Как подключить Микрофон

Микрофон — это преобразователь, который преобразует звук в электрический сигнал.

Микрофон Shure Brothers, модель 55, мультиимпеданс «Малый Unidyne» Dynamic от 1951 г.

Динамический микрофон Sennheiser

NTi Audio наружный измерительный микрофон

Микрофоны используются во многих приложениях, таких как телефоны, слуховые аппараты, системы оповещения для концертных залов и общественных мероприятий, кинопроизводство, живая и звуковая инженерия, звукозапись, радиоуправляемые радиостанции, мегафоны, радио- и телевещание, а также компьютеры для записи голоса, распознавания речи, VoIP и для неакустических целей, таких как ультразвуковые датчики или датчики детонации.

Используются несколько различных типов микрофонов, которые используют разные методы для преобразования изменений давления воздуха в звуковой волне в электрический сигнал. Наиболее распространенными являются динамический микрофон , в котором используется катушка провода, подвешенная в магнитном поле. Конденсаторный микрофон, который использует вибрационную диафрагму в качестве конденсаторной пластины и пьезоэлектрический микрофон , в котором используется кристалл пьезоэлектрического материала. Обычно микрофоны должны быть подключены к предусилителю до того, как сигнал может быть записан или воспроизведен.

История

Чтобы поговорить с более крупными группами людей, возникла необходимость увеличить объем человеческого голоса. Самые ранние устройства, используемые для этого, были акустическими мегафонами. Некоторые из первых примеров, начиная с пятого века до нашей эры в Греции, были театральными масками с рогообразными отверстиями для рта, которые акустически усиливали голос актеров в амфитеатрах. В 1665 году английский физик Роберт Гук первым экспериментировал со средой, отличной от воздуха, с изобретением « телефона любовников », выполненного из растянутой проволоки с чашкой, прикрепленной на каждом конце.

Немецкий изобретатель Иоганн Филипп Рейс разработал ранний звуковой передатчик, который использовал металлическую полосу, прикрепленную к вибрационной мембране, которая создавала бы прерывистый ток. Лучшие результаты были достигнуты с помощью конструкции «жидкостного передатчика» в телефоне шотландского американца Александра Грэма Белла 1876 ​​года — диафрагма была прикреплена к проводящему стержню в кислотном растворе. Эти системы, однако, дали очень низкое качество звука.

Дэвид Эдвард Хьюз изобрел углеродный микрофон в 1870-х годах.

Первым микрофоном, который обеспечивал надлежащую голосовую телефонию, был (бесконтактный) углеродный микрофон. Это было независимо разработано Дэвидом Эдвардом Хьюзом в Англии и Эмилем Берлинером и Томасом Эдисоном в США. Хотя Эдисон был награжден первым патентом (после долгого судебного спора) в середине 1877 года, Хьюз продемонстрировал свое рабочее устройство перед многими свидетелями несколько лет назад, и большинство историков приписывают ему его изобретение. Углеродный микрофон является прямым прототипом современных микрофонов и имеет решающее значение для развития телефонии, радиовещания и индустрии звукозаписи. Томас Эдисон рафинировал углеродный микрофон в своем передатчике с углеродной кнопкой 1886 года. Этот микрофон использовался на первой радиопередаче, выступление в Нью-Йоркском Метрополитен-опере в 1910 году.

Джек Браун беседует с Хамфи Богартом и Лорен Бэкалл для передачи войскам за границу во время второй мировой войны.

В 1916 году EC Wente of Western Electric разработал следующий прорыв с первым конденсаторным микрофоном. В 1923 году был построен первый практичный подвижный магнит. Маркони-Сайксский магнитофон, разработанный капитаном HJ Round, стал стандартом для студий BBC в Лондоне. Это было улучшено в 1930 году Аланом Блумлейном и Гербертом Холманом, который выпустил HB1A и был лучшим стандартом дня.

Также в 1923 году был введен ленточный микрофон , еще один электромагнитный тип, который, как полагают, был разработан Гарри Ф. Олсоном , который по сути обратил свое внимание на ленточный динамик. На протяжении многих лет эти микрофоны разрабатывались несколькими компаниями, прежде всего RCA, которые добились больших успехов в управлении паттернами, чтобы обеспечить направленность микрофона. С ростом технологий телевидения и кино требовался высококачественный микрофон и большая направленность. В 1963 году Electro-Voice откликнулся на свой «Оскар».

Во второй половине 20-го века развитие быстро продвигалось с Братьями Шьюра, вызывая SM58 и SM57. Последние исследования включают использование волоконной оптики, лазеров и интерферометров.

Компоненты

Символ микрофоно применяемый в электро схемах.

Чувствительный элемент преобразователя микрофона называется его элементом или капсулой. Звук сначала преобразуется в механическое движение с помощью диафрагмы, движение которой затем преобразуется в электрический сигнал. Полный микрофон также включает в себя корпус, некоторые средства передачи сигнала от элемента к другому оборудованию и часто электронную схему для адаптации выхода капсулы к приводу оборудования. Беспроводной микрофон содержит радиопередатчик .

Разновидности

Микрофоны классифицируются по принципу их преобразователя , таким как конденсатор, динамика и т. Д., А также по их характеристикам направленности. Иногда для описания микрофона используются другие характеристики, такие как размер диафрагмы, предполагаемое использование или ориентация основного звука, вводимого на основную ось (конечный или боковой адрес) микрофона.

Конденсаторные

Внутренности конденсаторного микрофона Oktava 319

Конденсаторный микрофон , изобретенный в Western Electric в 1916 году Э. К. Вэнте, также называется конденсаторным микрофоном или электростатическими микрофонными конденсаторами, которые исторически назывались конденсаторами. Здесь диафрагма действует как одна пластина конденсатора , и вибрации приводят к изменению расстояния между пластинами. Существует два типа, в зависимости от метода извлечения аудиосигнала от преобразователя: микрофоны с постоянным током и радиочастотные (RF) или высокочастотные (HF) конденсаторные микрофоны. С микрофоном с постоянным током пластины смещены с фиксированным зарядом ( Q ). Напряжение, поддерживаемое на пластинах конденсатора, изменяется с колебаниями в воздухе в соответствии с емкостным уравнением (C = Q / V ), где Q = заряд в кулонах , C = емкость в фарадах и V = разность потенциалов в вольтах. Емкость пластин обратно пропорциональна расстоянию между ними для конденсатора с параллельной пластиной. Сборка неподвижных и подвижных пластин называется «элементом» или «капсулой».

На конденсаторе поддерживается почти постоянный заряд. По мере изменения емкости заряд через конденсатор изменяется очень незначительно, но на слышимых частотах он ощутимо постоянный. Емкость капсулы (от 5 до 100 пФ ) и значение резистора смещения (от 100 МОм до десятков GΩ) образуют фильтр, который является высокочастотным для аудиосигнала, и низкий проход для напряжения смещения. Обратите внимание, что постоянная времени RC-схемы равна произведению сопротивления и емкости.

В течение времени изменения емкости (до 50 мс при звуковом сигнале 20 Гц) заряд практически постоянный, и напряжение на конденсаторе мгновенно изменяется, чтобы отразить изменение емкости. Напряжение на конденсаторе изменяется выше и ниже напряжения смещения. Разность напряжений между смещением и конденсатором наблюдается через последовательный резистор. Напряжение на резисторе усиливается для работы или записи. В большинстве случаев электроника в микрофоне сама по себе не способствует усилению напряжения, так как разность напряжений довольно значительна, до нескольких вольт для высоких уровней звука. Поскольку это очень высокая импедансная цепь, обычно требуется только усиление по току, при этом постоянное напряжение остается постоянным.

Конденсаторные

AKG C451B конденсаторный микрофон с низкой диафрагмой

Высокочастотные конденсаторные микрофоны используют сравнительно низкое радиочастотное напряжение, генерируемое малошумящим генератором. Сигнал от генератора может быть либо амплитудно модулирован изменениями емкости, создаваемыми звуковыми волнами, перемещающими капсульную диафрагму, либо капсула может быть частью резонансного контура, который модулирует частоту сигнала осциллятора. Демодуляция дает малошумный звуковой частотный сигнал с очень низким импедансом источника. Отсутствие высокого напряжения смещения позволяет использовать диафрагму с более слабым напряжением, что может быть использовано для достижения более высокой частотной характеристики из-за более высокого соответствия. Процесс смещения ВЧ приводит к более низкой электрической импедансной капсуле, полезным побочным продуктом которой является то, что радиоконденсаторные микрофоны могут работать в сырых погодных условиях, которые могут создавать проблемы в микрофонах с постоянным током с загрязненными изолирующими поверхностями. Микрофоны серии Sennheiser «MKH» используют технологию смещения RF.

Конденсаторные микрофоны охватывают диапазон от телефонных передатчиков через недорогие караоке-микрофоны до микрофонов высокой точности. Они, как правило, производят высококачественный звуковой сигнал и в настоящее время являются популярным выбором в лабораторных и студийных приложениях. Врожденная пригодность этой технологии обусловлена ​​очень малой массой, которая должна быть перемещена падающей звуковой волной, в отличие от других типов микрофонов, которые требуют, чтобы звуковая волна делала больше работы. Они требуют источника питания, обеспечиваемого либо микрофонными входами на оборудовании, либо фантомным питанием, либо небольшой батареей. Питание необходимо для установления напряжения на пластине конденсатора, а также для питания микрофонной электроники (преобразование полного сопротивления в случае электретных и DC-поляризованных микрофонов, демодуляция или обнаружение в случае микрофонов RF / HF). Конденсаторные микрофоны также доступны с двумя диафрагмами, которые могут быть электрически подключены для обеспечения диапазона полярных узоров (см. Ниже), таких как кардиоида, всенаправленная и восьмерка. Также возможно варьировать картину непрерывно с некоторыми микрофонами, например, Røde NT2000 или CAD M179.

Клапан-микрофон представляет собой конденсаторный микрофон, в котором используется усилитель вакуумной трубки (клапана). Они остаются популярными у энтузиастов трубного звука.

Электретный конденсатор

Электретный микрофон — это тип конденсаторного микрофона, изобретенный Герхардом Сесслером и Джимом Уэстом в лабораториях Белла в 1962 году. Внешняя зарядка, описанная выше в конденсаторных микрофонах, заменяется постоянным зарядом электретного материала. Электрет представляет собой сегнетоэлектрический материал, который постоянно электрически заряжен или поляризован. Название происходит от электростатического и магнетизма. Статический заряд встроен в электрет путем выравнивания статических зарядов в материале, так же, как магнит создается путем выравнивания магнитных доменов в куске железа.

Из-за их хорошей производительности и простоты изготовления, следовательно, низкой стоимости, подавляющее большинство микрофонов, изготовленных сегодня, — электретные микрофоны. Производитель полупроводников оценивает годовое производство более чем на один миллиард единиц. Почти все микрофоны сотового телефона, компьютера, КПК и гарнитуры являются электретными. Они используются во многих приложениях: от высококачественной записи и более лёгкого использования до встроенных микрофонов в небольших звукозаписывающих устройствах и телефонах. Хотя электретные микрофоны когда-то считались низкими качествами, лучшие из них теперь могут конкурировать с традиционными конденсаторными микрофонами во всех отношениях и могут даже предложить долговременную стабильность и сверхплоскую реакцию, необходимую для измерительного микрофона. В отличие от других конденсаторных микрофонов, они не требуют поляризационного напряжения, но часто содержат встроенный предусилитель, который требует мощности (часто неправильно называемой поляризационной мощностью или смещением). Этот предусилитель часто используется при фантомном звуковом усилении и студийных приложениях. Монофонические микрофоны, предназначенные для использования на персональном компьютере (ПК), иногда называемые мультимедийными микрофонами, используют 3,5 мм разъем, как обычно, без питания, для стерео. КПКольцо, вместо того, чтобы переносить сигнал для второго канала, передает питание через резистор (обычно) с питанием 5 В в компьютере. Стереофонические микрофоны используют один и тот же разъем. Нет очевидного способа определить, какой стандарт используется оборудованием и микрофонами.

Только лучшие электретные микрофоны конкурируют с хорошими DC-поляризованными модулями с точки зрения уровня и качества шума. Электретные микрофоны поддаются недорогому массовому производству, в то время как по-настоящему дорогие неэлектретные конденсаторные микрофоны сделаны более высокого качества.

Динамические

Патти Смит поет в микрофон Shure SM58 (динамический кардиоидный)

Динамический микрофон (также известный как микрофон с подвижной катушкой ) работает через электромагнитную индукцию. Они прочные, относительно недорогие и устойчивы к влаге. Это в сочетании с потенциально высоким коэффициентом усиления перед обратной связью делает их идеальными для использования на сцене.

Динамические микрофоны используют тот же динамический принцип, что и в громкоговорителе , только наоборот. Небольшая подвижная индукционная катушка , расположенная в магнитном поле постоянного магнита , прикреплена к диафрагме. Когда звук проникает через ветровое стекло микрофона, звуковая волна перемещает диафрагму. Когда диафрагма вибрирует, катушка движется в магнитном поле, создавая переменный ток в катушке посредством электромагнитной индукции. Одна динамическая мембрана не реагирует линейно на все звуковые частоты. По этой причине некоторые микрофоны используют несколько мембран для разных частей звукового спектра, а затем объединяют результирующие сигналы. Сочетание множественных сигналов правильно сложно. Проекты, которые делают это, редки и, как правило, дороги. С другой стороны, существует несколько проектов, которые более конкретно нацелены на изолированные части звукового спектра. AKG D 112, например, предназначен для басового ответа, а не для высоких частот. В аудиотехнике несколько видов микрофонов часто используются в то же время для получения наилучших результатов.

Эдмунд Лоу использует ленточный микрофон

Ленточные микрофоны используют тонкую, обычно гофрированную металлическую ленту, подвешенную в магнитном поле. Лента электрически подключается к выходу микрофона, а ее вибрация в магнитном поле генерирует электрический сигнал. Ленточные микрофоны похожи на подвижные катушечные микрофоны в том смысле, что оба обеспечивают звук с помощью магнитной индукции. Основные ленточные микрофоны обнаруживают звук в двунаправленной (также называемой фигурой восемь, как на диаграмме ниже), поскольку лента открыта с обеих сторон. Кроме того, поскольку лента намного меньше массы, она реагирует на скорость воздуха, а не на звуковое давление. Несмотря на то, что симметричная передняя и задняя съемка может быть неприятной в нормальной стереозаписи, высокий отказ стороны может быть использован с выгодой, позиционируя ленточный микрофон горизонтально, например, над тарелками, так что задние лепестки поднимают звук только из тарелок. Скрещенная цифра 8 или пара Blumlein , стереозапись набирает популярность, и цифра восемь ответов ленточного микрофона идеально подходит для этого приложения.

Другие диаграммы направленности создаются, закрывая одну сторону ленты в акустической ловушке или перегородке, позволяя звуку достигать только одной стороны. Классический микрофон RCA Type 77-DX имеет несколько внешних регулируемых положений внутренней перегородки, позволяя выбирать несколько вариантов ответа от «восьмерки» до «однонаправленного». По этой причине такие старые ленточные микрофоны, некоторые из которых по-прежнему обеспечивают высококачественное воспроизведение звука, были оценены по достоинству, но хороший низкочастотный отклик можно было получить только тогда, когда лента была приостановлена ​​очень слабо, что сделало их относительно хрупкими. В настоящее время внедрены современные ленточные материалы, в том числе новые наноматериалы, которые устраняют эти проблемы и даже улучшают эффективный динамический диапазон ленточных микрофонов на низких частотах. Защитные ветровые экраны могут уменьшить опасность повреждения старинной ленты, а также уменьшить артефакты в процессе записи. Правильно спроектированные ветровые экраны производят незначительное затухание высоких частот. Как и другие классы динамического микрофона, ленточные микрофоны не требуют фантомного питания. На самом деле это напряжение может повредить некоторые старые ленточные микрофоны. Некоторые новые современные конструкции ленточных микрофонов включают предусилитель и, следовательно, требуют фантомной мощности, а схемы современных пассивных ленточных микрофонов, т. Е. Те, у которых нет вышеупомянутого предусилителя, специально разработаны для противодействия повреждению ленты и трансформатора фантомным питанием. Также есть новые материалы ленты, которые невосприимчивы к ветрам и фантомной мощности.

Углеродные

Углеродный микрофон был самым ранним типом микрофона. Микрофон с углеродной кнопкой (или иногда просто кнопочный микрофон) использует капсулу или кнопку, содержащую углеродные гранулы, спрессованные между двумя металлическими пластинами, такими как микрофоны Berliner и Edison. На металлических пластинах накладывается напряжение, из-за чего через углерод пропускается небольшой ток. Одна из пластин, диафрагма, вибрирует в симпатии с падающими звуковыми волнами, применяя переменное давление к углероду. Меняющееся давление деформирует гранулы, вызывая изменение площади контакта между каждой парой соседних гранул, и это приводит к изменению электрического сопротивления массы гранул. Изменения в сопротивлении вызывают соответствующее изменение тока, протекающего через микрофон, и генерируют электрический сигнал. Углеродные микрофоны когда-то обычно использовались в телефонах. Они имеют чрезвычайно низкое качество воспроизведения звука и очень ограниченный диапазон частотной характеристики, но являются очень надежными устройствами. Микрофон Boudet, который использовал относительно большие углеродные шарики, был похож на микрофонные кнопки с гранулярным углеродом.

В отличие от других типов микрофонов, углеродный микрофон также может использоваться в качестве усилителя, используя небольшое количество звуковой энергии для управления большим количеством электрической энергии. Углеродные микрофоны нашли применение в качестве ранних телефонных повторителей, сделав междугородние телефонные звонки возможными в эпоху перед вакуумными лампами. Эти ретрансляторы работали путем механического соединения магнитной телефонной трубки с углеродным микрофоном: слабый сигнал от приемника был перенесен на микрофон, где он модулировал более сильный электрический ток, создавая более сильный электрический сигнал для отправки по линии. Одной из иллюстраций этого эффекта усилителя было колебание, вызванное обратной связью, что привело к слышимому визгу со старого телефона «подсвечника», если его наушник был установлен рядом с углеродным микрофоном.

Пьезоэлектрический

Кристаллический микрофон или пьезо-микрофон использует явление пьезоэлектричества — способность некоторых материалов создавать напряжение при воздействии давления — преобразовывать колебания в электрический сигнал. Примером этого может служить тартрат натрия калия , который представляет собой пьезоэлектрический кристалл, который работает как преобразователь, как в качестве микрофона, так и в качестве тонкого динамического компонента. Кристаллические микрофоны когда-то обычно поставлялись с оборудованием вакуумной трубки (клапана), например, на внутренних магнитофонах. Их высокий выходной импеданс соответствовал высокому входному импедансу (обычно около 10 МОм ) колодки ввода вакуумной трубки. Их было трудно сопоставить с ранним транзисторным оборудованием и быстро вытесняли динамические микрофоны какое-то время, а затем небольшие электретные конденсаторные устройства. Высокий импеданс кристального микрофона сделал его очень восприимчивым к шуму, как от самого микрофона, так и от соединительного кабеля.

Пьезоэлектрические преобразователи часто используются в качестве контактных микрофонов для усиления звука из акустических музыкальных инструментов, для определения ударов барабанов, для запуска электронных образцов и для записи звука в сложных условиях, например под водой под высоким давлением. Насадки на акустических гитарах с седлом — это, как правило, пьезоэлектрические устройства, которые контактируют с струнами, проходящими через седло. Этот тип микрофона отличается от магнитных катушек, обычно видимых на типичных электрогитарах , которые используют магнитную индукцию, а не механическую связь, для подбора вибрации.

Волоконно-оптические системы

Оптический микрофон Optoacoustics 1140

Волоконно-оптический микрофон преобразует акустические волны в электрические сигналы, измеряя изменения интенсивности света, вместо того, чтобы ощущать изменения в емкостях или магнитных полях, как в обычных микрофонах.

Во время работы свет от источника лазера проходит через оптическое волокно, чтобы освещать поверхность отражающей диафрагмы. Звуковые колебания диафрагмы модулируют интенсивность света, отражающего диафрагму в определенном направлении. Затем модулированный свет передается по второму оптическому волокну на фотодетектор, который преобразует свет, модулированный интенсивностью, в аналоговый или цифровой звук для передачи или записи. Волоконно-оптические микрофоны обладают высоким динамическим диапазоном и частотным диапазоном, похожим на лучшие высококачественные обычные микрофоны.

Волоконно-оптические микрофоны не реагируют на электрические, магнитные, электростатические или радиоактивные поля или не влияют на них (это называется иммунитетом к электромагнитным помехам). Таким образом, конструкция оптоволоконного микрофона идеально подходит для использования в тех областях, где обычные микрофоны неэффективны или опасны, например, внутри промышленных турбин или в оборудовании для оборудования с магнитно-резонансной томографией (МРТ).

Волоконно-оптические микрофоны надежны, устойчивы к изменениям температуры и влажности окружающей среды и могут быть изготовлены для любой направленности или соответствия импеданса. Расстояние между источником света микрофона и его фотодетектором может составлять до нескольких километров без использования каких-либо предусилителей или другого электрического устройства, что делает волоконно-оптические микрофоны подходящими для промышленного и наблюдения акустического мониторинга.

Волоконно-оптические микрофоны используются в очень специфических областях применения, таких как инфразвуковое наблюдение и шумоподавление. Они оказались особенно полезными в медицинских приложениях, например, позволяя радиологам, сотрудникам и пациентам в пределах мощного и шумного магнитного поля нормально взаимодействовать внутри комплектов МРТ, а также в комнатах дистанционного управления. Другие виды использования включают в себя мониторинг промышленного оборудования и калибровку и измерение звука, запись высокой точности и правоприменение.

Лазерные

Лазерные микрофоны часто изображаются в фильмах как шпионские гаджеты, потому что их можно использовать для подбора звука на расстоянии от микрофонного оборудования. Лазерный луч направлен на поверхность окна или другую плоскую поверхность, на которую влияет звук. Вибрации этой поверхности изменяют угол, на котором отражается луч, и движение лазерного пятна от пучка лучей обнаруживается и преобразуется в звуковой сигнал.

В более надежной и дорогостоящей реализации возвращенный свет разбивается и подается на интерферометр , который обнаруживает перемещение поверхности путем изменения длины оптического пути отраженного луча. Первая реализация — настольный эксперимент, последний требует чрезвычайно стабильной лазерной и точной оптики.

Новый тип лазерного микрофона — это устройство, которое использует лазерный луч и дым или пар для обнаружения звуковых колебаний в свободном воздухе. 25 августа 2009 года в патенте США 7 580 533, выданном для микроскопа обнаружения твердых частиц на основе пары лазерных фотоэлементов с движущимся потоком дыма или пара на пути лазерного луча. Звуки звукового давления вызывают нарушения в дыме, что, в свою очередь, вызывает колебания количества лазерного излучения, достигающего фотоприемника. Прототип устройства был продемонстрирован на 127-м совещании Ассоциации звукотехники в Нью-Йорке с 9 по 12 октября 2009 года.

Жидкостные

Ранние микрофоны не дали понятной речи, пока Александр Грэхем Белл не сделал улучшения, включая микрофон / передатчик с изменяемым сопротивлением. Жидкостный передатчик Белла состоял из металлической чашки, заполненной водой с добавлением небольшого количества серной кислоты. Звуковая волна заставила диафрагму двигаться, заставляя иглу двигаться вверх и вниз в воде. Электрическое сопротивление между проволокой и чашей было обратно пропорционально размеру мениска воды вокруг погруженной иглы. Элиша Грей подал оговорку на версию с использованием латунного стержня вместо иглы. Другие незначительные изменения и улучшения были внесены в жидкий микрофон майоранны, Чамберса, Ванни, Сайкса и Элиша Грея, а одна версия была запатентована Реджинальдом Фессенденом в 1903 году. Это были первые рабочие микрофоны, но они не были практичными для коммерческого применения. Знаменитый первый телефонный разговор между Белл и Ватсоном состоялся с использованием жидкого микрофона.

MEMS

Микрофон MEMS (MicroElectrical-Mechanical System) также называется микрофонным микрофоном или кремниевым микрофоном. Чувствительная к давлению диафрагма протравливается непосредственно в кремниевую пластину методами обработки MEMS и обычно сопровождается встроенным предусилителем. Большинство микрофонов MEMS — это варианты конструкции конденсаторного микрофона. Цифровые микрофоны MEMS построили схемы аналого-цифрового преобразователя (АЦП) на одном чипе CMOS, что делает чип 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 (подразделение, купленное Ноулсом), Sonion MEMS, Vesper, AAC Acoustic Technologies, и Omron.

Совсем недавно, был повышен интерес и исследования в создании пьезоэлектрических MEMS-микрофонов, которые являются значительным архитектурным и материальным изменением от существующих конструкций MEMS в конденсаторном стиле.

Динамики вместо микрофонов

Динамик , преобразователь, который превращает электрический сигнал в звуковые волны, является функциональным, противоположным микрофону. Поскольку обычный динамик построен так же, как динамический микрофон (с диафрагмой, катушкой и магнитом), динамики могут работать «в обратном порядке» в качестве микрофонов. Результирующий сигнал обычно обеспечивает пониженное качество, включая ограниченную частотную характеристику высокого уровня и низкую чувствительность. В практическом использовании динамики иногда используются в качестве микрофонов в приложениях, где не требуются высокое качество и чувствительность, такие как домофоны , рации или периферийные устройства для голосовой чат видеоигр , или когда у обычных микрофонов мало.

Тем не менее, существует хотя бы одно практическое приложение, которое использует эти недостатки: использование низкочастотного динамика среднего размера, расположенного вплотную к «ударному барабану» ( басовому барабану ) в барабанном наборе для работы в качестве микрофона. Пример коммерческого продукта — Yamaha Subkick, 6,5-дюймовый (170 мм) сабвуфер, смонтированный в 10-дюймовой барабанной раковине, используемой перед ударными барабанами. Поскольку относительно массивная мембрана не может передавать высокие частоты, будучи способной переносить сильные низкочастотные переходные процессы, динамик часто идеально подходит для сбора ударного барабана, одновременно уменьшая кровотечение из соседних тарелок и барабанных барабанов. Менее обычно сами микрофоны могут использоваться в качестве динамиков, но из-за их малой мощности и малых размеров преобразователя , наиболее практичным является применение высокочастотного динамика . Одним из примеров такого приложения был микрофон Super-tweeter с 400 микрофонами STC , который был успешно использован в ряде высококачественных громкоговорителей с конца 1960-х до середины 70-х годов.

Дизайн и направленность капсулы

Внутренние элементы микрофона являются основным источником различий в направленности. Нажимной микрофон использует диафрагму между фиксированным внутренним объемом воздуха и окружающей средой и равномерно реагирует на давление со всех сторон, поэтому он называется всенаправленным. Микрофон с градиентом давления использует диафрагму, которая, по меньшей мере, частично открыта с обеих сторон. Разность давлений между двумя сторонами создает свои характеристики направления. Другие элементы, такие как внешняя форма микрофона и внешние устройства, такие как интерференционные трубки, также могут изменять направленный ответ микрофона. Чистый микрофон с градиентом давления одинаково чувствителен к звукам, поступающим спереди или сзади, но нечувствительным к звукам, поступающим со стороны, потому что звук, поступающий на фронт и обратно в то же время, не создает градиента между ними. Характерный направленный рисунок чистого градиентного микрофона похож на фигуру 8. Другие полярные образцы получены путем создания капсулы, которая сочетает эти два эффекта по-разному. Кардиоид, например, имеет частично закрытую заднюю сторону, поэтому его ответ представляет собой комбинацию характеристик давления и градиента давления.

Популярные диаграммы

(Микрофон, обращенный вверху страницы на диаграмме, параллельно странице):

Всенаправленный

Двунаправленный или восьмерка

Субкардиоид

Кардиойдный

Гиперкардиойдый

Суперкардиойдный

Дробовик

Направленность микрофона или полярный рисунок указывают на то, насколько чувствительны звуки, поступающие под разными углами вокруг своей центральной оси. Полярные рисунки, показанные выше, представляют собой локус точек, которые выдает один и тот же уровень сигнала в микрофоне, если из этой точки создается определенный уровень звукового давления (SPL). Как физическое тело микрофона ориентировано относительно диаграмм, зависит от конструкции микрофона. Для крупных мембранных микрофонов, например, в Октаве (на фото выше), восходящее направление на полярной диаграмме обычно перпендикулярно корпусу микрофона, обычно известному как «боковой огонь» или «боковой адрес». Для небольших диафрагменных микрофонов, таких как Shure (также изображенный выше), он обычно простирается от оси микрофона, обычно называемого «огнем окончания» или «верхним / конечным адресом».

Некоторые микрофонные конструкции объединяют несколько принципов в создании желаемого полярного рисунка. Это колеблется от экранирования (что означает дифракция / диссипация / поглощение) самим корпусом для электронного объединения двух мембран.

Всенаправленные

Всенаправленный (или ненаправленный) микрофона , как правило , считается идеальной сферой в трех измерениях. В реальном мире это не так. Как и с направленными микрофонами, полярная схема для «всенаправленного» микрофона является функцией частоты. Тело микрофона не бесконечно мало и, как следствие, оно имеет тенденцию по-своему поступать по звукам, поступающим с тыла, что вызывает небольшое сглаживание полярного отклика. Это уплощение увеличивается, когда диаметр микрофона (при условии, что он является цилиндрическим) достигает длины волны рассматриваемой частоты. Поэтому микрофон самого малого диаметра дает наилучшие всенаправленные характеристики на высоких частотах.

Длина волны звука 10 кГц составляет 1,4 дюйма (3,5 см). Наименьшие измерительные микрофоны часто имеют диаметр 1/4 «(6 мм), что практически исключает направленность даже до самых высоких частот. Всенаправленные микрофоны, в отличие от кардиоидов, не используют резонансные полости в качестве задержек и поэтому могут считаться «чистейшими» микрофонами с точки зрения низкой окраски; они добавляют очень мало к оригинальному звуку. Они чувствительны к давлению и могут иметь очень плоский низкочастотный отклик до 20 Гц или ниже. Чувствительные к давлению микрофоны также реагируют гораздо меньше на шум ветра и взрывчатые вещества, чем на направленные (чувствительные к скорости) микрофоны.

Примером ненаправленного микрофона является круглый черный восемь шаров.

Однонаправленный

Однонаправленный микрофон в первую очередь чувствителен к звукам только с одного направления. На приведенной выше диаграмме показано несколько таких шаблонов. Микрофон обращен вверх по каждой диаграмме. Интенсивность звука для конкретной частоты строится для углов радиально от 0 до 360 °. (Профессиональные диаграммы показывают эти масштабы и включают в себя несколько графиков на разных частотах. Представленные здесь диаграммы представляют собой только обзор типичных форм фигур и их имен.)

Кардиоид, гиперкардиоид, суперкардиоид, субкардиоид

Университетский звук US664A динамический суперкардиоидный микрофон

Наиболее распространенным однонаправленным микрофоном является кардиоидный микрофон, названный так потому, что шаблон чувствительности «в форме сердца», то есть кардиоидный . Кардиоидное семейство микрофонов обычно используется в качестве голосовых или речевых микрофонов, так как они хороши в отказе от звуков из других направлений. В трех измерениях кардиоид имеет форму яблока, центрированного вокруг микрофона, который является «стеблем» яблока. Кардиоидный отклик уменьшает подачу сигнала со стороны и сзади, что помогает избежать обратной связи с мониторами . Поскольку этот направленный преобразовательмикрофоны достигают своих характеристик, измеряя градиент давления, прикладывая их очень близко к источнику звука (на расстоянии нескольких сантиметров), что приводит к усилению баса из-за повышенного градиента. Это известно как эффект близости. SM58 является наиболее часто используемым микрофон для живого вокала на протяжении более 50 лет, демонстрирующих важности и популярность кардиоидных микрофонов.

Кардиоид эффективно представляет собой суперпозицию всенаправленного (давления) и микрофона с показателем-8 (градиент давления) для звуковых волн, поступающих со спины, отрицательный сигнал от рисунка 8 отменяет положительный сигнал от всенаправленного элемента, тогда как для звуковых волн, идущих спереди, эти два добавляют друг к другу.

Комбинируя два компонента в разных соотношениях, может быть достигнута любая картина между omni и рисунком-8, которая включает кардиоидное семейство первого порядка. Общие формы включают:

— Гипер-кардиоидный микрофон похож на кардиоида, но с немного большим по фигуре 8 вклада, что приводит к более жесткой передней области чувствительности и меньшей долям задней чувствительности. Он получается путем объединения двух компонентов в соотношении 3: 1, создавая нулевые значения при 109,5 °. Это соотношение максимизирует коэффициент направленности (или индекс направленности).

— Суперкардиоидный микрофон похож на гипер-кардиоидный, за исключением того, есть еще передний пикап и меньше задний датчик. Он производится примерно с соотношением 5: 3 с нулями при 126,9 °. Это соотношение максимизирует отношение фронтальной обратной связи, соотношение энергии между передним и задним излучением.

— Суб-кардиоидный микрофон не имеет нулевых точек. Он производится с соотношением 7: 3 с уровнем 3-10 дБ между передним и задним датчиком.

Двунаправленные

«Рисунок 8» или двунаправленные микрофоны получают звук одинаково как спереди, так и сзади элемента. Большинство ленточных микрофонов имеют такой рисунок. В принципе они вообще не реагируют на звуковое давление, а только на изменение давления между передней и задней частью; так как звук, поступающий со стороны, достигает фронта и назад, одинаково нет разницы в давлении и, следовательно, нет чувствительности к звуку с этого направления. В более математических терминах, в то время как всенаправленные микрофоны являются скалярными преобразователями, реагирующими на давление с любого направления, двунаправленные микрофоны являются векторнымипреобразователи реагируют на градиент вдоль оси, нормальной к плоскости диафрагмы. Это также приводит к инвертированию выходной полярности для звуков, поступающих с задней стороны.

Дробовик и параболический

Микрофон с ручным управлением Audio-Technica

Интерференционная трубка дробового микрофона. Капсула находится в основании трубки

Параболический отражатель Sony, без микрофона. Микрофон столкнется с поверхностью отражателя, и звук, захваченный отражателем, подпрыгнет к микрофону

Микрофоны с дробовиком являются наиболее 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 повышенный прямой ответ. Это достигается путем отмены внеосевых волн, поступающих в продольную решетку прорезей. Следствием этого метода является наличие некоторых задних лепестков, которые различаются по уровню и углу с частотой и могут вызывать некоторые эффекты окраски. Из-за узости их передней чувствительности, дробовые микрофоны обычно используются на телевизионных и кинокартах, на стадионах и для полевой съемки дикой природы.

Граница или «PZM»

Было разработано несколько подходов к эффективному использованию микрофона в менее совершенных акустических пространствах, которые часто страдают от чрезмерных отражений от одной или нескольких поверхностей (границ), составляющих пространство. Если микрофон помещен в одну из этих границ или близок к одной из этих границ, отражения с этой поверхности имеют тот же момент времени, что и прямой звук, что дает микрофону полусферическую полярную структуру и улучшенную разборчивость. Первоначально это делалось путем размещения обычного микрофона рядом с поверхностью, иногда в блоке с акустически прозрачной пеной. Звукорежиссеры Эд Лонг и Рон Уикершэм разработали концепцию размещения диафрагмы, параллельной и граничащей с границей. Хотя срок действия патента истек, «Микрофон зоны давления» и «PZM» по-прежнему являются активными торговыми марками Crown International , и общий термин «пограничный микрофон» является предпочтительным. В то время как граничный микрофон был первоначально реализован с использованием всенаправленного элемента, также возможно установить направленный микрофон, достаточно близко расположенный к поверхности, чтобы получить некоторые преимущества этого метода, сохранив при этом свойства направления элемента. Торговая марка Crown на этом подходе — «Phase Coherent Cardioid» или «PCC», но есть и другие производители, которые также используют эту технику.

Конкретные проекты

Для работы в режиме громкой связи используется лавальерный микрофон . Эти маленькие микрофоны надеваются на тело. Первоначально их держали на месте со шнурком, который носили на шее, но чаще они прикрепляются к одежде с помощью клипа, штыря, ленты или магнита. Лавальерный шнур может быть скрыт одеждой и либо работать с радиопередатчиком в кармане, либо пристегиваться к ремню (для мобильного использования), либо бегать непосредственно к смесителю (для стационарных применений).

Беспроводной микрофон передает звук как радио или оптический сигнал , а не по кабелю. Он обычно посылает свой сигнал с помощью небольшого FM-радиопередатчика в соседний приемник, подключенный к звуковой системе, но он также может использовать инфракрасные волны, если передатчик и приемник находятся в поле зрения друг друга.

Контакт микрофон улавливает вибрацию непосредственно от твердой поверхности или объекта, в отличии от звука вибраций через воздух. Одно из них — обнаружение звуков очень низкого уровня, таких как мелкие объекты или насекомые . Микрофон обычно состоит из магнитной (движущейся катушки) преобразователя, контактной пластины и контактного штыря. Контактная пластина помещается непосредственно на вибрирующую часть музыкального инструмента или другой поверхности, а контактный штифт передает вибрации катушке. Контактные микрофоны использовались для того, чтобы поднять звук биения улитки и следы муравьев. Недавно была разработана портативная версия этого микрофона. Ларингофонпредставляет собой вариант контактного микрофона, который захватывает речь непосредственно из горла человека, к которому он привязан. Это позволяет использовать устройство в областях с окружающими звуками, которые в противном случае сделали бы динамик неслышимым.

Параболический микрофон используется параболический отражатель для сбора и сфокусировать звуковые волны на приемник микрофона, во многом таким же образом , что параболическая антенна (например , спутниковая антенна ) делает с радиоволнами. Типичное использование этого микрофона, который имеет необычно сфокусированную переднюю чувствительность и может подбирать звуки со многих метров, включает в себя запись природы, спортивные мероприятия на открытом воздухе, подслушивание , правоохранительные органы и даже шпионаж . Параболические микрофоны обычно не используются для стандартных приложений записи, поскольку они, как правило, имеют плохой низкочастотный отклик в качестве побочного эффекта их дизайна.

Стереофонический микрофон объединяет два микрофона в одном устройстве для создания стереофонического сигнала. Стереофонический микрофон часто используется для широковещательных приложений или полевой съемки, где было бы нецелесообразно конфигурировать два отдельных конденсаторных микрофона в классической конфигурации XY (см. Практику использования микрофона ) для стереофонической записи. Некоторые из таких микрофонов имеют регулируемый угол покрытия между двумя каналами.

Микрофон шумоподавления является узконаправленной конструкцией предназначена для шумной обстановки. Одно из таких применений — в кабинах самолетов, где они обычно устанавливаются в виде стрелочных микрофонов на гарнитурах. Другое использование — поддержка живого выступления на громких концертных этапах для вокалистов, занимающихся живыми выступлениями, Многие шумоподавляющие микрофоны объединяют сигналы, полученные от двух диафрагм, которые находятся в противоположной электрической полярности или обрабатываются электронным способом. В конструкциях с двумя диафрагмами основная диафрагма установлена ​​ближе всего к предполагаемому источнику, а вторая расположена дальше от источника, чтобы она могла подбирать звуки окружающей среды для вычитания из сигнала основной диафрагмы. После объединения двух сигналов звуки, отличные от предполагаемого источника, значительно уменьшаются, что значительно увеличивает разборчивость. В других конструкциях с шумоподавлением используется одна диафрагма, на которую воздействуют порты, открытые по бокам и сзади микрофона, причем сумма составляет 16 дБ, когда звуки отступают далеко. Один дизайн шумоподавляющей гарнитуры с использованием одной диафрагмы был широко использован вокальными исполнителями, такими какГарт Брукс и Джанет Джексон. Несколько шумоподавляющих микрофонов являются микрофонами горла.

Стереомикрофон

Различные стандартные методы используются с микрофонами, используемыми для усиления звука в живом исполнении, или для записи в студии или в наборе движущихся изображений. При подходящей компоновке одного или нескольких микрофонов желаемые функции собираемого звука могут сохраняться при отказе от нежелательных звуков.

С активным питанием

Микрофоны, содержащие активные схемы, такие как большинство конденсаторных микрофонов, требуют питания для работы активных компонентов. Первая из них использовала вакуумные трубки с отдельным блоком питания, используя многоконтактный кабель и разъем. С появлением твердотельного усиления требования к мощности были значительно уменьшены, и стало практичным использовать те же кабельные проводники и разъем для аудио и питания. В 1960-х годах было разработано несколько методов питания, главным образом в Европе. Два доминирующих метода изначально были определены в немецком стандарте DIN 45595 как : Tonaderspeisung или T-power и DIN 45596 для фантомной мощности, С 1980-х годов фантомная мощность стала намного более распространенной, поскольку один и тот же вход может использоваться как для питаемых, так и для непитанных микрофонов. В бытовой электронике, например, DSLR и видеокамерах, «подключаемая мощность» более распространена, для микрофонов с 3,5-мм штекерным разъемом. Phantom, T-power и plug-in power описаны в международном стандарте IEC 61938.

Разъемы для микрофонов

Наиболее распространенными разъемами, используемыми микрофонами, являются:

— Разъем XLR на профессиональных микрофонах

— Дюймовый (иногда называемый 6,35 мм) разъем телефона на менее дорогих музыкальных микрофонах с использованием несбалансированного разъема TS-разъема 1/4 дюйма (6,3 мм). Микрофоны Harmonica обычно используют высокоимпедансное соединение 1/4 дюйма (6,3 мм) TS для управления через гитарные усилители.

— 3,5 мм (иногда называемый миниатюрной 1/8 дюймовой) стереосистемой (а также поставляются в виде моно) мини-штепсельной вилки для телефонов на просуммере, диктофоне и компьютерных микрофонах.

— USB позволяет напрямую подключаться к ПК. Электроника в этих микрофонах, питаемых через USB-соединение, выполняет предварительную предварительную настройку и преобразование AD перед передачей цифровых аудиоданных через интерфейс USB.

Некоторые микрофоны используют другие разъемы, такие как 5-контактный XLR или мини-XLR для подключения к переносным устройствам. Некоторые лавальеры (или «лацканы», со времен прикрепления микрофона к репортерам для удовлетворения потребностей лацканов), микрофоны используют проприетарный разъем для подключения к беспроводному передатчику, например, радио-пакет . С 2005 года начали появляться высококачественные микрофоны с USB-соединениями, предназначенные для прямой записи в компьютерное программное обеспечение.

Импеданс

Микрофоны имеют электрическую характеристику, называемую импедансом , измеренную в омах (Ω), которая зависит от конструкции. В пассивных микрофонах это значение описывает электрическое сопротивление магнитной катушки (или аналогичного механизма). В активных микрофонах это значение описывает выходное сопротивление схемы усилителя. Обычно указывается номинальный импеданс. изкий импеданс считается менее 600 Ом. Средний импеданс считается между 600 и 10 кОм. Высокий импеданс выше 10 кОм. Благодаря встроенному усилителю конденсаторные микрофоны обычно имеют выходной импеданс между 50 и 200 Ом.

Выход данного микрофона обеспечивает такую ​​же мощность, будь то низкий или высокий импеданс. Если микрофон выполнен в версиях с высоким и низким импедансом, версия с высоким импедансом имеет более высокое выходное напряжение для данного входного сигнала звукового давления и подходит для использования с гитарными усилителями вакуумной трубки, например, которые имеют высокий входной импеданс и требуют относительно высокого входного напряжения сигнала, чтобы преодолеть присущий трубе шум. Большинство профессиональных микрофонов имеют низкий импеданс, около 200 Ом или ниже. Профессиональное вакуумное звуковое оборудование включает в себя трансформаторчто повышает импеданс микрофонной схемы до высокого импеданса и напряжения, необходимого для управления входной трубкой. Также доступны внешние согласующие трансформаторы, которые можно использовать в режиме «прямой» между микрофоном с низким импедансом и высокоимпедансным входом.

Низкоимпедансные микрофоны предпочтительнее высокого импеданса по двум причинам: один заключается в том, что использование высокоимпедансного микрофона с длинным кабелем приводит к потере высокочастотного сигнала из-за емкости кабеля, которая образует фильтр нижних частот с выходным импедансом микрофона. В другом случае длинные высокоимпедансные кабели имеют тенденцию увеличивать шум (и, возможно, радиочастотные помехи (RFI)). Ничто не повреждается, если импеданс между микрофоном и другим оборудованием несоответствует; худшее, что происходит, это уменьшение сигнала или изменение частотной характеристики.

Некоторые микрофоны предназначены не иметь их сопротивление соответствует нагрузке они подключены. Это может изменить их частотную характеристику и вызвать искажение, особенно при высоких уровнях звукового давления. Определенные ленты и динамические микрофоны являются исключениями, из-за предположения дизайнеров об определенном импедансе нагрузки, являющемся частью внутренней электроакустической схемы демпфирования микрофона.

Цифровой микрофонный интерфейс

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

Стандарт AES42 , опубликованный обществом звукотехники , определяет цифровой интерфейс для микрофонов. Микрофоны, соответствующие этому стандарту, напрямую выводят цифровой аудиопоток через разъем XLR или XLD , вместо того, чтобы производить аналоговый выход. Цифровые микрофоны могут использоваться либо с новым оборудованием с соответствующими входными соединениями, соответствующими стандарту AES42, либо через подходящую интерфейсную коробку. Микрофоны студийного качества, которые работают в соответствии со стандартом AES42, теперь доступны от нескольких производителей микрофонов.

Сравнение дальнего полевого частотного отклика Oktava 319 и Shure SM58

Из-за различий в их конструкции микрофоны имеют свои характерные ответы на звук. Эта разница в реакции дает неоднородные фазовые и частотные характеристики. Кроме того, микрофоны неравномерно чувствительны к звуковому давлению и могут принимать разные уровни без искажения. Хотя для научных приложений желательны микрофоны с более однородным откликом, это часто бывает не для записи музыки, так как неоднородный отклик микрофона может обеспечить желаемую окраску звука. Существует международный стандарт для спецификаций микрофона, но немногие производители придерживаются этого. В результате сравнение опубликованных данных от разных производителей затруднено, поскольку используются различные методы измерения. Веб-сайт данных микрофона сопоставил технические характеристики в комплекте с изображениями, кривыми откликов и техническими данными от производителей микрофонов для каждого микрофона, находящегося в данный момент, и даже нескольких устаревших моделей, и показывает данные для всех них в одном общем формате для удобства сравнения. Однако следует соблюдать осторожность при любых твердых выводах из этой или любых других опубликованных данных, если не известно, что производитель предоставил спецификации в соответствии с IEC 60268-4.

Частотная характеристика Диаграмма участков чувствительность микрофона в децибелах в диапазоне частот (обычно от 20 Гц до 20 кГц), как правило , для идеально по оси звука (звука , поступающего при 0 ° по отношению к капсуле). Частотная характеристика может быть менее информативно сформулирована так: «30 Гц-16 кГц ± 3 дБ». Это интерпретируется как означающий почти плоский, линейный график между указанными частотами с изменениями амплитуды не более плюс-минус 3 дБ. Однако, нельзя определить , исходя из этой информации , как гладкиевариации и ни в каких частях спектра они не встречаются. Обратите внимание, что обычно сделанные заявления, такие как «20 Гц-20 кГц», бессмысленны без децибельной меры допуска. Частотная характеристика направленного микрофона сильно зависит от расстояния от источника звука и от геометрии источника звука. В МЭК 60268-4 указано, что частотная характеристика должна измеряться в условиях плоской прогрессивной волны (очень далеко от источника), но это редко бывает практичным. Замкнутые микрофоны могут быть измерены различными источниками звука и расстояниями, но нет стандартного и, следовательно, нет возможности сравнивать данные с разных моделей, если не будет описан метод измерения.

Уровень шума или эквивалентный уровень входного шума — это уровень звука, который создает то же выходное напряжение, что и микрофон, в отсутствие звука. Это самая низкая точка динамического диапазона микрофона, и особенно важно, если вы хотите записать звуки, которые тихие. Эта мера часто указывается в дБ (А) , что эквивалентно громкости шума на шкале децибел, взвешенной по частоте, как слышится слух, например: «15 дБА SPL» (SPL означает уровень звукового давления относительно 20 микропаскалей ). Чем меньше число, тем лучше. Некоторые производители микрофонов определяют уровень шума с использованием взвешивания шума МСЭ-R 468, что более точно отражает то, как мы слышим шум, но дает цифру на 11-14 дБ выше. Тихий микрофон обычно составляет 20 дБА SPL или 32 дБ SPL 468-взвешенный. Очень тихие микрофоны существуют в течение многих лет для специальных применений, таких как Brüel & Kjaer 4179, с уровнем шума около 0 дБ SPL. Недавно на рынке студий / развлечений были представлены некоторые микрофоны с низким уровнем шума, такие как модели от Neumann и Røde, которые рекламируют уровни шума между 5-7 дБА. Обычно это достигается за счет изменения частотной характеристики капсулы и электроники, что приводит к снижению шума в пределах кривой взвешивания А, в то время как широкополосный шум может быть увеличен.

Максимальный SPL, который может принимать микрофон, измеряется для конкретных значений полного гармонического искажения (THD), обычно 0,5%. Это количество искажений, как правило, не слышно, поэтому можно безопасно использовать микрофон в этом SPL, не нанося вреда записи. Пример: « Пик SPL 142 дБ (при 0,5% THD)». Чем выше значение, тем лучше, хотя микрофоны с очень высоким максимальным SPL также имеют более высокий уровень шума.

Уровень отсечения является важным показателем максимального уровня использования, так как 1% THD-показатель, обычно цитируемый под максимальным SPL, действительно является очень мягким уровнем искажений, совершенно не слышимым, особенно на коротких высоких пиках. Обрезка звучит гораздо громче. Для некоторых микрофонов уровень отсечения может быть намного выше максимального SPL.

Динамический диапазон микрофона — разница в SPL между уровнем шума и максимальным SPL. Если заявлено само по себе, например «120 дБ», оно передает значительно меньше информации, чем индивидуальные шумовые и максимальные значения SPL.

Чувствительность показывает, насколько хорошо микрофон преобразует акустическое давление в выходное напряжение. Высокочувствительный микрофон создает больше напряжения и поэтому требует меньшего усиления на микшере или записывающем устройстве. Это практическая проблема, но не является прямым показателем качества микрофона, и на самом деле термин чувствительность является чем-то неправильным, «усиление трансдукции», возможно, более значимым (или просто «выходным уровнем»), потому что истинная чувствительность обычно установленный уровнем шума, и слишком большая «чувствительность» с точки зрения уровня выхода компрометирует уровень отсечения. Существуют две общие меры. (Предпочтительный) международный стандарт производится в милливольтах на паскаль на частоте 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 приводит к отрицательному значению. Опять же, более высокое значение указывает на большую чувствительность, поэтому -60 дБ более чувствительно, чем -70 дБ.

Измерительные микрофоны

AKG конденсаторный микрофон C214 с подвесом

Некоторые микрофоны предназначены для тестирования громкоговорителей, измерения уровня шума и, в других случаях, количественного определения акустического опыта. Это калиброванные преобразователи и обычно поставляются с сертификатом калибровки, в котором указывается абсолютная чувствительность к частоте. Качество измерительных микрофонов часто упоминается с использованием обозначений «Класс 1», «Тип 2» и т. Д., Которые являются ссылками не на характеристики микрофона, а на звуковые индикаторы уровня. Недавно был принят более полный стандарт для описания характеристик измерительного микрофона.

Измерительные микрофоны обычно являются скалярными датчиками давления ; они проявляют всенаправленный ответ, ограниченный только профилем рассеяния их физических размеров. Измерения интенсивности звука или звуковой мощности требуют измерений градиента давления, которые обычно производятся с использованием массивов по меньшей мере двух микрофонов или с помощью анемометров с горячей проволокой.

Калибровка измерительного микрофона

Чтобы провести научное измерение с помощью микрофона, его точная чувствительность должна быть известна (в вольтах на паскаль ). Поскольку это может измениться в течение всего срока службы устройства, необходимо регулярно калибровать измерительные микрофоны. Эта услуга предлагает некоторые производители микрофонов и независимые сертифицированные испытательные лаборатории. Все калибровки микрофона в конечном счете прослеживаются к первичным стандартам в национальном институте измерений, таком как NPL в Великобритании, PTB в Германии и NISTв Соединенных Штатах, которые обычно калибруются с использованием первичного стандарта взаимности. Измерительные микрофоны, откалиброванные с использованием этого метода, могут затем использоваться для калибровки других микрофонов с использованием методов сравнительной калибровки.

В зависимости от применения измерительные микрофоны должны периодически тестироваться (каждый год или несколько месяцев, как правило), и после любого потенциально опасного события, например, если его отбрасывают (большинство таких микрофонов входят в пенопластовые корпуса для снижения этого риска) или подвергаются воздействию звуков выше приемлемого уровня.

Микрофонный массив

Микрофонный массив — это любое количество микрофонов, работающих в тандеме . Существует много приложений:

— Системы для извлечения голосового ввода из окружающего шума (в частности, телефоны , системы распознавания речи , слуховые аппараты )

— Объемное звучание и связанные с ним технологии

— Расположение объектов по звуку: локализация акустического источника , например , военное использование, чтобы найти источники артиллерийского огня. Расположение и отслеживание воздушных судов.

— Высококачественные оригинальные записи

— 3D пространственное формирование луча для локализованного акустического обнаружения подкожных звуков

Как правило, массив состоит из всенаправленных микрофонов, распределенных по периметру пространства, связанных с компьютером, который записывает и интерпретирует результаты в согласованной форме.

Ветровые микрофоны

Микрофон с удаленной защитой от ветра.

Ветровая защита обеспечивают способ уменьшения влияния ветра на микрофоны. В то время как поп-экраны обеспечивают защиту от однонаправленных взрывов, пенные «шляпы» защищают ветер от решетки со всех сторон, а блики / цеппелины / корзины полностью закрывают микрофон и защищают его тело. Последнее важно, поскольку, учитывая крайне низкое частотное содержание шума ветра, вибрация, вызванная в корпусе микрофона, может существенно влиять на выход шума.

Используемый экранирующий материал — проволочная сетка, ткань или пена — имеет значительный акустический импеданс. Относительно низкие изменения давления воздуха в скорости частиц, которые образуют звуковые волны, могут проходить с минимальным затуханием, но более высокий ветер скорости частиц затрудняется в гораздо большей степени. Увеличение толщины материала улучшает затухание ветра, а также начинает скомпрометировать высокочастотный аудиоконтент. Это ограничивает практический размер простых пенных экранов. Хотя пены и проволочные сетки могут быть частично или полностью самонесущими, мягкие ткани и сетки требуют растяжения на рамах или ламинирования с более грубыми структурными элементами.

Так как все шумы ветра генерируются на первой поверхности, воздух попадает, чем больше расстояние между экранирующей периферией и капсулой микрофона, тем больше затухание шума. Для приблизительно сферического экрана затухание увеличивается (приблизительно) на кубе этого расстояния. Таким образом, более крупные щиты всегда намного эффективнее меньших. С полными лобовыми стеклами корзины существует дополнительный эффект камеры давления, впервые объясненный Йоргом Вуттке, который для двухпортовых (градиентного давления) микрофонов позволяет комбинации экрана / микрофона действовать как акустика высокого уровня фильтр.

Так как турбулентность на поверхности является источником шума ветра, снижение валовой турбулентности может привести к снижению шума. Использовались как аэродинамически гладкие поверхности, так и те, которые предотвращают создание мощных вихрей. Исторически искусственный мех оказался очень полезным для этой цели, так как волокна производят микротурбулентность и поглощают энергию тихо. Если они не покрыты ветром и дождем, меха шерсти очень прозрачна акустически, но тканая или трикотажная основа может дать значительное ослабление. В качестве материала он страдает от трудностей в изготовлении с согласованностью и сохранения в первозданном состоянии на месте. Таким образом, существует интерес (DPA 5100, Rycote Cyclone), чтобы отказаться от его использования.

В студии и на сцене поп-экраны и пенные щиты могут быть полезны по соображениям гигиены и защиты микрофонов от слюны и пота. Они также могут быть полезными цветными идентификаторами. На месте щитка корзины может содержать систему подвески, чтобы изолировать микрофон от ударов и шума при работе.

Утверждение эффективности снижения шума ветра является неточной наукой, поскольку эффект сильно варьируется с частотой и, следовательно, с пропускной способностью микрофона и аудиоканала. На очень низких частотах (10-100 Гц), где существует большая энергия ветра, сокращения важны, чтобы избежать перегрузки аудио цепи, особенно на ранних стадиях. Это может привести к типичному «ударному» звуку, связанному с ветром, что часто является силлабическим приглушением звука из-за ограничения пика LF. На более высоких частотах — от 200 Гц до ~ 3 кГц — звуковая кривая чувствительности позволяет нам слышать эффект ветра как дополнение к нормальному уровню шума, хотя он имеет гораздо более низкое энергетическое содержание. Простые экраны могут позволить шуму ветра на 10 дБ менее очевидным; лучшие могут достичь приближения к уменьшению на 50 дБ. Однако акустическая прозрачность,особенно на HF, также следует указывать, поскольку очень высокий уровень ослабления ветра может быть связан с очень приглушенным звуком.