Микрофон

редактировать
Устройство, преобразующее звук в электрический сигнал

микрофон Shure Brothers, модель 55s, мультиимпедансный "Small Unidyne" Dynamic из 1951 A Sennheiser динамический микрофон

A микрофон, в разговорной речи микрофон или микрофон (), устройство - преобразователь , которое преобразует звук в электрический сигнал. Микрофоны используются во многих приложениях, таких как телефоны, слуховые аппараты, системы громкой связи для концертных залов и массовых мероприятий, кинопроизводство, живые и записанные аудиотехника, звукозапись, рации двусторонней связи, мегафоны, радио и телевидение радиовещание. Они также используются в компьютерех для записи голоса, распознавания речи, VoIP и для неакустических целей, таких как ультразвуковые датчики или датчики детонации.

. Несколько типов микрофонов. В настоящее время используются различные методы преобразования давления звуковой волны в электрический сигнал. Наиболее распространенными являются динамический микрофон, в котором используется катушка с проволокой, подвешенная в магнитном поле; конденсаторный микрофон, в котором в качестве пластины конденсатора используется вибрирующая диафрагма ; и контактный микрофон, в котором используется кристалл пьезоэлектрического материала. Как правило, микрофоны необходимо подключить к предусилителю, прежде чем сигнал будет записан или воспроизведен.

Содержание

  • 1 История
  • 2 Компоненты
  • 3 Варианты
    • 3.1 Конденсатор
      • 3.1.1 Электретный конденсатор
    • 3.2 Динамический
    • 3.3 Лента
    • 3.4 Углерод
    • 3.5 Пьезоэлектрический
    • 3.6 Волоконно-оптический
    • 3.7 Лазер
    • 3.8 Жидкостный
    • 3.9 MEMS
    • 3.10 Динамики как микрофоны
  • 4 Конструкция и направленность капсулы
  • 5 Диаграммы направленности
    • 5.1 Всенаправленные
    • 5.2 Однонаправленные
    • 5.3 Кардиоидные, гиперкардиоидные, суперкардиоидные, субкардиоидные
    • 5.4 Двунаправленные <538 Дробовик
    • 5.6 Граница или "PZM"
  • 6 Конструкции для конкретных приложений
  • 7 Методы стереомикрофона
  • 8 Питание
  • 9 Разъемы
    • 9.1 Согласование импеданса
    • 9.2 Цифровой интерфейс микрофона
  • 10 Измерения и характеристики
  • 11 Измерительные микрофоны
    • 11.1 Калибровка
  • 12 Массивы
  • 13 Ветрозащитные экраны
  • 14 См. также
  • 15 Дополнительная литература
  • 16 Ссылки
  • 17 Внешние ссылки

История

Чтобы говорить с большими группами людей, возникла потребность в увеличении громкости человеческих голосов. Первыми устройствами, которые использовались для этих, были акустические мегафоны. Некоторые из первых примеров, относящиеся к Греции V века до н.э., были театральными масками с роговидными ротовыми отверстиями, которые акустически усиливали голос актеров в амфитеатрах. В 1665 году английский физик Роберт Гук был первым, кто экспериментировал со средой, отличной от воздуха, изобретением «телефона влюбленных », сделанного из протянутой проволоки с чашкой, прикрепленной на

В 1861 году немецкий изобретатель Иоганн Филипп Рейс построил ранний звуковой передатчик («телефон Рейса »), в котором использовалась металлическая полоска, прикрепленная к вибрирующему мембрана, которая будет прерывистый ток. Лучшие результаты были достигнуты в 1876 году с конструкцией «жидкостный передатчик » в ранних телефонах от Александр Грэм Белл и Элиша Грей - диафрагма была прикреплена к проводящему стержню. в кислотном растворе. Однако эти системы давали очень плохое качество звука.

Дэвид Эдвард Хьюз изобрел угольный микрофон в 1870-х.

Первым микрофоном, который обеспечил правильную голосовую телефонию, был (свободный контакт) угольный микрофон. Его независимо разработали Дэвид Эдвард Хьюз в Англии и Эмиль Берлинер и Томас Эдисон в США. Эдисон получил первый патент (после долгого судебного спора) в середине 1877 года, Хьюз показал свое рабочее устройство перед многочисленными свидетелями годами ранее, хотя большинство историков приписывают его изобретение. Угольный микрофон является прототипом сегодняшних животных, которая решает роль в развитии телефонии, радиовещания и звукозаписи. Томас Эдисон усовершенствовал угольный микрофон в своем передатчике на угольной кнопке 1886 года. Этот микрофон был использован на первой радиопередаче, выступлении в Нью-Йоркском Метрополитен-опера в 1910 году.

Джек Браун берет интервью Хамфри Богарта и Лорен Бэколл для передачи войск за границей во время Второй мировой войны.

В 1916 году EC Wente из Western Electric совершил следующий прорыв, выпустив первый конденсаторный микрофон. В 1923 году был построен первый практичный микрофон с подвижной катушкой. Магнитофон Маркони-Сайкса, нас капитаном Х. Дж. Раундом, стал стандартом для студий BBC в Лондоне. Это было улучшено в 1930 году Аланом Блюмлейном и Гербертом Холманом, которые выпустили HB1A и стали лучшим эталоном того времени.

Также в 1923 году был выпущен ленточный микрофон . представил другой электромагнитный тип, который, как полагают, разработан Гарри Ф. Олсоном, который по сути реконструировал ленточный динамик. За прошедшие годы эти микрофоны были построены, в первую очередь RCA, которая добилась значительных успехов в управлении диаграммой направленности, чтобы придать микрофону возможность. С развитием телевидения и кино возникла потребность в микрофонах с высокой точностью воспроизведения и большей направленностью. Electro-Voice в ответ представили свой удостоенный награды Оскар микрофон-дробовик в 1963 году.

Во второй половине 20-го века разработка Shure быстро продвинулась вперед. Братья выпускают модели SM58 и SM57. Последние научные разработки использования волоконной оптики, лазеров и интерферометров.

Компоненты

Электронный символ для микрофона

Чувствительный преобразовательный элемент микрофона называется его Элемент или капсулой. Звук сначала преобразует механическое движение с помощью диафрагмы, движение которого преобразует в электрический сигнал. Полный микрофон также включает сигнал в себя корпус, некоторые средства передачи от к другому оборудованию и часто электронную схему для адаптации выходного сигнала капсюля к приводимому оборудованию. микрофон содержит радиопередатчик.

Разновидности

Микрофоны подразделяются на категории по принципу преобразователя, например конденсаторные, динамические и т. Д., И по характеристикам направленности. Иногда для описания микрофона используются характеристики, такие как размер диафрагмы, предполагаемое использование или ориентация основного звука по отношению к главной оси (конечный или боковой адрес) микрофона.

Конденсаторный

Внутри конденсаторного микрофона Oktava 319

Конденсаторный микрофон, изобретенный в Western Electric в 1916 году EC Wente, называется конденсаторным микрофоном или электростатический микрофон - конденсаторы исторически назывались конденсаторами. Здесь диафрагма действует как одна пластина в конденсаторе, и вибрации изменения расстояния между пластинами. В зависимости от метода извлечения аудиосигнала из преобразователя существует два типа: микрофоны со смещением постоянного тока и конденсаторные микрофоны радиочастотного (RF) или высокочастотного (HF) диапазона. В микрофоне с постоянным смещением пластины смещены с фиксированным зарядом (Q). напряжение, поддерживаемое на обкладках конденсатора, изменяется с колебаниями в воздухе в соответствии с уравнением емкости (C = ⁄ V), где Q = заряд в кулонах, C = емкость в фарадах и V = разность потенциалов в вольт. Емкость пластин обратно пропорциональна расстоянию между ними для конденсатора с параллельными пластинами. Сборка неподвижных и подвижных пластин называется «Номер» или «капсулой».

На конденсаторе поддерживается почти постоянный заряд. При изменении заряда на конденсаторе изменяется очень незначительно, но на слышимых частотах он остается постоянным. Емкость капсюля (от 5 до 100 пФ ) и сопротивление сопротивлению за ущерб (от 100 МОм до десятков ГОм) образуют фильтр высоких частот для аудиосигнала. сигнал и низкочастотный для напряжения с ущербом. Обратите внимание, что постоянная время RC-цепи равно произведению сопротивления и емкости.

В пределах временного интервала изменения емкости (до 50 мс при звуковом сигнале 20 Гц) заряд практически постоянен, а напряжение на конденсаторе изменяется мгновенно, отражая изменение емкости. Напряжение на конденсаторе изменяется выше и ниже напряжения с ущерба. Разница напряжений между смещением и конденсатором видна на последовательном резисторе. Напряжение на резисторе усиливается для воспроизведения или записи. В большинстве случаев электроника в самом микрофоне не усиление напряжения, поскольку разница напряжений весьма значительна, до нескольких вольт для высоких уровней звука. Обычно требуется усиление по току, при этом напряжение остается постоянным.

AKG конденсаторный микрофон C451B с малой диафрагмой

ВЧ конденсаторные микрофоны используют сравнительно низкое ВЧ напряжение, генерируемое малошумящим генератором. Сигнал от генератора может быть либо амплитудно-модулированным за счет изменений емкости, создаваемыми звуковыми волнами, перемещающими диафрагму капсулы, либо капсула может быть частью резонансного контура, модулирующим частоту сигнала генератора. Демодуляция дает сигнал звуковой частоты с низким уровнем шума и очень низким импедансом источника. Отсутствие высокого напряжения с ущербом позволяет использовать диафрагму с меньшим натяжением, что может быть использовано для достижения более широких частотных характеристик из-за более высокой податливости. Процесс радиочастотного воздействия приводит к уменьшению электрического импеданса капсулы. В микрофонах серии Sennheiser "MKH" используется метод радиочастотного смещения. Скрытое, дистанционно возбуждаемое приложение того же физического принципа было разработано советским российским изобретателем Леоном Терменом и использовалось для прослушивания резиденции посла США в Москве в период с 1945 по 1952 год.

Конденсаторные микрофоны охватывают диапазон от телефонных передатчиков и недорогих караоке-микрофонов до высококачественных записывающих микрофонов. Как правило, они производят высококачественный аудиосигнал и настоящее время популярным выбором в лабораториях и студиях звукозаписи. Пригодность этой технологии, присущая этой технологии, обусловлена ​​очень малой массой, которую должна перемещать падающая звуковая волна, в отличие от других типов микрофонов, требуемых, чтобы звуковая волна выполняла больше работы. Для них требуется источник питания, либо через микрофонные входы на оборудовании в виде фантомного питания, либо от небольших батарей. Электропитание для установления напряжения на пластине конденсатора, а также для питания электроники микрофона (преобразование импеданса в случае электретных микрофонов и микрофонов с поляризацией по постоянному току, демодуляция или обнаружение в случае микрофонов RF / HF). Доступны конденсаторные микрофоны с двумя диафрагмами, которые могут быть электрически соединены для диапазона диаграмм направленности (см. Ниже), таких как кардиоидный, всенаправленный и восьмерка. Также возможно непрерывное изменение рисунка с помощью некоторых микрофонов, например, Røde NT2000 или CAD M179.

A вентильный микрофон - конденсаторный микрофон, в котором используется ламповый (вентильный) усилитель. Они остаются популярными среди энтузиастов лампового звука.

Электретный конденсатор

Первый патент на фольгированный электретный микрофон Г. М. Сесслер и др. (страницы с 1 по 3)

Электретный микрофон - это тип конденсаторного микрофона, изобретенный Герхардом Сесслером и Джимом Уэстом в Bell Laboratories в 1962 году. Внешний заряд, использование для обычных конденсаторных микрофонов, заменяется постоянным зарядом в электретном материале. электрет - это сегнетоэлектрический материал, постоянно который электрически заряжен или поляризован. Название происходит от электростатического и магнитного; статический заряд внедряется в электрет путем выравнивания статических зарядов в материале, во многом так же, как постоянный магнит посредством выравнивания магнитных доменов в куске железа.

Из-за их хороших характеристик и простоты, а, следовательно, низкой стоимости подавляющее большинство микрофонов, производимых сегодня, являются электретными; производитель полупроводников оценивает годовое производство более чем в миллиард Они используются во многих приложениях: от высококачественных записей и петличного (петличный микрофон) до встроенных микрофонов в небольших звукозаписывающих устройствах и телефонах. До распространения MEMS-микрофонов почти все микрофоны для сотовых телефонов, компьютеров, КПК и гарнитуры были электретными.

В отличие от других конденсаторных микрофонов, они не требуют поляризующего напряжения, но часто встроенный предусилитель, который требует питания (часто называемого поляризационной мощности или смещением). Этот предусилитель часто с фантомным питанием в звукоусилении и студийных приложениях. Монофонические микрофоны, разработанные для мобильных компьютеров (ПК), называемые иногда мультимедийными микрофонами, используют штекер 3,5 мм, как обычно, без питания для стерео; кольцо, вместо того, чтобы передать сигнал для второго канала, передает питание через резистор от (обычно) источника питания 5 в компьютер. Стереофонические микрофоны используют тот же разъем; нет очевидного способа определить, какой стандартный используется оборудование и микрофонами.

Хотя электретные микрофоны когда считались низкокачественными, теперь из них могут использоваться традиционные конденсаторные микрофоны во всех отношениях и даже предлагать долгосрочную стабильность и использовать для измерительного микрофона. Только лучшие электретные микрофоны могут соперничать с хорошими модулями с поляризацией постоянного тока по уровню шума и качеству; электретные микрофоны поддаются недорогому массовому производству, в то время как по своей природе дорогие неэлектретные конденсаторные микрофоны производятся более высокого качества.

Динамический

Патти Смит поет в микрофон Shure SM58 (динамический кардиоидный тип)

Динамический кардиоидный микрофон (также известный как подвижный -катушечный микрофон ) работает через электромагнитную индукцию. Они прочные, относительно недорогие и устойчивые к влаге. Это в сочетании с использованием их высоких высоких коэффициентов усиления обратной делает их идеальным для использования на сцене.

Динамические микрофоны используют тот же принцип динамики, что и громкоговоритель, только в обратном. Небольшая подвижная индукционная катушка , расположенная в магнитном поле постоянного магнита , прикреплена к диафрагме. Когда звук проходит через лобовое стекло микрофона, звуковая волна перемещает диафрагму. Когда диафрагма вибрирует, катушка движется в магнитном поле, создавая в катушке переменный ток за счет электромагнитной индукции. Одна динамическая мембрана не реагирует линейно на все звуковые частоты. По этой причине некоторые микрофоны используют несколько мембран для различных частей звукового сигнала, а затем объединяют полученные сигналы. Трудно правильно объединить несколько сигналов; конструкции, которые делают это, редки и, как правило, дороги. С другой стороны, есть несколько проектов, которые более конкретно нацелены на изолированные части звукового материала. Например, AKG D112 предназначена для воспроизведения низких частот, а не высоких частот. В аудиотехнике для достижения наилучших результатов используются одновременно несколько видов микрофонов.

Лента

Эдмунд Лоу с использованием ленточного микрофона

Ленточные микрофоны используют тонкую, обычно гофрированную металлическую ленту, подвешенную в магнитном поле. Лента электрически соединена с выходом микрофона, и ее вибрация в магнитном поле генерирует электрический сигнал. Ленточные микрофоны похожи на микрофоны с подвижной катушкой в ​​том смысле, что оба производят звук за счет магнитной индукции. Базовые ленточные микрофоны обнаруживают звук в двунаправленном (также называемом восьмеркой, как на диаграмме ниже), потому что лента открыта с обеих сторон. Кроме того, поскольку лента имеет гораздо меньшую массу, она реагирует на скорость воздуха, а не на звуковое давление. Хотя симметричный передний и задний звукосниматели могут мешать при обычной стереозаписи, подавление высоких частот можно использовать с пользой, располагая ленточный микрофон горизонтально, например, над тарелками, чтобы задний лепесток улавливал звук только от тарелок. Зачеркнутая цифра 8 или пара Блюмлейна, стереозапись становится все более популярной, и реакция ленточного микрофона в форме восьмерки идеально подходит для этого применения.

Другие диаграммы направленности создаются путем помещения одной стороны ленты в акустическую ловушку или перегородку, позволяющую звуку достигать только одной стороны. Классический микрофон RCA Type 77-DX имеет несколько регулируемых извне положений внутренней перегородки, что позволяет выбирать несколько шаблонов реакции от «восьмерки» до «однонаправленного». Такие старые ленточные микрофоны, некоторые из которых по-прежнему обеспечивают высококачественное воспроизведение звука, когда-то ценились по этой причине, но хороший низкочастотный отклик можно было получить только тогда, когда лента была подвешена очень свободно, что делало их относительно хрупкими. В настоящее время представлены современные ленточные материалы, включая новые наноматериалы, которые устраняют эти проблемы и даже улучшают эффективный динамический диапазон ленточных микрофонов на низких частотах. Защитные ветровые экраны могут снизить опасность повреждения винтажной ленты, а также уменьшить взрывоопасные артефакты на записи. Правильно спроектированные ветровые экраны дают незначительное затухание высоких частот. Как и другие классы динамических микрофонов, ленточные микрофоны не требуют фантомного питания ; Фактически, это напряжение может повредить некоторые старые ленточные микрофоны. Некоторые новые современные конструкции ленточных микрофонов включают предусилитель и, следовательно, требуют фантомного питания, а схемы современных пассивных ленточных микрофонов, то есть без вышеупомянутого предусилителя, специально разработаны для защиты от повреждения ленты и трансформатора фантомным питанием. Также доступны новые ленточные материалы, невосприимчивые к порывам ветра и фантомной энергии.

Углеродный

Western Electric угольный микрофон с двумя кнопками

Угольный микрофон был самым ранним типом микрофонов. Угольный кнопочный микрофон (или иногда просто кнопочный микрофон) использует капсулу или кнопку, содержащую угольные гранулы, зажатые между двумя металлическими пластинами, такими как микрофоны Berliner и Edison. К металлическим пластинам подается напряжение, в результате чего через углерод проходит небольшой ток.Одна из пластин, диафрагма, вибрирует в соответствии с падающими звуковыми волнами, оказывая различное давление на углерод. Изменяющееся давление деформирует гранулы, вызывает изменение площади контакта между каждой парой соседних гранул, и это изменение электрического сопротивления массы гранул. Изменения сопротивления вызывают соответствующее изменение тока, протекающего через микрофон, создавая электрический сигнал. Когда-то углеродные микрофоны широко использовались в телефонах; они имеют очень низкое качество воспроизведения звука и очень ограниченный частотный диапазон, но являются очень надежными устройствами. Микрофон Буде, в котором использовались относительно большие угольные шарики, был похож на кнопочные микрофоны из гранулированного угля.

В отличие от других микрофонов, угольный микрофон также можно использовать в усилителе, используя небольшое количество звука. энергия для управления большим количеством электроэнергии. Углеродные микрофоны нашли применение в качестве первых телефонных повторителей, что делало возможным междугородние телефонные звонки в эпоху до появления электронных ламп. Эти ретрансляторы, названные реле Брауна, работали посредством механического соединения магнитной телефонной трубки с угольным микрофоном: слабый от приемника передавался на микрофон, где он модулировал более сильный электрический ток, производя более сильный электрический сигнал для передачи по линии.. Одной из иллюстраций этого эффекта усилителя были колебания, вызванные обратной связью, приводящие к слышимому визгу из старого телефона «подсвечник», если его наушник был помещен рядом с угольным микрофоном.

Пьезоэлектрический

Винтаж Astatic кристаллический микрофон

A кристаллический микрофон или пьезомикрофон использует явление пьезоэлектричества - способность некоторых материалов для создания напряжения при воздействии давления - для колебаний в электрический сигнал. Примером этого является тартрат калия-натрия, который представляет собой пьезоэлектрический кристалл, который работает как преобразователь, как микрофон, так и как тонкий компонент громкоговорителя. Когда-то хрустальные микрофоны обычно поставлялись с ламповым (вентилируемым) оборудованием, таким как домашние магнитофоны. Их высокий выходной импеданс хорошо соответствует высоким входным импедансом (обычно около 10 МОм ) входного каскада вакуумной лампы. Их было трудно сопоставить с ранним оборудованием на транзисторах , и на какое-то время они были вытеснены электрическими микрофонами, а и небольшими электретными конденсаторными устройствами. Высокое сопротивление кристаллического микрофона сделало его очень восприимчивым к шумам как от самого микрофона, так и от соединительного кабеля.

Пьезоэлектрические преобразователи часто используются в качестве контактных микрофонов для усиления звука акустических музыкальных инструментов, для распознавания ударов барабана, для запуска электронных сэмплов и для записи звука в сложных условиях, например под водой. высокое давление. Установленные на седле звукосниматели на акустических гитарах обычно включают себя пьезоэлектрические устройства, которые контактируют со струнами, проходящими через седло. Этот тип микрофона отличается от звукоснимателей с магнитной катушкой, обычно видимых на типичных электрогитарах, которые используются для улавливания вибрации магнитная индукция, а не механическая связь.

Волоконно-оптический

Волоконно-оптический микрофон Оптоакустика 1140

A Волоконно-оптический микрофон преобразует акустические волны в электрические сигналы, воспринимает изменения света, а не обнаружение изменений емкости или магнитных полей, как с обычными микрофонами.

Во время работы свет от лазерного источника через оптическое волокно, освещая поверхность отражающей диафрагмы. Звуковые колебания диафрагмы модулируют интенсивность света, отражающегося от диафрагмы в определенном направлении. Затем модулированный свет передается по второму оптическому волокну на фотодетектор, который преобразует модулированный по мощности свет в аналоговый или цифровой звук для передачи или записи. Волоконно-оптические микрофоны обладают широким динамическим и частотным диапазоном, сравнимыми с лучшими традиционными микрофонами высокого качества.

Волоконно-оптические микрофоны не реагируют и не действуют на какие-либо электрические, магнитные, электростатические или радиоактивные поля (это называется устойчивостью к EMI / RFI ). Поэтому конструкция волоконно-оптического микрофона идеально подходит для использования в областях, где обычные микрофоны неэффективны или опасны, например, внутри промышленного турбин или в среде оборудования магнитно-резонансной томографии (МРТ).

Волоконно-оптические микрофоны надежны, устойчивы к изменениям в окружающей среде, включая тепло и влажность, и могут изготавливаться для любой направленности или согласования импеданса. Между устройством света микрофона и его фотодетектором может составлять до нескольких километров без необходимости в каком-либо другом устройстве или другом устройстве, которое делает оптоволоконные микрофоны пригодными для промышленного акустического мониторинга и наблюдения.

Волоконно-оптические микрофоны используются в очень специфических областях применения, таких как инфразвук мониторинг и шумоподавление. Они оказались особенно полезными в медицинских приложениях, например, позволяя радиологам, персоналу и пациентам в мощном и зашумленном магнитном поле нормально общаться внутри кабинетов МРТ, а также в удаленных диспетчерских. Другие области применения мониторинга промышленного оборудования, калибровка записи и звука, высококачественную и правоохранительные органы.

Лазерные

Лазерные микрофоны часто изображаются в фильмах как шпионские устройства, потому что их можно использовать для выбора звука на расстоянии от микрофонного оборудования. Лазера направлен на поверхность или другую плоскую поверхность, на которую воздействует звук. Вибрации этой поверхности изменяют угол, под которым отражается луч, и движение лазерного пятна от возвращающегося луча проявляется и преобразуется в звуковой сигнал.

В более надежной и дорогостоящей реализации возвращаемый свет разделяется и предлагается на интерферометр, который обнаруживает поверхность по изменению длины оптического пути отраженного луча. Первая реализация представляет собой настольный эксперимент; последнее требует очень стабильного лазера и точной оптики.

Новый тип лазерного микрофона - это устройство, использующее лазерный луч и дым или пар для обнаружения звука вибраций в открытом воздухе. 25 августа 2009 г. был выдан патент США 7,580,533 на микрофон для обнаружения твердых частиц на основе пары лазер-фотоэлемент с движущимся потоком дыма или пара на пути лазерного луча. Волны звукового давления вызывают возмущения в дыме, которые, в свою очередь, вызывают изменение в количестве лазерного света, достигшего фотодетектора. Прототип устройства был использован на 127-м съезде общества звукорежеров в Нью-Йорке с 9 по 12 октября 2009 года.

Liquid

Ранние микрофоны не воспроизводили разборчивую речь до Александр Грэм Белл внесения улучшения, включая микрофон / передатчик с переменным сопротивлением. Жидкостный передатчик Белла состоял из металлической чашки, наполненной водой с добавлением небольшого количества серной кислоты. Звуковая волна заставляла диафрагму двигаться, заставляя иглу двигаться вверх и вниз в воде. Электрическое сопротивление между проводом и чашкой было обратно пропорционально размеру водяного мениска вокруг погруженной иглы. Элиша Грей подал предостережение в отношении версии, в которой вместо иглы использовался латунный стержень. Другие незначительные изменения и улучшения были внесены в жидкостный микрофон Майоранной, Чемберсом, Ванни, Сайксом и Элишей Грей, и одна версия была запатентована Реджинальдом Фессенденом в 1903 году. Это были первые работающие микрофоны, но они были непрактичны для коммерческого применения. Знаменитый первый телефонный разговор между Беллом и Ватсоном произошел с использованием жидкого микрофона.

MEMS

Микрофон MEMS (MicroElectrical-Mechanical System) также называют микросхемой микрофона или силиконовым микрофоном. Чувствительная к давлению диафрагма вытравливается непосредственно на кремниевой пластине с помощью методов обработки MEMS и обычно сопровождается включенным предусилителем. Большинство микрофонов MEMS представьте собой варианты конструкции конденсаторного микрофона. Цифровые микрофоны MEMS имеют встроенные схемы аналого-цифрового преобразователя (ADC) на той же микросхеме CMOS, что делает микросхему цифровым микрофоном и поэтому более легко интегрируется с современными цифровыми продуктами. Основными производителями кремниевых микрофонов MEMS являются Wolfson Microelectronics (WM7xxx), теперь Cirrus Logic, InvenSense (линейка продуктов, продаваемая Analog Devices), Akustica (AKU200x), Infineon (продукт SMM310), Knowles Electronics, Memstech (MSMx), NXP Semiconductors (приобретенное подразделение by Knowles), Sonion MEMS, Vesper, AAC Acoustic Technologies и Omron.

В последнее время, с 2010-х годов, наблюдается повышенный интерес по созданию пьезоэлектрических микрофонов MEMS, которые представляют собой значительные архитектурные и материальные изменения по сравнительному соединению МЭМС конденсаторного типа.

Громкоговорители в микрофонов

A Громкоговоритель, преобразователь, который превращает электрический сигнал в звуковые волны, является функциональной противоположностью микрофона. Обычный динамик по конструкции на динамический микрофон (с диафрагмой, катушкой и магнитом), динамики фактически работать «наоборот» как микрофоны. Применяется взаимность, поэтому результирующий микрофон имеет те же недостатки, что и одинарный динамик: ограниченная частотная характеристика низких и высоких частот, плохо контролируемая направленная и низкая чувствительность. На практике динамики иногда используются в микрофонов в приложениях, где не требуется высокая пропускная способность и чувствительность, например, домофоны, рации или голосовой чат в видеоиграх периферийные устройства, или когда не хватает обычных микрофонов.

Однако есть по крайней мере одно практическое применение, которое использует эти недостатки: использование низкочастотного динамика среднего размера, расположенного перед «бас-барабаном» (бас-барабан ) в ударной установке в качестве микрофона. Пример коммерческого продукта Yamaha Subkick, 6,5-дюймовый (170 мм) низкочастотный динамик, установленный на амортизаторе в корпусе 10-дюймового барабана, который используется перед бас-барабанами. Используется система динамического давления, позволяющая установить высокие частоты, увеличивая скорость звука из окружающей среды.

Реже сами микрофоны можно использовать в качестве динамиков, но из-за их низкой управляемой мощности и малым размерам преобразователя, твитер является наиболее практичным приложением. Одним из примеров такого применения был сверхвысокочастотный динамик 4001 на основе микрофона STC, который успешно использовался в количестве высококачественных акустических систем с конца 1960-х до середины 1970-х.

Конструкция и направленность капсулы

Внутренние элементы микрофона являются источником различий в направленности. Давление в микрофоне используется диафрагма между фиксированным внутренним объемом воздуха и окружающей среды и равномерно реагирует на давление со всех сторон, поэтому считается, что он всенаправленный. Микрофон с градиентом давления использует диафрагму, которая, по крайней мере, частично открыта с обеих сторон. Разница давлений между двумя сторонами определяет его характеристики направления. Другие элементы, такие как внешняя форма микрофона и внешние устройства, такие как интерференционные трубки, также могут изменять направленную характеристику микрофона. Микрофон с чистым градиентом давления одинаково чувствителен к звукам, идущим спереди или сзади, но нечувствителен к звукам, идущим сбоку, поскольку звук, поступающий спереди и сзади, не создает градиента между ними. Характерная диаграмма направленности микрофона с чистым градиентом давления похожа на восьмерку. Другие диаграммы направленности получены путем создания капсулы, в которой эти два эффекта по-разному сочетаются. Кардиоида, например, имеет частично закрытую заднюю часть, поэтому ее характеристика представляет собой комбинацию характеристик давления и градиента давления.

Полярные диаграммы

Полярная чувствительность микрофона. На схеме микрофон направлен к верхней части страницы параллельно странице.

Направленность или диаграмма направленности микрофона показывает, насколько он чувствителен к звукам, поступающим под разными углами относительно его центральной оси. Полярные диаграммы, проиллюстрированные выше, представляют собой геометрическую точку точек, которые производят одинаковый уровень выходного сигнала в микрофоне, если данный уровень звукового давления (SPL) генерируется из этой точки. То, как физический корпус микрофона ориентирован относительно схем, зависит от конструкции микрофона. Для микрофонов с большой мембраной, таких как Oktava (на фото выше), направление вверх на полярной диаграмме обычно перпендикулярно корпусу микрофона, что широко известно как «боковой огонь» или «боковой адрес». Для микрофонов с маленькой диафрагмой, таких как Shure (также изображенный выше), обычно он простирается от оси микрофона, обычно известной как «конечный огонь» или «верхний / конечный адрес».

Некоторые конструкции микрофонов объединяют несколько принципов для создания желаемой диаграммы направленности. Это рассматривается от экранирования (что означает дифракция / рассеяние / поглощение) самим корпусом до электронного объединения двойных мембран.

Всенаправленный

Отклик всенаправленного (или ненаправленного) микрофона обычно считается совершенной сферой в трех измерениях. В мире настоящее это не так. Как и в случае с направленными микрофонами, диаграмма направленности для «всенаправленного» микрофона является функцией частоты. Корпус микрофона не бесконечно мал, и, как следствие, он имеет тенденцию влиять на звуки, идущие сзади, небольшое сглаживание полярного отклика. Это сглаживание увеличивается по мере, как диаметр микрофона, длина волны рассматриваемой частоты. Таким образом микрофон наименьшего диаметра дает наилучшие всенаправленные характеристики на высоких частотах.

Длина волны звука на частоте 10 кГц составляет 1,4 дюйма (3,5 см). Самые маленькие измерительные микрофоны часто имеют диаметр 1/4 дюйма (6 мм), что практически исключает направленность даже на самых высоких частотах. Всенаправленные микрофоны, в отличие от кардиоидов, используют резонансные полости в качестве задержек, поэтому могут считаться «чистыми» микрофонами с точки зрения низкой окраски; они очень мало добавить к исходному звуку. Регулировка частотного сигнала до 20 Гц. Чувствительные к давлению микрофоны также намного меньше реагируют на шум ветра и взрывчатые вещества, чем чувствительные к скорости) микрофоны.

Области применения: студии, старые церкви, театры, телевизионные интервью на местах и ​​т. Д.

Примером ненаправленного микрофона является круглая черная восьмерка.

Однонаправленный

Однонаправленный микрофон в первую очередь чувствителен к звукам только с одного направления. На диаграмме выше (дробовик) показан ряд таких шаблонов. На каждой диаграмме микрофон направлен вверх. Интенсивность звука для стандартного дисплея отображается для углов в радиальном направлении от 0 до 360 °. (Профессиональные диаграммы показывают эти масштабы и включают несколько графиков с разной видимостью)

Кардиоидный, гиперкардиоидный, суперкардиоидный, субкардиоидный

Динамический суперкардиоидный микрофон University Sound US664A

Наиболее распространенный однонаправленным микрофоном микрофон, кардиоидный названный так, потому что образец чувствительности имеет форму сердца, то есть кардиоидный. Семейство кардиоидных микрофонов обычно используется в качестве вокальных или речевых микрофонов, поскольку они хорошо подавляют звуки с других целей. В трех измерений кардиоида имеет яблока центр вокруг микрофона, который является «стеблем» яблока. Кардиоидный отклик уменьшает наводку сбоку и сзади, помогая избежать обратной связи от мониторов. Эти указания микрофоны с датчиком достигают своего рисунка, воспринимают градиент давления, использование их очень близко к источнику звука на расстоянии в сантиметров приводит к усилению низких частот из-за увеличенного градиента. Это известно как эффект близости. SM58 был наиболее часто используемым микрофоном для живого вокала на протяжении более 50 лет, демонстрируя популярность кардиоидных микрофонов.

Кардиоида представляет собой суперпозицию всенаправленного (давление) микрофона и микрофона в форме восьмерки (градиент давления); для звуковых волн, идущих сзади, отрицательный сигнал от восьмерки подавляет положительный сигнал от всенаправленного элемента, тогда как для звуковых волн, идущих спереди, они складываются друг с другом.

Комбинируя два компонента в разных соотношениях, можно получить любую схему между всенаправленным и восьмеркой, которые составляют семейство кардиоид первого порядка. Общие формы включают:

  • A гиперкардиоидный микрофон похож на кардиоидный, но с небольшим вкладом в виде восьмерки, что приводит к более узкой области передней чувствительности и меньшему лепестку задней чувствительности. Он произведен путем комбинирования двух компонентов в получении 3: 1 с нуля под углом 109,5 °. Это соотношение максимизирует (или индекс направленности).
  • A суперкардиоидный микрофон похож на гиперкардиоидный, за исключением того, что здесь больше переднего датчика и меньше заднего датчика. Он произведен с использованием сторонних материалов примерно 5: 3 с нулевыми точками под углом 126,9 °. Это соотношение максимизирует соотношение передней и задней части; соотношение энергии между передним и задним излучением.
  • Субкардиоидный микрофон не имеет нулевых точек. Он воспроизводится с использованием примерно 7: 3 с уровнем 3–10 дБ между передним и задним звукоснимателями.

Двунаправленные

«Рисунок 8» или двунаправленные микрофоны получают звук одинаково с обоих передних и задняя часть элемента. Большинство ленточных микрофонов имеют этот образец. В принципе, они вообще не реагируют на звуковое давление, а только на изменение давления между передней и задней частью; поскольку звук, поступающий сбоку, одинаково распространяется спереди и сзади, нет разницы в давлении и, следовательно, нет чувствительности к звуку с этого направления. Говоря более математически, в то время как всенаправленные микрофоны - это скалярные преобразователи, реагирующие на давление с любого направления, двунаправленные микрофоны - это содержат преобразователи, реагирующие на градиент вдоль оси, нормальной к плоскости диафрагма. Это также имеет эффект инвертирования выходной полярности для звуков, поступающих с тыльной стороны.

Дробовик

Микрофон-дробовик Audio-Technica Интерференционная трубка микрофона-дробовика. Капсюль находится в основании трубки.

Микрофоны для дробовика основными направленными из простых однонаправленных типов первого порядка. На низких частотах они имеют классический полярный отклик гиперкардиоида, но на средних и высоких частотах интерференционная трубка дает им усиленный прямой отклик. Это достигается за подавления внеосевых волн, попадающих в продольный массив пазов. Следствием этой техники является наличие некоторых задних лепестков, которые могут вызывать некоторые эффекты по углу в зависимости от частоты. Из-за узкой чувствительности переднего плана микрофоны-дробовики обычно используются на телевидении и съемочных площадках, на стадионах и для полевых съемок дикой природы.

Граница или "PZM"

Было разработано несколько подходов для эффективного использования микрофона в менее идеальных акустических пространствах, которые часто страдают чрезмерными отражениями от одной или нескольких поверхностей (границы), составляющие пространство. Этот микрофон расположен внутри или очень близко к одной из этих границ, что придает микрофону полусферическую диаграмму направленности и улучшенную разборчивость. Первоначально это делалось путем размещения обычного микрофона рядом с поверхностью, иногда в блоке из акустически прозрачной пены. Звукорежиссеры Эд Лонг и Рон Викершем разработали концепцию размещения диафрагмы границы и границы с ней. Хотя срок действия патента истек, «Микрофон зоны давления» и «PZM» все еще являются действующими товарными знаками Crown International, и общий термин граничный микрофон является предпочтительным. Хотя граничный микрофон изначально реализован с использованием всенаправленного элемента, также можно установить направленный микрофон близко к поверхности, чтобы получить некоторые преимущества этого средства, сохранив при этом свойства направленного элемента. Торговая марка Crown в этом подходе - «Phase Coherent Cardioid» или «PCC», но есть и другие производители, которые также используют эту технику.

Конструкции для конкретных приложений

A петличный микрофон для работы в режиме громкой связи. Эти маленькие микрофоны носятся на теле. Первоначально они удерживаются на месте шнурком, но чаще они крепятся к одежде с помощью зажима, булавки, ленты или магнита. Петличный шнур может быть скрыт одеждой и либо идти к РЧ-передатчику в кармане, либо быть прямым к смесителю (для мобильного использования), либо идти прямо к смесителю (для стационарных приложений).

A беспроводной микрофон передает звук в виде радио- или оптического сигнала, а не через кабель. Обычно он отправляет свой сигнал с помощью небольшого FM-радиопередатчика на ближайший приемник, подключенный к звуковой системе, но он также может использовать инфракрасные волны, если передатчик и приемник находится в пределах видимости друг друга.

A контактный микрофон улавливает вибрации непосредственно от твердой поверхности или объекта, в отличие от звуковых колебаний, передаваемых по воздуху. Одно из применений этого - обнаружение звуков очень низкого уровня, таких как звуки небольших объектов или насекомых. Микрофон обычно из магнитного преобразователя (с подвижной катушкой), контактной пластины и контактного штифта. Контактная пластина размещается непосредственно на вибрирующей части музыкального инструмента или другой поверхности, контактный штифт передает колебания катушке. Контактные микрофоны использовались, чтобы улавливать звук сердцебиения улитки и шаги муравьев. Недавно была портативная версия этого микрофона. Горловой микрофон - это вариант контактного микрофона, который улавливает речь непосредственно из горла человека, к которому он привязан. Это позволяет использовать устройство в местах с окружающими звуками, которые в противном случае сделали бы динамик неслышимым.

Параболический отражатель Sony без микрофона. Микрофон будет обращен к поверхности отражателя, и звук, захваченный отражатель, будет отражаться в направлении микрофона.

A параболический микрофон использует параболический отражатель для сбора и фокусировки звуковых волн на микрофонный приемник, в степени так же, как параболическая антенна (например, спутниковая антенна ) работает с радиоволнами. Типичные применения этой микрофоны, которая имеет необычно сфокусированную переднюю чувствительность и может улавливать звуки на расстоянии многих метров, включая запись природы, спортивные мероприятия на открытом воздухе, подслушивание, правоохранительные органы и даже шпионаж. Параболические микрофоны обычно не используются для стандартных приложений записи, как они, как правило, имеют плохую низкочастотную характеристику как побочный эффект их конструкции.

Стереомикрофоняет объединяет два микрофона в один блок для создания стереофонического сигнала. Стереомикрофон часто используется для широковещательных приложений или полевой записи, где было бы непрактично настроить два отдельных конденсаторных микрофона в классической конфигурации XY (см. использование микрофона ) для стереофонической записи. Некоторые такие микрофоны имеют регулируемый угол охвата между двумя системами.

A микрофон с шумоподавлением - это очень направленная конструкция, предназначенная для шумных сред. Одно из таких применений - в кабинах самолетов самолетов, где они обычно устанавливаются в качестве микрофонов на штанге наушников. Другое применение - поддержка живых выступлений на громких концертных сценах для вокалистов, участвующих в живых выступлениях. Многие микрофоны с шумоподавлением объединяют сигналы, полученные от двух диафрагм, которые имеют противоположную электрическую полярность или обрабатываются электронным способом. Исходя из сигнала основной диафрагмы, встроена вторая диафрагма. После объединения двух сигналов звуки, отличные от предполагаемого источника значительно уменьшаются. В других конструкциях с шумоподавлением используется одна диафрагма, на которую воздействуют порты, открытые по бокам и сзади микрофона, в сумме это составляет 16 подавления более удаленных звуков. Один дизайн гарнитуры с шумоподавлением с использованием одной диафрагмы широко использовался вокалистами, такими как Гарт Брукс и Джанет Джексон. Несколько микрофонов с шумоподавлением - это горловые микрофоны.

Методы стереомикрофона

Различные стандартные методы используются микрофонами, используемыми в звукоусилении на живых выступлениях, или для записи в студии или на съемочной площадке. Посредством подхода одного расположения или нескольких микрофонов можно сохранить желаемые характеристики собираемого звука, при этом нежелательные нежелательные звуки.

Питание

Микрофоны, содержащие активную схему, такие как большинство конденсаторных микрофонов, требуют питания для работы активных компонентов. В первом использовались ламповые схемы с блоком питания с использованием многополюсного кабеля и разъема. С появлением твердотельного усиления требований к мощности было значительно снижено, и стало практичным использовать одни и те же проводники кабеля и разъем для звука и питания. В течение 1960-х годов было разработано несколько методов питания, в основном в Европе. Два основных метода были использованы в используемых немецком стандарте DIN 45595 как de: Tonaderspeisung или T-power и DIN 45596 для фантомного питания. С 1980-х годов фантомное питание стало гораздо более распространенным, как один и тот же вход может, как для подключенных, и так для автономных микрофонов. В бытовой электронике, такой как цифровые зеркальные фотокамеры и видеокамеры, более распространено «подключаемое питание» для микрофонов, использующих телефонный штекер 3,5 мм. Фантомное питание, Т-питание и подключаемое питание в международном стандарте IEC 61938.

Разъемы

A Синий Yeti с разъемом USB (не виден)

Наиболее распространенные разъемы, используемые К микрофонам меж:

  • штекер разъем XLR на профессиональных микрофонах
  • ¼ дюйма (иногда называемый 6,35 мм) разъем для телефона на менее дорогих микрофонах музыкантов с использованием несбалансированный телефонный разъем TS (наконечник и гильза) 1/4 дюйма (6,3 мм). В микрофонах-гармониках обычно используется соединение TS с высоким сопротивлением 1/4 дюйма (6,3 мм) для прохождения через гитарные усилители.
  • 3,5 мм (иногда называемый миниатюрным 1/8 дюйма) TRS (наконечник, кольцо и гильза)) стереофонический (также доступен как TS моно) миниатюрный телефонный штекер для профессиональной камеры, записывающего устройства и компьютерных микрофонов.
  • USB позволяет напрямую подключаться к ПК. Электроника в этих микрофонах, запитанная через USB-соединение, выполняет предварительное усиление и АЦП перед передачей цифровых аудиоданных через USB-интерфейс.

Некоторые микрофоны используют другие разъемы, такие как 5-контактный XLR или mini XLR для подключения к портативному оборудованию.. В некоторых петличных (или «лацканских», со времен прикрепления микрофона к лацкану костюма репортера) используют проприетарный разъем для подключения к беспроводному передатчику, например, радиопередатчик. С 2005 года начали появляться микрофоны профессионального качества с USB-подключением, предназначенные для прямого записи в компьютерное программное обеспечение.

Согласование импеданса

Микрофоны имеют электрическую характеристику, называемую импедансом, который измеряется в Ом (Ом), что зависит от конструкции. В пассивных микрофонах это значение относится к импедансу катушки (или подобного механизма). В активных микрофонах это значение импеданс нагрузки, на которую рассчитана схема усилителя. Обычно указывается номинальный импеданс. Низкое сопротивление считается ниже 600 Ом. Считается, что среднее сопротивление составляет от 600 Ом до 10 кОм. Высокое сопротивление выше 10 кОм. Благодаря встроенному усилителю конденсаторные микрофоны обычно имеют выходное сопротивление от 50 до 200 Ом.

Если микрофон выполнен в версии с высоким уровнем сопротивления, версия с высоким сопротивлением имеет более высокое выходное напряжение для данного входного звукового давления и подходит для использования, например, с ламповыми гитарными усилителями, которые имеют высокий входной импеданс и требуют относительно высокого входного напряжения сигнала для преодоления собственного шума ламп. Лучшие профессиональные микрофонов имеют низкое сопротивление, около 200 Ом или ниже. Профессиональное звуковое оборудование с электронными лампами включает в себя трансформатор , который увеличивает сопротивление цепи микрофона до высокого импеданса и напряжения, необходимые для возбуждения входной лампы. Также доступны внешние согласующие трансформаторы, которые можно использовать между микрофоном с низким сопротивлением и входом с высоким сопротивлением.

Микрофоны с низким импедансом предпочтительнее микрофонов с высоким импедансом по двум причинам: первая заключается в том, что использование микрофона с высоким сопротивлением с длинным кабелем приводит к потере высокочастотного сигнала из-за уровня кабеля, который формирует фильтр нижних частот. фильтр с выходным сопротивлением микрофона. Во-вторых, длинные кабели с высоким импедансом, правило, улавливают больше гудения (и, возможно, радиочастотных помех (RFI)). Ничего не будет повреждено, если импеданс между микрофоном и другим оборудованием не совпадает; худшее, что происходит, - это снижение сигнала или изменение частотной характеристики.

Некоторые микрофоны разработаны таким образом, чтобы их импеданс не соответствовал нагрузке, к которой они подключены. Это может изменить их частотную характеристику и вызвать искажения, особенно при высоких уровнях звукового давления. Некоторые ленточные и динамические микрофоны являются исключением, так как разработчики предположили, что определенное сопротивление нагрузки является частью внутренней электроакустической демпфирующей цепи микрофона.

Цифровой микрофонный интерфейс

Neumann D-01 digital микрофон и 8-канальный цифровой микрофонный USB-интерфейс Neumann DMI-8

Стандарт, опубликованный Audio Engineering Society, определяет цифровой интерфейс для микрофонов. Микрофоны, соответствующие этому стандарту, напрямую выводят цифровой аудиопоток через штекерный разъем XLR или XLD, а не создают аналоговый выход. Цифровые микрофоны могут использоваться либо с новым оборудованием с соответствующими входными соединениями, соответствующими стандарту AES42, либо через подходящий интерфейсный блок. Микрофоны студийного качества, работающие в соответствии со стандартом AES42, теперь доступны у ряда производителей микрофонов.

Измерения и характеристики

Сравнение частотной характеристики по оси дальнего поля для Oktava 319 и Shure SM58

Из-за различий в конструкции микрофоны имеют свои собственные характерные характеристики. Звучать. Эта разница в ответах приводит к неоднородным фазовым и частотным характеристикам. Кроме того, микрофоны неодинаково чувствительны к звуковому давлению и могут принимать разные уровни без искажений. Хотя для научных приложений желательны микрофоны с более равномерным откликом, это часто не относится к записи музыки, поскольку неоднородный отклик микрофона может привести к желаемой окраске звука. Существует международный стандарт для спецификаций микрофонов, но немногие производители его придерживаются. В результате сравнение опубликованных данных от разных производителей затруднено из-за использования разных методов измерения. На веб-сайте данных микрофонов собраны технические характеристики с изображениями, кривыми отклика и техническими данными от производителей микрофонов для каждого перечисленного в настоящее время микрофона и даже нескольких устаревших моделей, а также представлены данные для всех в одном общем формате для простоты сравнения.. [2]. Однако следует проявлять осторожность, делая какие-либо обоснованные выводы из этих или любых других опубликованных данных, если только не известно, что производитель предоставил спецификации в соответствии с IEC 60268-4. На диаграмме

A частотной характеристики показана чувствительность микрофона в децибелах в диапазоне частот (обычно от 20 Гц до 20 кГц), как правило, для идеально осевого звука (звук, поступающий под углом 0 ° к капсула). Частотная характеристика может быть изложена менее информативно в текстовом виде, например: «30 Гц – 16 кГц ± 3 дБ». Это интерпретируется как почти плоский, линейный график между указанными частотами с вариациями амплитуды не более чем на плюс или минус 3 дБ. Однако по этой информации невозможно определить, насколько плавны изменения и в каких частях спектра они возникают. Обратите внимание, что часто используемые утверждения, такие как «20 Гц – 20 кГц», не имеют смысла без меры допуска в децибелах. Частотная характеристика направленных микрофонов сильно зависит от расстояния от источника звука и геометрии источника звука. IEC 60268-4 определяет, что частотная характеристика должна измеряться в условиях плоской прогрессивной волны (очень далеко от источника), но это редко бывает практичным. Микрофоны, говорящие близко друг к другу, могут быть измерены с различными источниками звука и расстояниями, но не существует стандарта и, следовательно, нет возможности сравнивать данные от разных моделей, если не описана методика измерения.

Собственный шум или эквивалентный входной уровень шума - это уровень звука, который создает такое же выходное напряжение, как и микрофон в отсутствие звука. Это самая низкая точка динамического диапазона микрофона, что особенно важно, если вы хотите записывать тихие звуки. Этот показатель часто указывается в дБ (A), что является эквивалентной громкостью шума по шкале децибел, взвешенной по частоте для того, как ухо слышит, например: «15 дБА SPL» (SPL означает уровень звукового давления относительно 20 микропаскалей ). Чем меньше число, тем лучше. Некоторые производители микрофонов указывают уровень шума с помощью взвешивания шума ITU-R 468, что более точно отражает то, как мы слышим шум, но дает значение на 11–14 дБ выше. Тихий микрофон обычно измеряет уровень звукового давления 20 дБА или 32 дБ SPL по 468-взвешенному значению. Очень тихие микрофоны используются в течение многих лет для специальных применений, таких как Brüel Kjaer 4179, с уровнем шума около 0 дБ SPL. Недавно на рынке студий и развлечений были представлены некоторые микрофоны с низким уровнем шума, например, модели от Neumann и Røde, которые рекламируют уровень шума между 5–7 дБА. Обычно это достигается изменением частотной характеристики капсулы и электроники, что приводит к снижению шума в пределах кривой A-взвешивания, в то время как широкополосный шум может быть увеличен.

Максимальный уровень звукового давления, который может принять микрофон, измерен для конкретных значений общих гармонических искажений (THD), обычно 0,5%. Такое количество искажений, как правило, не слышно, поэтому можно безопасно использовать микрофон при таком уровне звукового давления, не повредив записи. Пример: «142 дБ SPL пик (при 0,5% THD)». Чем выше значение, тем лучше, хотя микрофоны с очень высоким максимальным уровнем звукового давления также имеют более высокий собственный шум.

Уровень ограничения является важным показателем максимально допустимого уровня, поскольку 1% THD, обычно указываемый при максимальном SPL, на самом деле является очень мягким уровнем искажений, совершенно неслышимым, особенно на коротких высоких пиках. Отсечение намного слышнее. Для некоторых микрофонов уровень ограничения может быть намного выше максимального SPL.

Динамический диапазон микрофона - это разница в уровне звукового давления между минимальным уровнем шума и максимальным уровнем звукового давления. Если он указан сам по себе, например, «120 дБ», он передает значительно меньше информации, чем отдельные значения собственного шума и максимального звукового давления.

Чувствительность показывает, насколько хорошо микрофон преобразует акустическое давление в выходное напряжение. Высокочувствительный микрофон создает большее напряжение и поэтому требует меньшего усиления на микшере или записывающем устройстве. Это практическая проблема, но она не является прямым показателем качества микрофона, и на самом деле термин «чувствительность» употребляется неправильно, «усиление трансдукции», возможно, более значимо (или просто «выходной уровень»), потому что истинная чувствительность обычно устанавливается минимальным уровнем шума, а слишком большая «чувствительность» с точки зрения выходного уровня ставит под угрозу уровень ограничения. Есть две общие меры. (Предпочтительный) международный стандарт выражается в милливольтах на паскаль при 1 кГц. Более высокое значение указывает на большую чувствительность. Более старый американский метод относится к стандарту 1 В / Па и измеряется в простых децибелах, что дает отрицательное значение. Опять же, более высокое значение указывает на большую чувствительность, поэтому -60 дБ более чувствителен, чем -70 дБ.

Измерительные микрофоны

Конденсаторный микрофон AKG C214 с противоударным креплением

Некоторые микрофоны предназначены для тестирования динамиков, измерения уровней шума и другой количественной оценки акустического восприятия.Это откалиброванные преобразователи, которые обычно поставляются с сертификатом калибровки, в котором указывается абсолютная чувствительность к частоте. Качество измерительных микрофонов часто обозначается обозначениями «Класс 1», «Тип 2» и т. Д., Которые относятся не к характеристикам микрофона, а к измерителям уровня звука. Недавно был принят более полный стандарт для описания характеристик измерительного микрофона.

Измерительные микрофоны обычно представляют собой скалярные датчики давления ; они демонстрируют всенаправленный отклик, ограниченный только профилем рассеяния их физических размеров. Интенсивность звука или измерения мощности звука требуют измерений градиента давления, которые обычно выполняются с использованием наборов не менее двух микрофонов или термоанемометров.

Калибровка

Чтобы выполните научное измерение с помощью микрофона, его точная чувствительность должна быть известна (в вольт на паскаль ). Поскольку это может измениться в течение срока службы устройства, необходимо регулярно калибровать измерительные микрофоны. Эту услугу предлагают некоторые производители микрофонов и независимые сертифицированные испытательные лаборатории. Вся калибровка микрофона в конечном итоге прослеживается до первичных стандартов в национальном измерительном институте, таком как NPL в Великобритании, PTB в Германии и NIST в США, которые чаще всего калибруются с использованием первичного эталона взаимности. Измерительные микрофоны, откалиброванные с помощью этого метода, могут затем использоваться для калибровки других микрофонов с использованием методов сравнительной калибровки.

В зависимости от области применения измерительные микрофоны должны периодически проверяться (обычно каждый год или несколько месяцев) и после любого потенциально опасного события, например падения (большинство таких микрофонов поставляются в чехлах с пеной, чтобы уменьшить это риск) или подвергаться воздействию звуков, превышающих допустимый уровень.

Массивы

Массив микрофонов - это любое количество микрофонов, работающих в тандеме. Существует множество приложений:

Обычно массив состоит из всенаправленных микрофонов распределены по периметру пространства, подключены к компьютеру, который записывает и интерпретирует результаты в согласованной форме.

Ветровые стекла

Микрофон со снятым ветровым стеклом.

Ветровые стекла (или лобовые стекла - термины взаимозаменяе мы) обеспечивают способ уменьшения воздействия ветра на микрофоны. В то время как всплывающие экраны обеспечивают защиту от однонаправленных ударов, пены «шляпы» защищают решетку от ветра со всех сторон, а дирижабли / дирижабли / корзины полностью закрывают микрофон и защищают его корпус. Последнее важно, потому что, учитывая крайне низкочастотное содержание шума ветра, вибрация, вызванная корпусом микрофона, может вносить существенный вклад в выходной шум.

Используемый экранирующий материал - проволочная сетка, ткань или поролон - разработан так, чтобы иметь значительный акустический импеданс. Изменения давления воздуха с относительно низкой скоростью частиц, которые составляют звуковые волны, могут проходить с минимальным затуханием, но ветер с более высокой скоростью частиц препятствует гораздо большей степени. Увеличение толщины материала улучшает ослабление ветра, но также начинает ухудшать содержание высокочастотного звука. Это ограничивает практический размер простых экранов из пенопласта. В то время как пенопласт и проволочная сетка могут быть частично или полностью самонесущими, мягкие ткани и сетки требуют растягивания на каркасе или ламинирования с более грубыми структурными элементами.

Поскольку весь шум ветра генерируется на первой поверхности, на которую попадает воздух, чем больше расстояние между периферией экрана и капсюлем микрофона, тем больше ослабление шума. Для экрана приблизительно сферической формы затухание увеличивается (приблизительно) на куб этого расстояния. Таким образом, большие щиты всегда намного эффективнее, чем маленькие. С полная корзина ветровых стекол имеется дополнительная камера высокого давления эффект, сначала объясняется Йорг Wuttke, который, в течение двух-порта (градиент давления) микрофонов, позволяет комбинацию щит / микрофона, чтобы действовать в качестве верхних частот акустического фильтра.

Поскольку турбулентность на поверхности является источником шума ветра, снижение общей турбулентности может способствовать снижению шума. Успешно используются как аэродинамически гладкие поверхности, так и те, которые препятствуют образованию мощных вихрей. Исторически искусственный мех оказался очень полезным для этой цели, поскольку волокна создают микротурбулентность и бесшумно поглощают энергию. Если меховые волокна не покрываются ветром и дождем, они очень прозрачны с точки зрения акустики, но тканая или вязаная основа может дать значительное затухание. Как материал, его сложно производить с постоянством и поддерживать в первозданном состоянии на месте. Таким образом, есть интерес (DPA 5100, Rycote Cyclone) отказаться от его использования.

Singer и диск поп-фильтр перед конденсаторным микрофоном с большой диафрагмой

В студии и в других местах сцена, поп-экраны и поролоновые экраны могут быть полезны из соображений гигиены и защиты микрофонов от слюны и пота. Они также могут быть полезными цветными идентами. На месте защитный кожух корзины может содержать подвесную систему для изоляции микрофона от ударов и шума.

Заявление об эффективности снижения шума ветра - неточная наука, поскольку эффект сильно зависит от частоты и, следовательно, от ширины полосы микрофона и аудиоканала. На очень низких частотах (10–100 Гц), где существует значительная энергия ветра, важно снижение нагрузки, чтобы избежать перегрузки звуковой цепи, особенно на ранних этапах. Это может производить типичный «шумный» звук, связанный с ветром, который часто представляет собой слоговое приглушение звука из-за ограничения пика НЧ. На более высоких частотах - от 200 Гц до ~ 3 кГц - кривая звуковой чувствительности позволяет нам слышать эффект ветра как дополнение к нормальному минимальному уровню шума, даже если он имеет гораздо меньшее энергосодержание. Простые экраны могут снизить уровень шума ветра на 10 дБ; более качественные могут достичь снижения примерно на 50 дБ. Однако следует также указать акустическую прозрачность, особенно на ВЧ, поскольку очень высокий уровень ослабления ветра может быть связан с очень приглушенным звуком.

См. Также

  • значок Портал электроники

Дополнительная литература

  • Корбетт, Ян. Mic It !: микрофоны, методы работы с микрофонами и их влияние на финальный микс. CRC Press, 2014.
  • Эргл, Джон. Микрофонная книга. Taylor Francis, 2004.

Ссылки

Внешние ссылки

На Викискладе есть медиафайлы, связанные с микрофонами.

.

.

Последняя правка сделана 2021-05-30 10:07:40
Содержание доступно по лицензии CC BY-SA 3.0 (если не указано иное).
Обратная связь: support@alphapedia.ru
Соглашение
О проекте