Микрофоны. 
Механизм восприятия света и звуков

При использовании в системах звукоусиления микрофонов необходимо учитывать ряд условий в дополнение к обычным условиям записи. Чтобы избежать положительной акустической обратной связи (завывания), располагать микрофон следует ближе к источнику звука, и поэтому часто приходится задействовать гораздо больше микрофонов, чем при обычной многоканальной записи. Кроме того, условия «живой» передачи требуют очень прочных микрофонов.

Для выполнения этих требований нужно знать точные характеристики различных типов микрофонов и способы их подключения.

Параметры.

Требования к микрофонам заложены в европейские и международные стандарты. Мы рассмотрим только те данные, которые важны для техники звукоусиления и необходимы для последующих расчетов. Выходное напряжение микрофона, представляемое как функция воздействующего звукового давления, называется чувствительностью микрофона.

Опорное значение чувствительности Г обычно берут равным 1 В/Па.

В зависимости от условий испытаний различают следующие виды чувствительности:

чувствительность по давлению Т_Е. Является отношением эффективного выходного напряжения холостого хода на определенной частоте к эффективному звуковому давлению, действующему на диафрагму микрофона;

чувствительность по свободному полю Т_ЕГ Характеризует при определенных условиях увеличение давления на диафрагму на высоких частотах, определяемое размерами поперечного сечения микрофона;

чувствительность по диффузному полю Т_Ег. Отражает главным образом воздействие на микрофон диффузного звука.

Оптимальная нагрузка микрофона — это нормированный импеданс нагрузки, указываемый производителем. У студийных микрофонов, обычно используемых с промышленными системами звукоусиления, он составляет 1кОм.

Нормированный импеданс Z xapaктеризует выходной импеданс. У студийных микрофонов он обычно около 200 Ом.

В стандартах для обозначения чувствительности микрофона обычно используют буквы В или S. В целях единообразия здесь используется символ Т (как и для громкоговорителей).

Номинальный диапазон частот — диапазон частот, в котором определяют параметры микрофона.

Кроме уровня чувствительности, определяемого в свободном поле под углом 0° к рабочей оси микрофона, часто принимают во внимание уровень прямого поля для других направлений. Значения, измеряемые в диффузном поле, используют значительно реже.

Предельное звуковое давление — наивысшее звуковое давление, при котором микрофон работает с допустимыми искажениями. Для студийных микрофонов, обычно используемых с промышленными системами звукоусиления, в настоящее время допустимыми считаются гармонические искажения 0,5% (реже 1%) на частоте 1 кГц. Конденсаторные микрофоны в этих условиях способны выдерживать уровни звукового давления 120… 140 дБ.

Эффективное значение напряжения, создаваемое микрофоном без воздействия звукового поля или другого мешающего поля, называют напряжением внутреннего шума.

Псофометрическое напряжение — это напряжение, создаваемое при тех же условиях и определенное с помощью «весовой характеристики уха как фильтра» {псофометрическое взвешивание), заложенной в Рекомендации МККР 468−4 [4.31] или Рекомендации OIRT 71 [4.32] (с индикацией квазипиковых значений). Это обеспечивает определенную аппроксимацию субъективного восприятия.

Разность между напряжением, указанным для предельного звукового давления, и напряжением внутреннего шума определяет динамический диапазон микрофона.

Зависимость напряжения на выходе микрофона от направления воздействия возбуждающего звука называют эффектом направленности.

Для идеального ненаправленного микрофона коэффициент осевой концентрации равен единице, а для идеального кардиоидного микрофона он равен трем. Это означает, что кардиоидный микрофон воспринимает в помещении только одну треть звуковой мощности, воспринимаемой ненаправленным микрофоном на том же расстоянии от источника. Отсюда следует, например, что при идентичных пропорциях звуковой мощности в помещении расстояние от говорящего до микрофона в случае кардиоидного микрофона может быть в три раза больше, чем в случае ненаправленного микрофона.

ПРИНЦИПЫ ПРИЕМА

Принцип приема с помощью микрофона оказывает значительное влияние на характеристики передачи и особенно на эффект направленности. Основные принципы приема, используемые в технике звукоусиления, рассмотрены ниже.

МИКРОФОНЫ ДАВЛЕНИЯ

Если на выходе микрофона возникает напряжение, пропорциональное давлению, то характеристика направленности такого микрофона оказывается сферической, так как давление — это скалярный количественный параметр.

На высоких частотах, когда длина волны звука сравнима с размерами диафрагмы, приходится учитывать эффект возрастания давления. Отражения звука от диафрагмы увеличивают перед ней звуковое давление по сравнению с давлением в соседних областях. Поэтому чувствительность микрофона при нормальном падении звуковых волн выше, чем в случае бокового или диффузного падения. Характеристика направленности соответствующим образом изменяется, поэтому при нормальном падении звуковых волн в свободном поле возникает подчеркивание высоких частот. По этой причине такие микрофоны часто оснащают средствами выравнивания давления, которые компенсируют подчеркивание высоких частот с помощью электронной цепи. Однако у микрофонов с цепью коррекции происходит спад высоких частот в диффузном поле и при боковом падении звуковых полн.

Микрофоны давления обычно применяют для регистрации звука, приходящего из большого помещения, без существенной тембральной окраски. Они позволяют делать «прозрачные» записи и чисто воспроизводить низкие частоты.

Поскольку такие микрофоны из-за сферической направленности не могут подавить звук, приходящий от громкоговорителей, они не часто используются для звукоусиления.

Если для воздействия на диафрагму используется градиент давления или скорость между двумя точками, то получится микрофон-приемник градиента давления. Доступ к диафрагме для падающих звуковых волн должен быть с обеих сторон, возможно, даже через акустическую цепь. Некоторые микрофоны-приемники градиента давления имеют в своей конструкции две каскадно установленные диафрагмы.

Недостаток всех микрофонов-приемников градиента давления — их высокая чувствительность к воздушным потокам. На малом расстоянии возникает подчеркивание низких частот (эффект близости). Этот эффект иногда используют намеренно: например, вокалисты с его помощью придают своему голосу «теплоту». Однако он всегда уменьшает разборчивость речи. Рис. 4.31 показывает, как влияет эффект близости на частотную характеристику микрофона. Эффект уменьшается с увеличением расстояния, на расстоянии более 1 м он совершенно пропадает. Чтобы подавить подчеркивание низких частот, микрофоны-приемники градиента давления часто снабжают подключаемыми или постоянно включенными электронными схемами коррекции. Чтобы избежать всплесков шума за счет воздушных потоков, отверстие для доступа к диафрагме прикрывают колпачками из пористого пластика специальной формы. Такие устройства ветрозащиты демпфируют воздушные потоки, оказывая сопротивление потоку, и при соответствующем размере частично нейтрализуют завихрения.

Если необходим больший эффект направленности, чем тот, который достигается с помощью микрофонов-приемников градиента давления, следует применять интерференционные микрофоны. Сегодня наиболее часто для этого используют остронаправленные микрофоны — направленные трубочные микрофоны Такой микрофон состоит из капсюля-приемника градиента давления, установленного на одном конце трубки, имеющей прорези или перфорацию. Отверстия этой трубки оказывают сопротивление потоку, возрастающее в сторону микрофонного капсюля. Благодаря данной конструкции звуковые волны спереди приходят на диафрагму в фазе, а падающие сбоку по отношению к трубке гасятся (по крайней мере, частично) Достигаемый таким образом эффект направленности зависит от длины трубки. Направленные трубочные микрофоны используют, например, как микрофоны для слежения и записи звука с большого расстояния.