Из основных достоинств конденсаторных микрофонов следует выделить:
Преимуществом конденсаторных микрофонов является расширенный спектр частот.
К негативным характеристикам микрофонов конденсаторного типа относят:
Чем конденсаторный микрофон отличается от динамического
Различия между конденсаторными и динамическими микрофонами заключаются в их конструкции и способе обработки акустических волн. Первые пользуются популярностью из-за повышенной чувствительности и точности при записи звука. Такие устройства фиксируют все детали улавливаемого сигнала. При этом они выполнены из легких и хрупких материалов, которые уязвимы к повреждениям. Также микрофон не может противостоять негативным факторам, таким как повышенная влажность воздуха или температурные скачки.
Различия между конденсаторными и динамическими микрофонами заключаются в их конструкции.
Динамические модели менее восприимчивы к шумам и эху, нормально переносят высокое давление и могут записывать громкий звук. Такие свойства позволяют использовать их для записи гитарных и басовых усилителей.
Приборы поставляются в ударопрочных корпусах, которые выдерживают механическое воздействие и менее подвергаются повреждениям.
Производители конденсаторных микрофонов
Среди популярных производителей микрофонов выделяют такие бренды:
AKG – австрийский производитель аудиотехники.
Как правильно выбрать микрофон
При покупке устройства учитывают следующие критерии:
Подключение и настройка микрофона
Выполнить подключение и настройку устройства несложно, но для получения высокого качества записи следует учесть ряд особенностей.
Для начала определяют типы акустических систем. Они бывают активными и пассивными.
Это делают путем визуального осмотра колонок. Если на их корпусе имеется кнопка включения, значит, модель оснащается встроенными усилителями. Пассивные системы работают от внешних усилителей.
Для настройки оборудования используется микшерный пульт или специальный преамп. Перед включением сигнала на пульте следует убедиться, что ползунки громкости находятся на минимальном уровне. В отдельных моделях пультов предусмотрена кнопка включения фантомного питания. Она необходима при включении недорогих конденсаторных приборов.
Настройка по частотам выполняется с помощью соответствующих фейдеров на микшерном пульте.
А как Вы считаете, какие плюсы и минусы у конденсаторных микрофонов? Ждем Ваши комментарии!
Направленность микрофонов: как это устроено
Содержание
Содержание
Микрофон кажется простым девайсом, пока не доходит до практики. Какой стороной его направлять на источник звука, под каким углом и на каком расстоянии? Как выбрать микрофон исходя из ситуации? Все это определяет его направленность. Из всех характеристик именно она вызывает больше всего вопросов. О ней и пойдет речь.
Вот основное, что нужно знать для выбора микрофона, подходящего ситуации:
Направленность — один из главных определяющих факторов при выборе микрофона. На сцене нужен кардиоидный, чтобы он не ловил лишнего — только вокал, для интервью подойдет двунаправленный, с записью целой группы в комнате или эмбиентных звуков типа шелеста листвы и шума дождя лучше всего справится всенаправленный. Легко запутаться, поэтому о направленности нужно рассказать подробнее.
Всенаправленные
Первые угольные и конденсаторные микрофоны были всенаправленными. Они ловят всё вокруг в горизонтальной плоскости. Такие микрофоны по сути представляют собой очень чувствительный барометр, который состоит из коробки с тонкой диафрагмой внутри. Даже незначительное звуковое давление с любой стороны колеблет диафрагму. Речь на всенаправленные микрофоны можно писать только в хорошо заглушенном помещении, иначе вместе с голосом запишется шум авто за окном и стук соседа по трубе.
И все же иногда их применяют для записи вокала в студии. Благодаря своей конструкции они меньше других микрофонов восприимчивы к взрывным согласным «п» и «б», а также к завываниям ветра. Также в них отсутствует эффект приближения — большинство других микрофонов выдает больше низких частот с приближением источника звука к диафрагме. Всенаправленные же записывают одинаковый тембр на разном расстоянии.
Всенаправленные микрофоны меньше всего окрашивают звук, поэтому записанные на них сэмплы и инструменты звучат натурально и естественно. Лучше всего они подходят для записи:
Двунаправленные
Всенаправленные микрофоны хороши для записи музыки в студии, но для радиоведущих круговая диаграмма не очень удобна. Микрофон ловит все вокруг, а должен — только речь диктора. Поэтому вскоре после релиза всенаправленных микрофонов компания RCA изобрела двунаправленный микрофон — он ловил только спереди и с тыла.
Двунаправленные микрофоны одинаково чувствительны к звукам спереди и сзади, но имеют участки абсолютной тишины по бокам. Их конструкция основана на принципе разницы давления. Диафрагма открыта с обеих сторон, а девайс определяет разницу в давлении между одной стороной и другой. Если говорить в мембрану спереди, сигнал будет с положительной полярностью, если сзади — с отрицательной. Диаграмму двунаправленного микрофона иногда называют восьмеркой.
Такие микрофоны обычно не воспринимают звуки по сторонам — на 90 и 270 градусах.
Звук с этих позиций ложится на мембрану одновременно спереди и с тыла, получаются два одинаковых сигнала с разной полярностью, что в итоге дает ноль. Так образуется купол тишины, который удобно использовать на практике — в студии или полевых условиях. Некоторые микрофоны для видеокамер двунаправленные — так можно записать чистый звук для репортажа в сложных условиях.
Довольно узкий угол приема сигнала полезен для изоляции голоса или инструмента, окруженного другими источниками звука. Двунаправленность полезна для захвата двух источников, когда они друг напротив друга. Но стоит помнить, что на двунаправленных микрофонах сильнее, чем на других, проявляется эффект приближения. Также они очень чувствительны к взрывным согласным.
На практике такие микрофоны используются:
Кардиоидные
На самом деле первый двунаправленный микрофон был закрыт с тыла крышкой, а потому был как бы однонаправленным. Вскоре появился другой подход к созданию однонаправленного микрофона: в одном устройстве умещалось два капсюля — двунаправленный ленточный и всенаправленный динамический. Их диаграммы настроены так, что при объединении они усиливают друг друга спереди и взаимовычитаются сзади. Так получился настоящий кардиоидный микрофон.
Микрофоны с кардиоидной направленностью — самые популярные и используются повсеместно:
Суперкардиоидные и гиперкардиоидные
Суперкардиоидная диаграмма отличается узконаправленностью. По бокам ее чувствительность снижена — до 10 Дб на 90 и 270 градусах, плюс она имеет глухие участки с тыла.
Ее часто путают с гиперкардиоидной диаграммой, которая весьма похожа. Но в отличие от суперкардиоидной, гиперкардиоидная еще более узконаправленная — чувствительность по бокам снижена на 12 Дб, при этом она имеет более широкий тыловой участок приема сигнала.
Обе диаграммы хорошо прижились в микрофонах для кино. Наверняка все видели кадры со съемочной площадки, где над актером висит большой мохнатый микрофон на длинном шесте. Мохнатая оболочка — это защита от ветра, она натягивается на полый каркас, внутри которого находится микрофон типа «шотган» — в форме трубки. Их конструкция серьезно усиливает эффект прямой направленности.
Это позволяет без лишних шумов записать голос актера с расстояния — так, чтобы микрофон не попал в кадр (хотя иногда все же попадает). Такие же монтируются на некоторые видеокамеры.
Ультранаправленными бывают также микрофоны для сцены и подкастов. Однако с ними сложнее работать, чем с обычными кардиоидными. Шотган-микрофоны и вовсе настолько чувствительны к направлению, что их сигнал нужно постоянно мониторить в наушниках, чтобы держать их по курсу источника звука.
Мультинаправленные
Мультинаправленные микрофоны позволяют переключаться между несколькими паттернами. Обычно их делают из двух диафрагм с кардиоидной направленностью, соединенных вместе. Разные направленности достигаются комбинированием двух сигналов с разной полярностью. Поэтому дефолтный выбор будет следующим:
Встречаются и другие пресеты, но все они легко достигаются игрой с фазой и амплитудой сигнала двух диафрагм. При этом нужно помнить, что кардиоидные диафрагмы подвержены взрывным согласным и эффекту приближения. Также всенаправленный режим будет лишь имитацией всенаправленности, поскольку та основана на капсюле с другим принципом действия. Тем не менее, мультинаправленные микрофоны очень удобны и универсальны.
Стерео, бинауральные, амбисоник
Стереомикрофон представляет собой минимум две диафрагмы в одном девайсе — обычно двунаправленные или кардиоидные. Классические сочетания:
Профессиональные стереомикрофоны используются в записи аудио для кино и игр. Они также популярны в видеоблогинге, особенно в ASMR-видео. В некоторых настольных микрофонах для подкастов и стриминга есть стереорежим, к примеру, в Blue Yeti X он реализован в сочетании X-Y.
Сочетание нескольких диафрагм используется в спикерфонах — микрофонах для конференций. Они улавливают звуки во всех направлениях, позволяя целой дюжине собеседников использовать лишь один микрофон.
Бинауральные микрофоны — особый вид стереомикрофонов. Это целая конструкция — в макет головы или ушных раковин микрофоны монтируются по всенаправленной диафрагме. Звук преломляется и отражается от макета подобно тому, как он ведет себя с живым слушателем.
В результате получается запись с феноменальным эффектом присутствия, но слушать ее нужно только в наушниках. Многие музыканты и некоторые игровые студии экспериментируют с бинауральным аудио, также на ютубе есть целые жанры с записями в этом формате.
Амбисоник — система трехмерного пространственного звука. Ее часто комбинируют с видео на 360 градусов — вместе с поворотом камеры изменяется угол восприятия источников звука в реальном времени. Это достигается записью аудио на амбисоник-микрофоны.
Они состоят из 4–8 кардиоидных диафрагм и захватывают все вокруг во всех трех плоскостях. В итоге получается несколько дорожек, которые можно микшировать с помощью специального софта, указывая лишь направление, куда смотрит виртуальный слушатель. Как и бинауральное аудио, технология амбисоник находит применение в контенте для очков виртуальной реальности.
Большинство микрофонов уязвимы к взрывным согласным и к расстоянию до мембраны. Бороться с обоими эффектами нужно с помощью поп-фильтра — это главный аксессуар к любому микрофону.
Настольные USB-микрофоны уже идут с подставкой, но для профессиональных студийных девайсов понадобится микрофонная стойка. Получить более ясный звук в неподготовленном помещении поможет акустический экран с креплением на стойку.