Что такое микрофон?

Размещено на http://www.allbest.ru/

Что такое микрофон?

Микрофон - это электроакустический прибор, преобразующий акустические звуковые колебания воздушной среды в электрические сигналы. Он является первым звеном любого тракта звукозаписи, звукоусиления, речевой связи. Его характеристики и условия эксплуатации во многом определяют качество сигнала во всем тракте. Многие виды искажений звуковых сигналов (нелинейные, переходные, особенности передачи акустической обстановки и перспективы) и различных помех (ветровых, вибрационных, акустических) часто не могут быть ликвидированы последующей обработкой сигналов без существенного ухудшения полезных составляющих.

В микрофоне при превращении звуковых колебаний в электрические сигналы происходят различные взаимосвязанные физические процессы. В соответствии с этим микрофон можно рассматривать как ряд функциональных звеньев.

Первое звено - акустическое, приемник звуковых волн. Звуковое (колебательное) давление, создаваемое источником звука, воздействует на акустический вход (или входы). В результате взаимодействия приемника и звукового поля формируется механическая сила, зависящая от частоты звукового сигнала, размеров и формы корпуса микрофона и его акустических входов, расстояния между ними, угла падения звуковой волны относительно акустической оси микрофона, характера звукового поля. Тип приемника определяет такой важный параметр, как характеристика направленности (ХН).

Второе звено - акустико-механическое, оно служит для согласования в заданном диапазоне частот силы, формируемой приемником, с величиной колебательной скорости (для динамических микрофонов) или смещения (для конденсаторных) подвижного элемента электромеханического преобразователя микрофона. Свойства этого звена определяются взаимным расположением, величиной и частотной зависимостью входящих в нее акустико-механических элементов, которые в конструктивном отношении представляют собой различные зазоры, щели, отверстия, объемы, пористые элементы, находящиеся внутри капсюля микрофона. Это звено определяет частотную характеристику чувствительности (ЧХЧ) микрофона и в значительной мере помогает формированию ХН в широком диапазоне частот.

Третье звено - электромеханическое, представляет собой электромеханический преобразователь, работающий в микрофоне в режиме генератора и преобразующий механическое колебание подвижного элемента (его скорости или смещения) в электродвижущую силу (ЭДС). Эффективность преобразователя характеризуется коэффициентом электромеханической связи. Преобразователь определяет чувствительность микрофона.

Четвертое звено - электрическое. Оно выполняет функцию согласования преобразователя с последующим усилительным устройством (например, в конденсаторных микрофонах согласует большое емкостное сопротивление капсюля с относительно низкоомным входом последующего усилительного устройства). В некоторых моделях микрофонов электрическое звено также корректирует АЧХ микрофонов.

Типы приемника и преобразователя являются определяющими звеньями микрофонов. Акустико-механическое и электрическое звенья - согласующие, основная задача которых - обеспечение минимальных потерь полезного сигнала и получение требуемой АЧХ выходного сигнала.

Микрофоны обычно классифицируют по трем основным признакам: типу приемника, типу преобразователя и по назначению (условиям эксплуатации). микрофон звуковой электрический колебание

Как подразделяются микрофоны?

Тип приемника определяет одну из основных характеристик микрофона - характеристику направленности.

Характеристикой направленности называется зависимость чувствительности микрофона на заданной частоте от угла падения звуковой волны.

По типу приемника микрофоны подразделяются на следующие группы.

· Приемники давления (ненаправленные, "нулевого порядка", "круговые"). В них звук воздействует на подвижный элемент (мембрану, диафрагму) только с одной стороны. Вследствие этого на низких и средних частотах, где размеры микрофона малы по сравнению с длиной звуковой волны, чувствительность микрофона практически не изменяется при разных углах падения звука.

· Приемники градиента или разности давлений (направленные). Они бывают двух видов:

Различия в форме ХН однонаправленных приемников определяются как степенью несимметрии входов, так и величиной акустико-механических параметров внутренней структуры акустикомеханического звена.

В особую группу иногда выделяют комбинированные микрофоны, или микрофоны с переменной ХН. В этих микрофонах можно получить практически любую ХН из семейства комбинацией электрических сигналов от двух приемников - ненаправленного и двусторонне направленного или от двух развернутых на 180 о капсюлей кардиоидных микрофонов (электрически комбинированные), а также изменением величины напряжения поляризации на половинках неподвижного электрода или мембранах в двухмембранных конденсаторных микрофонах.

Особую группу представляют остронаправленные микрофоны, которые применяются в случаях, когда нет возможности подойти близко к источнику полезного сигнала. Острая ХН в них реализуется несколькими различными способами.

"Биградиентными" или "бикардиоидными" (градиенты второго порядка) называют микрофоны, состоящие из двух идентичных, пространственно разнесенных и соосно расположенных капсюлей с ХН "восьмерка" или "кардиоида", включенных в противофазе. Диапазон частот таких приемников крайне ограничен.

Наиболее распространенными среди остронаправленных микрофонов являются микрофоны "бегущей волны" (интерференционные), состоящие из трубки с отверстиями или прорезями, на заднем торце которой расположен ненаправленный или однонаправленный микрофонный капсюль. Отверстия (прорези) в трубке закрыты тканью или пористым материалом, акустическое сопротивление которого возрастает по мере приближения к капсюлю. Обострение ХН достигается из-за интерференции парциальных звуковых волн, проходящих через отверстия трубки. При движении фронта звука параллельно оси трубки все парциальные волны приходят к подвижному элементу одновременно, в фазе. При распространении звука под углом к оси эти волны доходят до капсюля с различной задержкой, определяемой расстоянием от соответствующего отверстия до капсюля, при этом происходит частичная или полная компенсация давления, действующего на подвижный элемент. Заметное обострение ХН в таких микрофонах начинается с частоты, где длина трубки больше половины длины звуковой волны; с увеличением частоты ХН еще больше обостряется. Поэтому даже при значительной длине таких микрофонов, которая может достигать метра и даже более, ХН на частотах ниже 150...200 Гц определяется только капсюлем и обычно близка к кардиоиде или суперкардиоиде.

Третий, реально встречающийся тип остронаправленных микрофонов - рефлекторные. В этих микрофонах капсюль с ненаправленной или однонаправленной ХН помещается в фокусе параболического отражателя. При этом, благодаря свойствам параболы, звуковые волны после отражения концентрируются в фокусе параболы, в месте расположения подвижного элемента капсюля, причем достигают его в фазе. Звуковые волны, приходящие под углом к оси параболы, рассеиваются рефлектором, не попадая на микрофон. В рефлекторной системе ХН еще более зависима от частоты, чем в интерференционной, и изменяется от практически ненаправленной на низких частотах (при диаметре рефлектора меньше длины звуковой волны) до узкого лепестка на высоких частотах. ЧХЧ таких микрофонов имеет подъем в сторону высоких частот с крутизной порядка 6 дБ на октаву, который обычно компенсируется или электрическим путем, или специальной конструкцией капсюля.

На какие группы делятся микрофоны по типу преобразователя?

По типу электромеханического преобразователя микрофоны делятся на угольные, электромагнитные, пьезоэлектрические, электродинамические (динамические) и конденсаторные (электростатические).

В профессиональных микрофонах (за исключением микрофонов для связи и озвучивания в транспорте) обычно используются два последних типа преобразователя. Поэтому рассмотрим их подробнее.

Динамические микрофоны, в свою очередь, подразделяются на катушечные и ленточные. В первом варианте цилиндрическую бескаркасную катушку (как правило, двух- и, реже, четырехслойную) помещают в кольцевой зазор магнитной цепи, в котором создается равномерное магнитное поле радиального направления. Катушка приклеена к куполообразной диафрагме с гофрированным воротником, выполняющим роль подвеса. Когда диафрагма (из полимерного материала) под действием звукового давления совершает колебания, провод катушки пересекает магнитное поле зазора (ширина которого обычно 0,4...0,6 мм) и в катушке индуцируется ЭДС. Постоянные магниты микрофонов изготавливают из специальных материалов с высокими остаточной индукцией и коэрцитивной силой. Величина активного сопротивления такой катушки в различных моделях обычно колеблется в пределах 20...600 Ом.

Как правило, с таким типом преобразователя делают микрофоны ненаправленные или с односторонней направленностью. В последнем случае в корпусе магнитной системы вскрывают отверстия, заклеиваемые шелком или другим пористым материалом, реализующим на втором входе активное акустическое сопротивление. Для расширения диапазона в сторону низких частот в таких микрофонах обычно применяют дополнительные замкнутые объемы, соединенные внутри с магнитом посредством трубок и отверстий разного сечения.

В качестве примера таких микрофонов из отечественных может служить ненаправленный микрофон МД-83, а также микрофоны МД-97 и МД-91 с односторонней направленностью - для систем звукоусиления речи, выпускаемые в настоящее время ООО "Микрофон-М" (С.-Петербург).

Для компенсации электромагнитных помех (фона переменного тока) в катушечных микрофонах последовательно со звуковой катушкой обычно включают антифонную катушку, наматываемую, как правило, на магнитную систему. Катушки включают таким образом, что наводимые на них фоновые напряжения, возбуждаемые в обеих катушках, взаимно компенсируются.

В ленточном преобразователе в качестве подвижного элемента используется гофрированная (для обеспечения большей гибкости) металлическая (как правило, алюминиевая) ленточка толщиной несколько микрон, помещаемая в магнитное поле между полюсными наконечниками постоянного магнита, зазор между которыми обычно бывает порядка 1,5...2 мм. Ленточка служит одновременно и проводником тока, и подвижной системой преобразователя. С таким типом преобразователя обычно реализуется микрофон с "восьмерочной" ХН (в силу полной симметрии преобразователя), ненаправленные (с акустическим лабиринтом, закрывающим одну сторону ленточки), реже - односторонне направленные. Ленточка, в отличие от катушки, имеет чрезвычайно малое электрическое сопротивление порядка 0,1...0,3 Ом, а напряжение сигнала на ее выходе составляет всего 20...30 мкВ при давлении 1 Па, соизмеримое с величиной напряжения электростатических помех в микрофонных кабелях. Поэтому напряжение, развиваемое ленточкой, предварительно увеличивают с помощью повышающего трансформатора, помещаемого в корпусе микрофона в экран из пермаллоя.

Звукооператоры отмечают особенную для ленточных микрофонов естественность, мягкость, прозрачность передачи тембра многих музыкальных инструментов, особенно струнных, тарелок. Это объясняется легкостью подвижного элемента - ленточки, а следовательно, и малыми переходными искажениями.

Также в динамических микрофонах теоретически можно использовать ортодинамический преобразователь, но пока он не нашел применения в серийно выпускаемых моделях микрофонов. Поэтому останавливаться на его конструкции здесь нет смысла.

Конденсаторные (электростатические) микрофоны (КМ) имеют два электрода - подвижный и неподвижный, образующие обкладки конденсатора. Подвижный электрод - мембрана из металлической фольги или полимерной металлизированной пленки толщиной несколько микрон. Под действием звукового давления она колеблется относительно неподвижного электрода, что приводит к изменению емкости капсюля (конденсатора) относительно состояния покоя. В КМ величина изменения емкости, а значит, и выходной электрический сигнал должны соответствовать звуковому давлению. Степень соответствия выходного напряжения звуковому давлению по амплитуде и частоте определяет ЧХЧ и динамический диапазон конкретного микрофона.

Неотъемлемой частью любого КМ является узел, согласующий электрический импеданс преобразователя с последующим усилительным устройством. Это электрическое звено КМ может быть высокочастотного и низкочастотного типов.

При высокочастотном типе преобразования капсюль КМ подключен к цепи контура генератора высокой частоты (порядка нескольких МГц). При этом получается частотная модуляция сигнала ВЧ, и лишь после демодуляции образуется сигнал звуковой частоты. Такое включение капсюля не требует поляризующего напряжения, для него характерен низкий уровень собственных шумов микрофона. Однако высокочастотная схема в микрофоне не нашла широкого применения в основном из-за сложности стабилизации частоты и в промышленных моделях микрофонов звукового диапазона встречается редко.

В дальнейшем изложении принципов работы и разновидностей КМ мы будем иметь в виду КМ с низкочастотным звеном, к которым относится большинство современных моделей КМ. В них преобразование звукового давления в электрический сигнал происходит при внешней или внутренней (электретной) поляризации.

КМ в системе с внешней поляризацией образует из электродов плоский конденсатор емкостью 10...100 пФ с воздушным зазором 20...40 мкм, который через сопротивление порядка 0,5...2 ГОм заряжается от источника внешнего напряжения UП. При колебаниях мембраны под действием звукового давления или разности давлений величина заряда обкладок изза большой постоянной времени RC-цепочки остается неизменной. Величина переменной составляющей напряжения, образующегося в результате колебаний мембраны и соответствующим изменением емкости, пропорциональна смещению мембраны.

Примерно двадцать лет назад за рубежом и у нас в стране начато промышленное производство электретных конденсаторных микрофонов, для которых не нужен внешний источник поляризующего напряжения; в них в качестве мембраны используется полимерная электретная пленка, металлизированная с внешней стороны. Эта пленка поляризуется одним из известных способов и обладает свойством длительное время сохранять постоянный поверхностный заряд. Таким образом, вместо внешнего используется внутренний источник. В остальном работа такого преобразователя принципиально ничем не отличается от обычного КМ.

В НИИРПА в начале 80-х годов был разработан ряд однонаправленных и ненаправленных конденсаторных микрофонов, но в настоящее время большинство из них по разным причинам снято с производства. В последнее время при разработке новых моделей микрофонов электретный материал тем или иным способом наносят на неподвижный электрод, что позволяет применять в качестве мембраны более тонкие металлические и полимерные пленки, обладающие по сравнению с электретной пленкой существенно более высокими механическими параметрами. Это позволяет при той же чувствительности капсюля иметь более широкий номинальный диапазон частот направленного приема, расширенный как в сторону низких (за счет уменьшения толщины, а значит, изгибной жесткости мембраны), так и в сторону высоких (вследствие уменьшения массы мембраны) звуковых частот.

В качестве примера таких профессиональных микрофонов можно привести выпускаемые петербургскими предприятиями кардиоидный одномембранный электретный микрофон МКЭ-13М ("Микрофон-М") и ненаправленный "петличный" МКЭ-400 ("Неватон"), не уступающие по своим характеристикам лучшим моделям зарубежных фирм (в том числе КМ с внешним источником напряжения) и пользующиеся популярностью в большей степени на студиях Западной Европы, чем России.

Из рисунков видно, что одномембранный конденсаторный микрофон (small diaphragm) при соответствующем выборе конструктивных параметров может быть с односторонней направленностью ненаправленным (в этом случае щель 7 должна быть закрыта), а также с двусторонней направленностью.

В двухмембранном микрофоне (ДКМ или large twin diaphragm) обе мембраны могут быть электрически активными. Не вдаваясь подробно в физику процессов, происходящих в ДКМ, с чем можно познакомиться в специальной литературе, можно сказать, что каждая половинка капсюля ДКМ представляет в акустико-механическом плане отдельный микрофон с кардиоидной характеристикой направленности, второй акустический вход которого осуществляется не через щель, как в одномембранном микрофоне, а через вторую (противоположную) мембрану, причем максимумы чувствительности этих микрофонов развернуты на 180^о . Такой микрофон принято также называть акустически комбинированным. Помимо акустического в ДКМ реализуется и электрическое комбинирование.

Так, подав поляризующее напряжение на одну из мембран (активную), а вторую (пассивную) замкнув на неподвижный электрод, можно получить, при правильном выборе конструктивных параметров, микрофон с односторонней ХН, близкой к кардиоиде. При подаче на вторую мембрану равного по величине и знаку поляризующего напряжения получим ненаправленный микрофон. При подаче же на вторую мембрану равного по величине и противоположного по знаку поляризующего напряжения получим двустороннюю направленность ("восьмерку"). В промежуточных случаях при необходимости можно получить любую ХН.

В качестве примера таких микрофонов с переключаемой ХН можно привести С414В-ULS (AKG), U87i и U89i (Neumann), а также отечественный МК51 ("Неватон").

Какие основные характеристики и параметры микрофонов служат критериями при их выборе и почему?

При выборе микрофонов для тех или иных условий работы необходимо учитывать всю совокупность технических и эксплуатационных требований, исходя из конкретных особенностей их использования. В связи с этим необходимо четко понимать, что же определяют технические характеристики микрофонов.

Основными техническими характеристиками, которые необходимо учитывать при выборе микрофонов, являются нижеследующие:

1. Номинальный диапазон частот, который в совокупности с неравномерностью частотной характеристики чувствительности, измеряемой в дБ, служит критерием правильной передачи спектра полезного сигнала.

2. Чувствительность по свободному полю, которая нормируется обычно на частоте 1000 Гц и измеряется в мВ/Па, а также связанный с этой величиной параметр - уровень эквивалентного звукового давления (для КМ), обусловленный собственным шумом микрофона и нормируемый в дБ относительно нулевого уровня: р_o= 2x10^-5 Па.

Так как в любой системе преобразования и усиления сигнала всегда присутствуют собственные шумы, а микрофон является начальным звеном такой системы, то величина создаваемого им полезного сигнала определяет соотношение "сигнал/собственный шум" всей системы. Поэтому снижение чувствительности микрофона является нежелательным фактором. Следует также иметь в виду, что стремление к увеличению ширины воспроизводимого микрофоном диапазона частот приводит к уменьшению абсолютной величины его чувствительности. С другой стороны, чем шире диапазон частот микрофона, тем труднее получить в его пределах стабильную ХН.

3. Характеристика направленности определяет пространственную избирательность, т. е. ширину телесного угла, в котором полезный акустический сигнал не имеет существенной амплитудной неравномерности. ХН при фиксированном расстоянии от источника полезного сигнала определяет соотношение "полезный сигнал/ акустический шум" на относительно близком расстоянии от источника полезного сигнала, т. е. в пределах радиуса гулкости.

Тесно связано с ХН понятие коэффициента направленности , определяющего направленные свойства микрофона в дальнем (относительно источника) поле. Его чувствительность к расположенному по оси микрофона полезному источнику звука в раз выше, чем к источникам помех, распределенным вокруг микрофона (к диффузному полю), или, другими словами, при одном и том же отношении сигнал/помеха на входе микрофона направленный микрофон может находиться в раз дальше от полезного источника, чем ненаправленный. В некотором приближении можно считать, что ненаправленный микрофон малых (по сравнению с длиной звуковой волны) поперечных размеров достаточно точно воспринимает полезный сигнал в телесном угле 150...180¦. При более значительных размерах ненаправленного микрофона его ХН сильно зависит от частоты, заметно сужаясь на высоких частотах, поэтому угол охвата в этом случае нельзя считать большим 90¦. Для кардиоидного микрофона с постоянной по частоте ХН угол охвата равен 120¦, для суперкардиоидного - 90¦, гиперкардиоидного - 60¦, двусторонне направленного (с ХН "восьмерка") угол охвата равен 60¦ с каждой его стороны. Также полезно (например, для расчета систем звукоусиления) знать, что коэффициент направленности ( микрофона с ХН "круг" и "восьмерка" равен 1, с ХН "гиперкардиоида" - 4, "суперкардиоида" - 3,7, "кардиоида" - 3, а у остронаправленных микрофонов в среднем по диапазону он может достигать 5-7.

4. Уровень предельного звукового давления, выражаемый в дБ относительно р_o= 2x10^-5 Па, - это уровень, при котором коэффициент гармонических искажений не превышает 0,5 % или другого значения, установленного в технической документации. Этот параметр показывает пределы линейности амплитудной характеристики микрофона и вместе с уровнем собственного шума определяет динамический диапазон микрофона, а значит, и тракта в целом.

5. Модуль полного электрического сопротивления (импеданс), в Ом, обычно нормируемый на частоте 1000 Гц, определяет величину нагрузки (входного сопротивления усилителя или пульта), на которую работает микрофон. Как правило, для того, чтобы не было потери полезного сигнала, величина нагрузки должна превышать импеданс микрофона в 5-10 раз во всем диапазоне частот.

6. Габаритные размеры, масса, тип разъема, другие конструктивные особенности позволяют судить о возможности применения микрофона в тех или иных условиях.

Вся совокупность требований, предъявляемых к конкретному микрофону, определяется его назначением.

На какие группы по назначению разделяют микрофоны?

По назначению микрофоны подразделяются на три большие группы:

· для бытовой аппаратуры магнитной записи;

· для профессиональных целей;

· специального назначения.

Профессиональные микрофоны также существенно различаются по назначению:

· для звукозаписи и звукопередачи музыки и художественной речи в студиях грамзаписи, теле-, кино- и радиостудиях;

· для систем звукоусиления музыки и речи;

· для акустических измерений;

· для диспетчерской связи.

Кроме того, микрофоны сильно отличаются по конструктивному решению в зависимости от условий их крепления и расположения относительно источника сигнала:

· на напольных стойках;

· на столе или трибуне;

· встроенные (например, в столы заседаний);

· для эстрадных солистов (ручные);

· петличные (для крепления на одежде);

· радиомикрофоны;

· для видео- и кинокамер;

· для использования на значительном расстоянии от объекта при репортажах и документальной съемке (остронаправленные);

· граничного слоя.

Дать какие-либо определенные рекомендации по выбору микрофонов без учета конкретных условий крайне затруднительно, так как микрофон определенного конструктивного решения и назначения (например, широкополосный конденсаторный микрофон для звукозаписи в студиях) может быть плохо совместим или даже совершенно неприемлем для других условий и назначения (например, в системах для проведения конференций или в качестве ручного для солистов). Возможно указать только общие правила, которыми следует руководствоваться при выборе микрофона для тех или иных целей.

Радиовещательные студии, а также студии звукозаписи (телевизионные, кино-, грамзаписи) музыки и художественной речи должны быть укомплектованы широкополосными микрофонами с самыми высокими электроакустическими параметрами. Поэтому в студийных условиях, как правило, применяют конденсаторные микрофоны, обладающие широким частотным и динамическим диапазоном, часто с переключаемой ХН (двухмембранные, устройство которых рассмотрено выше). Кроме перечисленных достоинств, студийные КМ имеют в 5-10 раз большую чувствительность, чем динамические, и практически не имеют слышимых переходных искажений, так как резонанс подвижной системы КМ лежит вблизи верхней границы номинального диапазона частот и имеет очень малую добротность. Поэтому в студиях звукозаписи и в системах звукоусиления музыки в качестве универсальных инструментальных микрофонов все чаще применяют небольшие кардиоидные КМ, такие как КМ84, КМ184(Neumann), C460B (AKG), из отечественных - МКЭ-13М ("Микрофон-М"). К недостаткам КМ относят необходимость в источнике постоянного напряжения, которым обычно служит сетевой блок питания, а также тот факт, что КМ плохо переносят влажность, а также резкую перемену температуры. Последнее связано с тем, что входное сопротивление встроенного усилителя КМ имеет величину 0,5...2 ГОм, поэтому в условиях повышенной влажности и выпадения росы при изменении температуры воздуха это сопротивление снижается, что приводит к "завалу" низких частот и увеличению шума. Поэтому КМ редко применяют на открытом воздухе и в переносных установках. В студийных условиях применение КМ не вызывает каких-либо затруднений.

Микрофоны с односторонней направленностью используют при широком угле расположения исполнителей и при записи несколькими микрофонами для четкого разделения отдельных групп музыкальных инструментов, а также в тех случаях, когда необходимо уменьшить влияние посторонних шумов или снизить в записываемом сигнале величину реверберационной составляющей.

Микрофон с двусторонней направленностью применяют при записи дуэта, диалога, певца и аккомпаниатора, при записи малых музыкальных составов (струнный квартет), а также, когда необходимо отстроиться от направленных источников шума или сильных отражений от потолка и пола. При этом микрофон ориентируют зоной минимальной чувствительности к источникам шума или отражающим поверхностям.

Микрофон с ХН "восьмерка" также применяют в случаях, когда хотят специально выделить низкие частоты голоса солиста или отдельного музыкального инструмента, располагая микрофон в этом случае в непосредственной близости от исполнителя. Здесь используется так называемый "эффект ближней зоны", связанный с проявлением сферичности звуковой волны на близком расстоянии от источника звука, когда на первый и второй акустические входы микрофона действуют звуковые давления, разные не только по фазе, но и по амплитуде. Этот эффект наибольшим образом заметен у "восьмерочных" микрофонов и совсем отсутствует у ненаправленных.

Ненаправленные микрофоны используют для передачи общей акустической обстановки помещения при записи несколькими микрофонами, а также при записи речи, пения, музыки в сильно заглушенных помещениях, при записи различных встреч и бесед за "круглым столом". В последнее время для подобных записей все чаще применяют микрофоны "граничного слоя", у которых мембрана весьма малого размера расположена параллельно плоскости стола на очень небольшом расстоянии от его поверхности, а сам микрофон сконструирован как небольшой плоский предмет, который, будучи положен на стол или на пол, практически является продолжением его поверхности. Благодаря этому на мембрану такого микрофона не попадает отражений от поверхности стола, а ХН такого микрофона определяется направлением и размерами поверхности, на которой лежит микрофон, и в звуковом диапазоне близка к полусфере. В качестве примера таких микрофонов "граничного слоя" можно привести С562BL (AKG), а из отечественных моделей - МК403 ("Неватон"). Ненаправленные КМ также применяются в качестве петличных, встроенных в мебель или магнитофон, для акустических измерений.

Микрофоны в студиях, кроме оговоренных выше особых случаев, как правило, устанавливают на напольных стойках или стойках типа "журавль". Так как микрофон во время записи не передвигают и не трогают, а стойки создают хорошую амортизацию от пола, то специальных требований к студийным микрофонам по восприимчивости вибрации, как правило, не предъявляют. Многие принципы звукозаписи, требующие точной установки микрофона с учетом окружающей исполнителя обстановки, в телевидении определяются, главным образом, визуальными требованиями. Так, микрофон, попадающий в кадр, должен быть небольшого размера, с поверхностью, исключающей блики, гарантированно точно передаваемого телевидением цвета. Вне кадра применяют микрофоны на передвижных стойках. Так как перемещение микрофона происходит часто во время передачи, то применяют специальные меры для его защиты от воздушных потоков, вибраций (внешние амортизаторы, ветрозащита). Относительно большие расстояния от источников звука и большой уровень шума требуют применения здесь направленных, а часто и остронаправленных микрофонов.

Для видеокамер применяют, как правило, легкие, относительно небольшие по размеру микрофоны с несколько обостренной по сравнению с кардиоидной ХН, конструктивно совместимые с камерой, часто с применением в конструкции микрофона специальных мер по уменьшению вибропомехи, возникающей при перемещении камеры во время видеосъемки. В качестве примера - микрофоны МКЭ-24 и МКЭ-25 ("Микрофон-М").

Еще одна группа профессиональных микрофонов - для систем звукоусиления музыки и художественной речи в концертных залах и театрах и трансляции вещания из этих объектов.

Основной особенностью работы микрофонов в системах звукоусиления (СЗУ) является возможность их самовозбуждения в результате возникновения на определенных частотах паразитной акустической обратной связи, вследствие попадания звукового сигнала от громкоговорителя (прямого) или отраженного от стен потолка, других поверхностей на микрофоне. Это явление обычно ограничивает величину звукового давления при озвучивании залов. Повышение устойчивости СЗУ достигается как специальной электронной обработкой сигнала, так и несколькими простыми соображениями, изложенными ниже.

1. Максимальное приближение микрофона к источнику первичного сигнала (певцу, оратору, музыкальному инструменту), т.е. применение петличных (для речи) и ручных микрофонов. Отметим, что петличные микрофоны обычно ненаправленные, поэтому приближение их к оратору не влияет на их частотные характеристики. В ручных микрофонах, обычно однонаправленных, принимают специальные меры для "завала" низких частот с тем, чтобы компенсировать их подъем при работе с близким источником сигнала.

2. Максимально возможное удаление оратора и микрофона от громкоговорителей и отражающих поверхностей (микрофон на стойках на уровне рта исполнителя или музыкального инструмента).

3. Правильный выбор ХН микрофона и ориентации его рабочей оси относительно как источника помех (отражений), так и относительно рабочей оси ближайших громкоговорителей и колонок. Отметим здесь, что по результатам наших исследований наиболее универсальным, с точки зрения устойчивости СЗУ, является микрофон с суперкардиоидной ХН, особенно это существенно в диапазоне от 200 до 3000 Гц.

В СЗУ и при телевизионной трансляции следует отдавать предпочтение микрофонам возможно меньших размеров с тем, чтобы они не мешали зрителям наблюдать за происходящим на сцене или эстраде. Из этих же соображений не должны применяться микрофоны с блестящей и яркой окраской. В условиях театра микрофоны часто размещают вдоль рампы, где они подвергаются воздействию сильных электромагнитных полей, создаваемых осветительными установками. Здесь следует применять микрофоны с надежной экранировкой, с симметричным выходом, а в динамических - обязательно наличие антифонной катушки.

В концертном зале, на эстраде, трибуне возникает опасность больших помех из-за толчков и вибраций, и поэтому большинство стоек имеют вибропоглотитель, обычно на основании, а врезанные в трибуны стойки часто включают в себя амортизирующее устройство. Однако они не полностью исключают передачу вибраций от сотрясения стола, пола или трибуны. Кроме того, всегда имеется вероятность, что оратор дотронется до стойки, не говоря уже о микрофонах для солистов, которые преимущественно эксплуатируются в руках. В этих микрофонах предусматривают специальные меры для виброзащиты: капсюль амортизируется или развязывается относительно корпуса микрофона, применяются электрические фильтры, срезающие низкие частоты. Десятки моделей таких микрофонов выпускают многие европейские фирмы (AKG, Sennheiser, Beyerdynamic), американские (Electro-Voice, Shure), из отечественных - "Байтон-2".

Следует отметить, что динамические микрофоны принципиально более чувствительны к вибрациям, чем конденсаторные, а направленные микрофоны больше, чем приемники давления.

В системах звукоусиления речи (конференцзалах, залах заседаний, драматических театров и т. д.) основным критерием служит разборчивость речи, а не правильная передача тембра, поэтому частотный диапазон микрофонов лучше ограничить диапазоном 100...10 000 Гц с "завалом" низких частот, начиная с 300...400 Гц до 10...12 дБ на 100 Гц. В качестве примера таких микрофонов можно привести модели D541, D558В, D590, С580 (AKG), из отечественных - МД-91, МД-96, МД-97 ("Микрофон-М"). Дальнейшее сужение частотного диапазона микрофона возможно до 500...5000 Гц почти без потери разборчивости, но это приводит к заметному искажению тембра голоса оратора, что также нежелательно в высококачественных СЗУ речи. Поэтому микрофоны с диапазоном частот 500...5000 Гц, и даже уже, применяются только в устройствах связи, где передача тембра голоса не имеет существенного значения, а надо правильно передать смысл действий, команды и т. п.

Сужение частотного диапазона в микрофонах для СЗУ речи до 100...10 000 Гц является определенным компромиссом между разборчивостью и передачей тембра речи и целесообразно еще и потому, что спектр аэродинамического (ветрового, от дыхания оратора), вибрационного (трение и удары корпуса) шума, а также реверберационной помехи в плохо заглушенных помещениях, которыми являются большинство залов заседаний и конференций, имеет явно выраженный низкочастотный характер. Поэтому с точки зрения соотношения "полезный сигнал/шум" нецелесообразно иметь микрофоны с широким диапазоном низких частот. Тем более, что в СЗУ используются однонаправленные микрофоны, при помещении которых вблизи оратора происходит подъем низких частот, что компенсирует их спад в ЧХЧ микрофона, снятой по свободному полю на стандартном расстоянии 1 м. При отсутствии такого спада происходит подчеркивание низких частот, что вызывает эффект "бубнения", "бочкообразного" звучания микрофона, снижается разборчивость речи. Для улучшения разборчивости речи и прозрачности звучания вокала микрофоны для СЗУ обычно имеют плавный подъем ЧХ на частотах 3...7 кГц до 3...5 дБ.

К отдельной группе микрофонов можно отнести нагрудные, или как их еще называют петличные, микрофоны, применяемые как на телевидении, так и в СЗУ. Петличный микрофон - обычно приемник давления, легкий и малых размеров, со специальным креплением к одежде; это, например, микрофоны СК97-O (AKG), MKE10 (Sennheiser), КМКЭ400 ("Неватон"). Применение таких микрофонов имеет как преимущества, так и недостатки. Очевидными преимуществами являются свобода рук оратора и близость микрофона к источнику полезного сигнала.

Перечислим несколько недостатков. Это - соприкосновение микрофона с грудной клеткой, что влияет на окраску звучания на низких частотах; это зависит от вида одежды и особенностей оратора. Кроме того, часто негде закрепить на ораторе блок питания. Часто микрофон экранируется подбородком, и звук теряет эффект присутствия, иногда подчеркиваются носовые тона, что приводит к гнусавости звучания и ухудшению разборчивости. Микрофонный кабель, касаясь одежды, вызывает шумы шороха. Кроме того, в применении таких микрофонов есть сложности психологического порядка.

Микрофоны для работы на открытом воздухе должны быть пригодны для использования в любую погоду: при дожде, снеге, ветре и т. п., поэтому для этих целей обычно применяют динамические микрофоны, имеющие по сравнению с конденсаторными и электретными существенно большую устойчивость к воздействию температуры и влаги, не требующие постоянного питания, более надежные. Для снижения ветрового шума такие микрофоны имеют, как правило, обтекаемую форму, внешний ветрозащитный колпачок, так как встроенной ветрозащиты, обычно применяемой в ручных микрофонах и для СЗУ речи, для работы на открытом воздухе в условиях ветра бывает недостаточно. При репортажах с улицы в качестве ручных микрофонов целесообразнее использовать ненаправленные микрофоны, так как они принципиально менее восприимчивы к ветру, вибрациям, случайным ударам. При этом, конечно, в конструкциях таких микрофонов не должны быть исключены специальные меры по уменьшению влияния вибраций и ветра. В качестве примера репортажных микрофонов - F-115 (Sony), а из отечественных - МД-83 ("Микрофон-М"). В СЗУ на открытом воздухе по тем же причинам, что и в помещениях, надо применять направленные микрофоны, при этом все же следует стараться избегать возможности попадания осадков на микрофон (установка навесов, будок и т. п.).

Размещено на Allbest.ru