Микрофонная техника

О микрофонах

Микрофон — это основной и важнейший из всех элементов, которые стоят между реальным акустическим звуком и его представлением на записи, поэтому важность правильного выбора микрофона трудно переоценить. Любой, кто собирается работать в студии звукозаписи, должен хорошо разбираться в микрофонной технологии и в существующих типах и моделях микрофонов.

К счастью, при внимательном рассмотрении микрофонная техника и технология оказываются достаточно простыми. Все разнообразие существующих моделей сводится к трём или четырём основным типам микрофонов и четырём типам диаграмм направленности, и именно на этой последней характеристике мы остановимся немного подробнее.

Что касается первой записи, то происходила она методом непосредственного нарезания записи: через рогоподобные микрофоны вибрация воздуха передавалась на грамофонную иглу, которая и производила нарезание этих колебаний на поверхности вращающегося воскового цилиндра. Сегодняшние микрофоны преобразуют колебания воздуха в электрический сигнал, и хотя эта теория лежит в основе работы всех микрофонов, их различия заключаются в процессах производящих эти преобразования.

Типы микрофонов

Существует 4 основных типа микрофонов: динамические, ленточные, конденсаторные, электретные.

Динамические микрофоны включают в себя сборку из диафрагмы, голосовой катушки и магнита, которые образуют миниатюрный электрогенератор со звуковым приводом.

Динамический микрофон имеет относительно простую и соответственно экономичную и надежную конструкцию. Он может обеспечить отличное качество звука практически во всех областях применения. В частности, он может иметь дело с чрезвычайно громкими звуками. Вдобавок, динамические микрофоны относительно устойчивы к перепадам температуры и влажности. Динамические микрофоны используются в основных задачах звукоусиления.

Ленточный микрофон основан на том же принципе, что и динамический, но не имеет мембраны. Принцип работы этого микрофона заключается в том, что очень тоненькая алюминиевая ленточка почти свободно висит в магнитном поле. Ее колебания зависят от звукового давления по обеим ее сторонам. Ленточка очень чувствительна к ветру: подув на такой микрофон, можно запросто выдуть из него ленточку. Вместо нее используется маленькая полоска фольги, подвешенная в сильном поле и приводимая в движение непосредственно звуковой волной. Благодаря такой конструкции ленточный микрофон точнее передает звуки, особенно не слишком слабые, такие как речь, и поэтому хорошо подходит для речевого вещания. Но эти устройства почти никогда не применяются при видеосъемке: они слишком тяжелы для ручной штанги и не очень чувствительны. А, кроме того, сильный ветер может сбить ленту с правильного положения, что потребует дорогостоящего ремонта. Понятно, что в концертной практике такие микрофоны не нашли применения. Довольно редко их еще можно встретить на радио или в звукозаписывающих студиях в качестве раритета.

Конденсаторные микрофоны имеют в своей основе сборку из электрически заряженной диафрагмы и неподвижной пластины, которые образуют чувствительный к звуку конденсатор.

Все конденсаторные микрофоны содержат в себе активные контуры для согласования выхода элемента с типичными микрофонными входами. Это требует подачи питания на микрофон: либо при помощи батарей, либо при помощи фантомного питания (метод подачи питания на микрофон непосредственно по микрофонному кабелю). Конденсаторные микрофоны имеют два потенциально ограничивающих фактора: во-первых, электроника добавляет немного шума; во-вторых, есть предел громкости сигнала, который может обработать электроника. По этой причине спецификации на конденсаторные микрофоны содержат параметры шума и максимальную громкость звука. Хорошие модели, однако, имеют очень низкий уровень шума и могут справиться с широким динамическим диапазоном. Конденсаторные микрофоны более сложны, чем динамические, и обычно несколько дороже. Также на конденсаторы могут существенно повлиять перепады температуры и влажности, что может привести к повышению шума или временной негодности. Однако, в конденсаторных микрофонах можно добиться большей чувствительности, и более мягкого, более натурального звука, особенно на высоких частотах. Полагая АЧХ и расширенный частотный диапазон легче всего достижимы в конденсаторном микрофоне. Вдобавок, конденсаторные микрофоны могут быть сделаны очень маленькими без ущерба для характеристик. В более благоприятной среде, например в концертном зале или театре, для большинства источников звука предпочтительнее использовать конденсаторные микрофоны, особенно, когда требуется высочайшее качество звука.

Электретные микрофоны работают аналогично конденсаторным, с тем отличием, что для их работы не требуется внешний источник питания. Мембрана таких микрофонов получает электрический заряд в процессе производства, и для их питания достаточно небольшого напряжения (обычно около 1,5 Вольта), которое обеспечивается установленной в микрофоне батареей. По сравнению с конденсаторными, мембрана электретных микрофонов значительно толще, поэтому их чувствительность и частотные характеристики несколько хуже. Появившиеся недавно обратно-электретные микрофоны несколько компенсируют этот недостаток.

Отдельно о радиомикрофонах

Радиомикрофон, как следует из названия, это микрофон, объединенный с радио, т. е. с радиоканалом передачи звуковой информации. В настоящий момент нет устоявшегося названия этих устройств. Их называют радиозакладками, радиобагами, радиокапсулами, радиосистемами, иногда — «жуками». Отличаются удобством их оперативного использования, простотой применения, дешевизной, очень небольшими размерами. В самом простом случае радиомикрофон состоит из собственно микрофона, а также радиопередатчика — устройства. Микрофон определяет зону акустической чувствительности (обычно до 20 — 30 метров), радиопередатчик — дальность действия радиолинии. Определяющими параметрами с точки зрения дальности действия для передатчика являются мощность, стабильность несущей частоты, диапазон частот, вид модуляции. Такие микрофоны в основном используются артистами (на сцене, в театре).

Направленность микрофона

Диаграмма направленности является одной из основных характеристик любого микрофона и описывает его способность реагировать на звуки, поступающие с различных направлений. В этом отношении различные микрофоны могут отличаться друг от друга очень сильно: одни, например, воспринимают звук более-менее равномерно во всех направлениях, а другие реагируют только на одно какое-нибудь направление и остаются «глухими» к звукам со всех остальных. Эти особенности следует учитывать при выборе микрофона для того или иного приложения.

Рис. 1. Часто встречающиеся типы диаграмм направленности микрофонов.

A — всенаправленный,

B — кардиоидный,

C — суперкардиоидный,

D — восьмерка

Всенаправленный микрофон имеет одинаковый выходной уровень при любом направлении. Он покрывает все 360 градусов. Всенаправленный микрофон улавливает максимальное количество пространственных звуков. При концертном применении всенаправленный микрофон должен быть расположен очень близко к источнику звука, чтобы был правильный баланс между непосредственным и пространственным звуком. Вдобавок, мы не можем отвернуть всенаправленный микрофон в сторону от ненужных источников звука, таких как порталы, что может вызвать заводку (эффект обратной связи).

Всенаправленные микрофоны:

— зависимость от акустики помещения: не отсекают эхо;

— не обеспечивают акустическую изоляцию, разве что только при малом расстоянии от источника звука до микрофона;

— низкая чувствительность к звукам дыхания;

— практически отсутствует «эффект близости» ;

— расширенные низкие частоты у конденсаторных микрофонов, что очень полезно при работе с органом, бас барабаном и симфоническим оркестром.

Однонаправленный микрофон наиболее чувствителен к звуку, приходящему с одного направления, и менее чувствителен к остальным. Типичной для таких микрофонов является кардиоидная характеристика (диаграмма имеем форму сердца). При ней наибольшая чувствительность достигается на направлении вдоль оси микрофона (0 градусов), а наименьшая — в противоположном (180 градусов отклонения). Эффективный угол работы кардиоидного микрофона составляет 130 градусов, то есть по 65 градусов в любую сторону от оси перед микрофоном. Таким образом кардиоидный микрофон улавливает около трети пространственных звуков по сравнению со всенаправленным. Однонаправленные микрофоны отделяют нужный прямой звук от ненужных боковых и пространственных.

Применение кардиоидного микрофона часто необходимо. Например, в случае подзвучивания гитарного усилителя, стоящего рядом с ударной установкой — это единственный способ уменьшить проникновение звука ударных в канал гитары.

Однонаправленные микрофоны могут иметь различные варианты кардиоидной диаграммы. Два из них носят названия суперкардиоиды и гиперкардиоиды. Обе характеристики имеют меньшие, чем кардиоида рабочие углы (115 в случае суперкардиоиды и 105 в случае гиперкардиоиды) а также сильнее отсекают пространственные звуки. В то время, как кардиоида имеет наименьшую чувствительность сзади (180 градусов отклонения), у кардиоиды направление наименьшей чувствительности составляет 126 градусов, а у гиперкардиоиды — 100. При правильной установке они обеспечивают более фокусированный съем звука, и меньше количество пространственного шума, чем у кардиоиды. Однако, они имеют зону улавливания непосредственно сзади (rear lobe).

У суперкардиоиды подавление сзади составляет -12дБ, а у гиперкардиоиды — всего -6дБ. Хорошая кардиоида имеет подавление сзади по меньшей мере -15−20 дБ.

Однонаправленные микрофоны могут не только отделить звучание одного инструмента от другого, но может также уменьшить обратную связь, допуская тем самым большее усиление. С этой точки зрения однонаправленные микрофоны предпочтительнее всенаправленных практически во всех задачах усиления звука.

микрофон ленточный электретный кардиоидный

Микрофоны с суперкардиоидной диаграммой направленности:

— имеют максимальную разницу между передней и задней областями чувствительности среди подобных микрофонов;

— обеспечивают большую изоляцию, чем микрофоны с кардиоидной направленностью;

— менее чувствительны к акустике помещения, чем микрофоны с кардиоидной направленностью.

Микрофоны с гиперкардиоидной диаграммой направленности:

— обеспечивают максимальную среди подобных им микрофонов нечувствительность к боковым звукам;

— обеспечивают максимальную акустическую изоляцию: защищают от неблагоприятных эффектов помещения, feedback (эффект обратной связи) и посторонних шумов;

— препятствуют утечке сигнала.

Двунаправленный микрофон («восьмёрка») имеет наибольшую чувствительность как спереди (0 градусов), так и сзади (180 градусов). Наименьший уровень он имеет на сбоку (90 градусов). Рабочий угол составляет только 90 градусов, как спереди, так и сзади. Уровень пространственного шума такой же, как и у кардиоиды. Этот микрофон используется для улавливания звука от двух противоположных источников, например, вокального дуэта. Несмотря на то, что такие микрофоны редко применяются в звукоусилении, их используют в некоторых стереотехнологиях.

Микрофоны с направленностью " восьмёрка" :

— используются, в частности, для интервью, когда собеседники сидят напротив друг друга или для записи и озвучивания дуэтов;

— обеспечивают максимальную изоляцию при overhead-записи;

— применяются для стереозаписи по методу Блюмляйна (Blumlein), когда используются два скрещенных микрофона-" восьмёрки" .

Микрофонный сленг

Импеданс (impedance) — электрическое сопротивление, которое микрофон оказывает проходящему сквозь него току. В этом отношении микрофоны принято делить на высокои низкоимпедансные. Высокоимпедансные микрофоны (от 5 до 10 KилоOм) обладают более высоким уровнем сигнала и часто используются в бытовой и полупрофессиональной записи. Низкоимпедансные микрофоны (250 Ом и менее) обычно применяются в профессиональных студиях. Несмотря на сравнительно низкий выходной уровень, они менее чувствительны к посторонним помехам и шуму и качественно воспроизводят высокие частоты даже при использовании длинных кабелей.

Эффект близости (proximity effect) — эффект, наблюдаемый при использовании динамических микрофонов в непосредственной близости от источника звука. Он вызван тем, что звук поступает в микрофон по двум направлениям (спереди и сзади). Возникающие при этом фазовые искажения приводят к усилению низкочастотных составляющих звука. Чем ближе источник звука к микрофону, тем больше разность длины звуковых путей и, соответственно, больше усиление низких частот. Многие опытные вокалисты умело используют этот эффект, достигая нужного им звучания, однако в ряде ситуаций он может приводить к существенному ухудшению звучания. Как бы то ни было, этот эффект никогда не следует упускать из виду.

Обратная связь (завод, feedback) — слабость, которой в той или иной степени подвержены абсолютно все микрофоны. Обратная связь возникает тогда, когда поступающие от микрофона сигналы воспроизводятся колонками или студийными мониторами и снова попадают в микрофон. Если не принять мер по предотвращению этого процесса, он будет продолжаться непрерывно, с постоянным возрастанием амплитуды «паразитных» сигналов, в результате чего возникнет характерный «воющий» или «свистящий» звук. Для того, чтобы избавиться от обратной связи, следует как можно тщательнее выбирать микрофон с необходимой диаграммой направленности и правильно ориентировать его по отношению к источникам звука (колонкам и мониторам). В ряде случаев обратную связь можно предотвратить, вырезав эквалайзером ту частоту, на которой она происходит. При этом общая громкость снимаемого микрофоном сигнала останется практически неизменной.

Фантомное питание — это постоянный ток (обычно 12−48 вольт), используемый для питания электроники конденсаторного микрофона. Это напряжение подается по микрофонному кабелю от микшера с источником фантомного питания или от другого внешнего устройства.

Источники фантомного питания имеют ограничители по току, которые предотвращают повреждение динамического микрофона в случае короткого замыкания или неправильной распайки. Обычно балансные динамические микрофоны могут быть подключены ко входам с фантомным питанием без каких-либо проблем.

Переходный отклик — способность микрофона откликаться на быстро меняющуюся звуковую волну. Для того, чтобы микрофон трансформировал звуковую энергию в электрическую, звуковая волна должна физически перемещать диафрагму микрофона. Тяжелой динамической диафрагме требуется больше времени, чтобы начать двигаться, чем легкой конденсаторной диафрагме. И точно также динамической диафрагме, по сравнению с конденсаторной диафрагмой, требуется больше времени, чтобы прекратить движение. Переходный отклик динамических микрофонов не так хорош, как у конденсаторных. Динамическому микрофону требуется почти вдвое больше времени, чтобы отреагировать на звук. Ему также требуется больше времени, чтобы перестать колебаться. Поскольку конденсаторные микрофоны в целом имеют лучший переходный отклик, чем динамические, они лучше подходят для инструментов, имеющих резкую атаку или расширенный высокочастотный спектр в звуке, например, тарелок. Переходный отклик определяет более ясный, отчетливый звук конденсаторных микрофонов, и более мягкий, округлый звук динамических микрофонов.

Амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) — выходной уровень микрофона по всему рабочему спектру частот и чувствительность к ним. Микрофон, выход которого одинаков для всех частот имеет пологую АЧХ. Микрофоны с пологой АЧХ обычно имеют расширенный диапазон. Они воспроизводят сигналы от различных источников звука без изменения или окраски оригинального звука. Микрофон, чья АЧХ имеет пики или провалы в определенных частотах имеет рельефную АЧХ. Рельефная АЧХ обычно используется в конкретных приложениях. Например, микрофон может иметь пик в области 1−2 кГц, чтобы улучшить разборчивость вокала. Такой профиль называется подъемом. Микрофон может также иметь меньшую чувствительность к некоторым частотам. Примером тому может быть уменьшенная отдача на низких частотах (срез низа), с целью минимизирования не нужного бум-бум. Выбор микрофона с пологой или же рельефной АЧХ опять-таки зависит от источника звука, аппаратуры, и окружающей среды. Микрофоны с пологой АЧХ обычно желательны при воспроизведении звука таких инструментов, как акустическая гитара или фортепиано, особенно при высококачественной аппаратуре. Они также обычно применяются при стерео расстановке микрофонов и при удаленной, более метра от источника звука, установке: отсутствие пиков отдачи минимизирует обратную связь и дает более естественный звук. С другой стороны, микрофоны с рельефной АЧХ предпочтительнее для вокалистов, и некоторых инструментов, таких как ударные или гитарные усилители, которые выиграют от усиления отдачи, сильнее проявляясь в общей картине. Также они полезны, когда надо ослабить прием нежелательных звуков и шумов за пределами диапазона инструмента.

Направленность — чувствительность микрофона к звуку в зависимости от направления или угла, с которого приходит звук. С точки зрения направленности существуют три основных типа микрофонов — всенаправленные, однонаправленные и двунаправленные.

Тип разъема в микрофоне может быть балансным или небалансным. Балансный выход передает сигнал по двум проводника (плюс экран). Сигналы, идущие по каждому из проводников имеют одинаковый уровень, но разную полярность. Балансный микрофонный вход усиливает только разницу между сигналами, и игнорирует ту часть сигнала, что одинакова у обоих проводников. Небалансный микрофонный тракт передает сигнал по одному проводнику (плюс экран), а небалансный микрофонный вход усиливает все сигналы в проводнике. Балансные низкоимпедансные микрофоны рекомендуются для использования практически во всех задачах подзвучивания.