Диаграмма направленности микрофона что это

Основы

Самые распространенные диаграммы направленности микрофонов: всенаправленная, кардиоидная, суперкардиоидная и двунаправленная (или просто “восьмерка”). Давайте разберемся в особенностях каждой диаграммы и для чего они лучше подходят.

Кардиоидная диаграмма направленности

Кардиоид (однонаправленный)

При записи в студии кардиоидные микрофоны идеальны для снятия звука с разнообразных инструментов типа барабанов и гитары, а также вокала. И поскольку их направленность очень узкая, кардиоидные микрофоны полностью отрезают сигнал от других инструментов, находящихся в помещении. А еще кардиоидные микрофоны отлично подходят для шумных мест, потому что не дают внешним звукам просочиться в вашу запись.

Суперкардиоид

У суперкардиоидных микрофонов диаграмма направленности еще уже, чем у кардиодных, а значит еще меньше окружающих звуков попадет на запись. Также они имеют точку высокой чувствительности сзади и при неправильном расположении могут захватить ненужный звук, например от мониторов.

Суперкардиоидные микрофоны лучше всего подходят для записи одного голоса или инструмента в очень шумных местах. У Yeti, Yeti Pro и Kiwi есть суперкардиоидный режим.

Примеры микрофонов: Yeti, Yeti Pro, Kiwi, Bottle и Bottle Rocket при использовании подходящих капсюлей.

Всенаправленный

Всенаправленные микрофоны одинаково чувствительны со всех сторон и используются в том случае, если вам необходимо записать все звуки в помещении. В звукозаписи всенаправленные микрофоны используются для записи хоров, оркестров или нескольких исполнителей, поющих одновременно.

Двунаправленная диаграмма или “восьмерка”

Двунаправленный (восьмерка)

Двунаправленный микрофон записывает одинаковое количество звука с обеих сторон капсюля в радиусе 90 градусов. Микрофоны с этой диаграммой направленности записывают стерео звук и отличаются максимально полным и насыщенным звучанием.

Идеально подходят для дуэтов или одного певца, но с максимальным стерео эффектом. Также “восьмерки” можно использовать, чтобы показать всю глубину басов барабанов или для записи музыкальных инструментов.

Выводы

Источник

Диаграмма направленности микрофона что это

Направленность – это чувствительность микрофона к звуковому сигналу в зависимости от направления или угла, с которого идет звук.

Чаще всего направленность микрофона изображают как полярные диаграммы. Это делается для визуального представления чувствительности микрофона в диапазоне 360 градусов, где голова микрофона является центром окружности. Начало угла ставится перед микрофоном (зеленая прямая, отметка «0 градусов»).

Диаграмма направленности показывает, как именно чувствительность микрофона к звуку зависит от места расположения его источника. Деления на такой диаграмме показывают конкретные значения уровня звука (в децибелах, dB).

Например, на диаграмме ниже звук идет с двух направлений: A и B.

Из этого понимаем, что звук (при одинаковой дистанции до микрофона), идущий по направлению B, будет на 15 dB (или примерно в 32 раза) громче, чем звук, идущий по направлению A.

Существует три основных типа направленности микрофонов:

Круговая направленность

Микрофоны с такой направленностью имеют более широкий низкочастотный диапазон по сравнению с другими, что очень актуально при работе с инструментами, выдающими много «низких».

Кардиоидные (рис. 1) микрофоны не воспринимают звук, идущий с тыльной стороны микрофона.

У суперкардиоидных микрофонов (рис. 2) зона захвата спереди уже (по сравнению с обычной кардиоидой), шумоизоляция сильнее и они менее чувствительны к акустике помещения, однако захватывают звук, идущий с тыльной стороны микрофона (пусть и очень слабо).

Гиперкардиоидные (рис. 3) микрофоны обеспечивают максимальную шумоизоляцию, наименее чувствительны к акустическому оформлению помещения, однако захватывают чуть больше звука, идущего с тыльной стороны микрофона (по сравнению с кардиоидными и суперкадиоидными микрофонами).

Двунаправленный микрофон равно чувствителен к звуковым сигналам, которые поступают спереди и сзади, и почти не чувствителен к звуку, который идет с боков.

Восьмерку часто используют для записи дуэтов (когда исполнители сидят друг напротив друга по бокам микрофона, см. рис 4) и при записи интервью (когда люди сидят друг напротив друга спереди и сзади от микрофона, см. рис 5). Также ее применяют для записи в заглушенном помещении в случае необходимости повышения относительного уровня отраженных сигналов, и для записи отдельных инструментов (что бы выделить низкие частоты при близком размещении исполнителей от микрофона).

Однонаправленные микрофоны по мере приближения к источнику звука увеличивают отдачу по низким частотам, в пределах 0.5 метров. Если микрофон стоит совсем близко (30 см. и ближе) звук получится сильно «бубнящим». Есть несколько способов восстановить более естественное звучание:

По всем вопросам обращайтесь к нам по телефонам:

Источник

Микрофоны с разными диаграммами направленности — особенности и применение

Под диаграммой направленности микрофона принято понимать расположение источника звука относительно звукового прибора, которое не приводит к существенному снижению его эффективности. Другими словами этот термин можно определить как чувствительность микрофона к звуку определенного направления или к углу, с которого приходит звук.

В звукотехнике принято различать три основных типа характеристик направленности, которые отражаются на плоскости как кривые чувствительности микрофона по окружности 360° вокруг него. К основным типам диаграмм относятся круговая, кардиоидная и двусторонняя (восьмерка).

Круговая (сферическая) диаграмма

Главной особенностью применения такого микрофона выступает тот факт, что устройства с круговой диаграммой максимально естественно передают акустику помещения или хорошо воспроизводят инструменты с широким частотным диапазоном.

Из других особенностей всенаправленных микрофонов можно выделить еще несколько факторов:

Также стоит отметить, что микрофоны с круговой характеристикой не защищены от положительной обратной связи (фидбека) в условиях сцены.

Микрофоны с круговой диаграммой направленности

Кардиоидная диаграмма

Микрофоны с кардиоидной характеристикой чувствительности относятся к классу направленных устройств и хорошо воспроизводят звук только с фронтального направления. Круговая диаграмма такого звукового прибора напоминает форму сердца, а эффективный угол работы составляет величину около 130°.

Кардиоидная характеристика хорошо подходит для условий, где стоит задача выделить голос исполнителя или отдельных инструментов, а также изолировать голос певца от инструментальной партии.

К особенностям эксплуатации данных микрофонов относятся еще несколько факторов:

К устройствам данного класса также относятся микрофоны с суперкардиоидной и гиперкардиоидной диаграммой направленности, которые еще больше усиливают фронтальный звук и подавляют боковые и задние области звучания. Такие микрофоны обладают максимальной защитой от акустической обратной связи — фидбека.

Типовые углы снятия звука у таких устройств составляют 115° и 105° для суперкардиоидных и гиперкардиоидных диаграмм соответственно.

Микрофоны с кардиоидной диаграммой направленности

Диаграмма направленности «восьмёрка»

Двунаправленные микрофоны с диаграммой чувствительности в форме восьмерки хорошо снимают звук из передней и задней полусфер и подавляют боковые области излучения. К сфере применения таких приборов относится запись звука в студии или в зале, в которой предполагается учитывать акустические параметры помещения — например естественную реверберацию.

Из других областей применение двунаправленных микрофонов отметим следующие:

Также иногда звуковые приборы с диаграммой направленности в форме восьмерки используют для студийной записи дуэтов.

Заключение

Выбор конкретного микрофона предполагает основательный анализ условий записи и техники исполнителей, а также источников посторонних сигналов и акустического шума. К самому распространенному типу устройств относятся микрофоны с кардиоидной характеристикой.

В заключение отметим появление на рынке микрофонов с переключаемой диаграммой направленности, но справедливости ради стоит указать, что параметры таких звуковых приборов уступают по своим характеристикам лидерам отдельных групп.

Источник

Какие микрофоны лучше использовать?

Микрофон — это один из важных компонентов в домашней студии звукозаписи. Я считаю, что разъяснять неопытному новичку о том, что такое микрофон я в этом посте даже не буду. Однако рассказать о том, какие виды микрофонов существуют и, как правильно выбрать микрофон для записи я думаю, следует обязательно рассказать. Вот об этом достаточно подробно и поговорим.

Очень многие люди неосознанно относятся к выбору студийных микрофонов. Вследствие этого у этих людей начинаются всякие проблемы с записью музыки. Появляются всякие шумы, искажения и тому подобное. Также возникают и другие проблемы.

Например, неудобство при использовании или различные механические повреждения. Вследствие этого, человек начинает искать и тратить дополнительные деньги на покупку нового студийного оборудования. Вот чтобы такого не было, внимательно отнеситесь к правильному выбору микрофона и специальных аксессуаров для него. Здесь имеется очень много нюансов, о которых мы поговорим ниже.

Виды микрофонов по принципу работы

Начнем с того, что я расскажу сначала о видах микрофона по принципу действия. Сразу хочу подчеркнуть, что мы не будем вдаваться во всякие технические подробности устройства и принципа работы устройства. В итоге мы постараемся осветить только те моменты, которые нам крайне необходимы. Еще хочу сказать, что мы не будем рассматривать те типы микрофонов, которые обычно в домашних студиях звукозаписи не используются. Обычно они не предназначены для записи вокала и инструментов.

Прежде всего давайте рассмотрим с вами микрофоны по принципу действия:

Надеюсь, что с этим все ясно. Теперь вопрос! Какой из них лучше, а какой хуже? В этом случае я счел правильным перечислить преимущества и недостатки каждого из них. Так вы сможете сравнить микрофоны и на основе этих преимуществ и недостатков делать определенные выводы.

Плюсы и минусы микрофонов:

Для начала давайте рассмотрим преимущества динамического микрофона:

1 Высокая перегрузочная способность — это достоинство позволяет использовать оборудование для снятия громких источников звука (например, гитарного усилителя) без риска что-либо в этом микрофоне повредить.

2 Надежность и прочность конструкции — динамические микрофоны гораздо меньше подвержены повреждению при ударе, что делает оборудование такого типа более пригодными для сцены. Такое оборудование более универсальное в том плане, что его можно использовать и дома, и на сцене, и на выезде, и на репетициях без риска повреждения.

3 Меньшая чувствительность — менее подвержен к восприятию чужих шумов и менее чувствителен к возникновению обратной связи. Если вы не знаете, что такое обратная связь, то я простым языком поясню. Это связь выражается в громком, постепенно нарастающем вое при приближении микрофона к динамику.

Теперь давайте рассмотрим недостатки динамических микрофонов:

1 звучание уступает конденсаторным в прозрачности, чистоте и натуральности.

2 наименьший частотный диапазон.

3 уступают в верности передачи тембра.

Теперь давайте рассмотрим преимущества конденсаторного микрофона:

1 Более широкий частотный диапазон.

2 Наличие моделей любых размеров — бывают даже самые миниатюрные модели (например, детские микрофоны).

3 Более прозрачное и натуральное звучание — это происходит благодаря наибольшей чувствительности. Это самое главное преимущество конденсаторных микрофонах.

Давайте рассмотрим недостатки конденсаторных микрофонов:

1 Нуждаются в дополнительном питании — обычно роль выполняет фантомное питание в 48 В. Это накладывает существенное ограничение по широте использования. Например, питание 48 В есть не на всех микшерных пультах. Если вы захотите подключить микрофон вне своей студии, то возможно, у вас это не получится.

2 Очень хрупкие — сразу предупреждаю всех, что однажды упав, такое оборудование может выйти из строя.

3 Чувствительны к перепадам температур и влажности — это может привести к поломке или временной неработоспособности оборудования.

Итак, рассмотрев преимущества и недостатки динамических и конденсаторных микрофонов, не спешите с принятием решения. Я еще не окончил описание и дальше я расскажу о такой важной детали, как диаграмма направленности. На самом деле, не нужно пугаться этого страшного слова. Когда я объясню, что это такое, вам сразу будет все понятно.

Диаграмма направленности

Диаграмма направленности микрофона просто показывает зависимость его чувствительности к звуковому сигналу от места расположения его источника. Всего существует 5 основных диаграмм направленности микрофона:

Теперь я скажу, что касается непосредственно свойств отличий этих разных диаграмм направленности. Микрофоны с круговой направленностью (всенаправленные микрофоны) чувствительны к акустике помещения. Они обеспечивают акустическую изоляцию только при малом расстоянии от источника звука до микрофона. Они имеют низкую чувствительность к звукам дыхания.

Также практически отсутствует эффект присутствия, то есть когда записаны вокалист или инструменталист, то звучит из колонок так, будто они присутствуют в комнате прослушивания. И также всенаправленные микрофоны имеют расширенный низкочастотный диапазон, что кстати, бывает полезным при работе с такими инструментами, как орган, контрабас и другими низкочастотными инструментами.

Что касается однонаправленных микрофонов с кардиоидной, супер и гиперкардиоидной направленностью, то по ним могу сказать следующее. Они обеспечивают защиту от негативного влияния акустики помещения в отличие от всенаправленных микрофонов с круговой направленностью. Они также обеспечивают хорошую изоляцию, что содействует более легкому разделению записанных музыкальных треков.

Они обычно приводят к возникновению эффекта присутствия и менее чувствительны к появлению обратной связи, о которой я говорил чуть ранее. Также они подходят для записи синхронного стерео сигнала. Это значит, что такие микрофоны можно использовать парами для записи одного или нескольких инструментов в стерео режиме.

Касательно оборудования с диаграммой направленности восьмерка скажу, что они отлично подходят для записи дуэтов (когда исполнители находятся друг напротив друга). Однако сразу скажу, что запись в любом случае будет монофонической (когда один микрофон), но зато оборудование будет улавливать сигнал исполнителя сидящего как перед микрофоном, так и за ним одинаково хорошо. Также оборудование с направленность восьмерка обеспечивают хорошую изоляцию, что содействует более легкому разделению записанных треков. Такое оборудование подходит для записи синхронного стерео сигнала.

Какая диаграмма направленности лучше?

Итак, почитав всю эту занудную теорию, вы спросите: «Какую диаграмму направленности лучше выбрать?» Здесь я отвечу, что вам не так обязательно знать, как именно достигается та или иная диаграмма и почему на других микрофонах она одна, а на других другая. Вам нужно знать то, в какой ситуации следует применять тот или иной вид оборудования. Сейчас я вам это объясню:

Я лично для записи сольного вокала в домашней студии рекомендую использовать однонаправленный микрофон. Это позволит предотвратить проникновение на запись шума и помех, идущих сзади и с боковых сторон. Но также сведет к минимуму влияние акустики помещения, качество которой обычно в домашней студии звукозаписи оставляет желать лучшего.

Какой микрофон лучше выбрать?

На этом покончим с диаграммами направленности. Давайте теперь вернемся к типам микрофона по их устройству, где я расскажу, какой из них предпочесть динамический или конденсаторный. Динамические микрофоны сравнительно дешевые и в то же время они надежные. Поэтому они могут работать успешно в областях высокого звукового давления.

Это делает их более подходящим для вокалистов с громким и грубым тембром, поющих в таких музыкальных стилях, как rock, pank, alternative и так далее. Если вы хотите получить мощный, плотный, но при этом не слишком объемный вокал, то вам подойдет именно динамический микрофон.

Что касается конденсаторного микрофона, то он устроен так, что диафрагма помогает добиться более высокой чувствительности и способности к воспроизведению высоких частот. Кроме того, конденсаторные микрофоны могут иметь больше диаграмм направленности. А некоторые могут иметь возможность переключения этих диаграмм. Ну а сама низкая устойчивость к механическим повреждениям делает их увы, малопригодными для живых выступлений.

Зато в студии звукозаписи они оказываются незаменимыми, так как их высокая степень правдоподобности делает их наиболее универсальными и пригодными для снятия звука с любых музыкальных инструментов и голосов. Универсальность и технологическая сложность конденсаторных микрофонов приводит к тому, что их стоимость бывает значительно высокой.

Если сравнивать с динамическими, то это главный минус. Но невзирая на это, я лично считаю, что конденсаторный микрофон наиболее пригоден для использования даже в домашней студии звукозаписи нежели, динамический. К тому же среди конденсаторных микрофонов есть и бюджетные модели. Их качество далеко не всегда бывает низким.

Остались еще несколько определенных нюансов советов по выбору, с которыми я сейчас с вами поделюсь. Советы и рекомендации о том, как выбрать микрофон:

Примеры микрофонов:

Дешевые микрофоны

Начнем, как всегда рассматривать дешевые микрофоны. Если у вас не так много денег, то есть ваш бюджет строго ограничен, то рекомендую вам начать именно с этой категории товара. Здесь оборудование по своей цене может подойти многим лицам.

Источник

Оригинал статьи © Rod Elliott (ESP) — 2006

1.0 Введение

Зачастую сложно разобраться с многообразием существующих микрофонов, поэтому целью данной статьи является предоставление основных сведений о различных их типах, особенностях работы, а также сопряжении с подходящим предусилителем. Было бы, конечно, заманчиво объяснить заодно и принципы работы микрофонов, их правильное использование и т.п., однако, эти вопросы рассматриваться не будут. Причин несколько, но главная из них заключается в том, что существует такое множество нюансов, что просто невозможно охватить их все.

Вместо этого основное внимание будет уделено основным принципам работы каждого из типов, его достоинствам и недостаткам. Хотя приведенная информация выглядит достаточно подробной, есть (и останется) несколько упущений. Например, не будут рассматриваться угольные микрофоны, поскольку в новом оборудовании они больше не используются. Не получат подробного объяснения и «экзотические» микрофоны (такие, к примеру, как узконаправленный).

Микрофон является важной частью системы передачи звука (музыки) от исполнителей к нам в жилища для прослушивания. Микрофоны также используются для усиления звука, гарантируя, что мы можем услышать все нюансы концерта (а также зачастую гарантируя, что в течение нескольких часов после этого мы будем очень плохо слышать). Правильный выбор и размещение микрофона во время записи сводит к минимуму необходимость корректировки эквалайзером, потому что звук уже будет соответствовать намерениям звукорежиссера.

Эта статья сосредоточена, в основном, на исполнительских микрофонах, а не применяемым для тестирования и измерений. Последние являются почти исключительно «настоящими» конденсаторными либо электретными. Почти все измерительные микрофоны являются всенаправленными. Направленные микрофоны не используются потому, что их реакция непредсказуема (особенно для низких частот), тогда как SPL/УЗД (sound pressure level / Уровень Звукового Давления) должен включать звук, приходящий со всех сторон. Измерительные микрофоны являются отдельной темой и упоминаются здесь только мимоходом.

2.0 Основные характеристики микрофонов

Хотя разнообразие различных микрофонов выглядят устрашающим, все их характеристики базируются на общих принципах: это диаграмма направленности и тип (конструкция) преобразователя. Почти каждый промышленно выпускаемый микрофон определяется этими двумя параметрами, список которых приведен ниже.

2.1 Диаграммы направленности

Характеристика направленности микрофонов определяются капсюлем (или капсюлями в случае микрофонов с двумя капсюлями). Вопреки некоторым утверждениям, микрофон любого типа может быть настроен на любую из перечисленных ниже диаграмм направленности. Характеристики направленности зависят от частоты и относятся к амплитудно-частотной характеристике (АЧХ) в свободном поле. Размещение микрофона очень близко к любой поверхности изменяет его направленность, которая становится непредсказуемой из-за почти бесконечного множества вариантов. Направленные микрофоны называются также микрофонами «градиента давления», поскольку характеристики их направленности создаются посредством изменения давления на переднюю и заднюю части диафрагмы (градиент давления).

На рисунках ниже положение микрофона показано точкой.

Всенаправленный:

Принимает звук (более или менее) одинаково с любого направления. Всенаправленность относится к частотной характеристике, по существу, плоской, независимо от направления поступающих звуковых волн. Всенаправленные микрофоны часто могут иметь меньшие проблемы с акустической обратной связью по сравнению с большинством кардиоидных, но это сильно зависит от их правильного применения. Всенаправленные микрофоны имеют минимальный эффект близости и (как правило) лучше подходят для записи инструментов. Эти микрофоны обычно не используются для «живого звука», отчасти из-за ограниченного понимания их возможностей.

Измерительные микрофоны исключительно всенаправленные, без каких-либо существенных исключений, которые я мог бы найти. Иногда они могут быть расположены в виде массива для получения требуемых характеристик направленности, но это характерно только для измерений в инфразвуковом диапазоне, используемом для обнаружения вулканической активности или пусков ракет.

Кардиоидный:

Наиболее распространенная диаграмма направленности. Эти микрофоны обычно обладают эффектом близости, окрашивающим и усиливающим басовый диапазон вокала с близкого расстояния. Различные кардиоидные микрофоны могут подойти певцам мужского и женского пола. Певцы должны иметь собственный микрофон и владеть техникой его использования так же, как музыканты владеют своими инструментами. Кардиоидные микрофоны часто неправильно используются для записи инструментов, обычно располагая в непосредственной близости от поверхности барабанов (среди прочих злоупотреблений). Естественно, это может оказаться правильным, если обеспечивает определенный, желаемый вами, звук.

Гиперкардиоидный:

Это расширенная версия кардиоидного микрофона, поэтому она более направленная. Побочным эффектом является то, что в задней части микрофона создается небольшой выступ, поэтому эти микрофоны никогда не следует устанавливать так, чтобы задний выступ был направлен на напольный монитор (к примеру). Некоторые авторы иногда различают «супер-» и «гипер-» кардиоидные микрофоны, но в других источниках они считаются эквивалентными.

Двунаправленный («восьмиобразный»):

Двунаправленный микрофон («восьмерка») одинаково хорошо воспринимает звук как спереди, так и сзади, но подавляет звук, поступающий с боков (а также сверху, снизу и т.д.). Эту диаграмму можно рассматривать, как максимально выраженную гиперкардиоиду, где передняя и задняя доли равны по амплитуде и частотной характеристике. Многие двухэлементные микрофоны объединяют всенаправленный и двунаправленный капсюли для обеспечения переключаемой направленности.

2.2 Типы преобразователей

В основе каждого микрофона лежит преобразователь — просто механизм, преобразующий одну форму энергии в другую. Источником (входом) энергии является звуковой сигнал, а выходом — электрический. Форма полученного электрического сигнала повторяет акустический входной сигнал с минимально возможными искажениями. Все направленные микрофоны должны (по определению) до некоторой степени изменять воспринимаемый звук. Невозможно изменить характеристики направленности, не изменяя при этом характер воспринимаемого звука. Это не обязательно «плохо», просто звук становится другим.

Аналогично, многие типы капсюлей (фактически преобразователей) имеют свою собственную звуковую окраску, будь она то ли реальна, то ли воображаема. Это часто влияет на выбор типа микрофона для различных задач — например, есть микрофоны, предпочтительные для басовых ударных (барабанов) и которые могут считаться неподходящими для восприятия чего-либо ещё. Однако, эксперименты часто показывают, что это не обязательно именно так.

Конденсаторный:

Их правильнее называть ёмкостными микрофонами. Обычно они считаются наиболее востребованными. Они обладают исключительной детализацией и, как правило, могут выдерживать очень высокие уровни звукового давления. Искажения очень низкие, потому что амплитуда движения диафрагмы очень мала (сравнима с амплитудой движений барабанной перепонки человеческого уха). Для поляризации «пластин» конденсаторного датчика чаще всего применяется высокое постоянное напряжение, хотя в некоторых из них изменение емкости служит для модуляции генератора высокой (радио-) частоты. Частотно-модулированная «несущая» подается затем на каскад детектирования для преобразования обратно в сигнал звуковой частоты. Другой тип конденсаторных микрофонов называется MEMS (микроэлектромеханические системы), в которых для обеспечения поляризующего напряжения обычно применяется зарядовый насос (схемы с накачкой заряда на переключаемых конденсаторах).

Для конденсаторных микрофонов (всех типов) требуется питание. Оно может подаваться через P48 (фантомное питание + 48 В) от микшерного пульта или от внешнего источника питания. Электретные и MEMS-микрофоны требуют низкого напряжения питания (от 1,2 до 5 В) и, как правило, запитываются от оборудования, в котором они установлены, либо от одной батареи напряжением 1,5 В (обычно для автономных электретных микрофонов).

В аудио-индустрии изо всех конденсаторных микрофонов самым известным, по-видимому, является «Neumann U47».

Динамический:

Конструкция динамического микрофона подобна конструкции воспроизводящих динамических головок. Большинство этих микрофонов прочные и способные воспринимать экстремальные уровни звука. Они идеально подходят для «живых» выступлений. Большинство из них имеют кардиоидную характеристику направленности, хотя доступны также всенаправленные и гиперкардиоидные типы направленности. Из всех типов, используемых в живой работе, динамические микрофоны являются наиболее распространенными. Так же часто они используются и для студийных записей. Одним из самых известных является почтенный «Shure SM58».

Эти микрофоны, как правило, очень прочные и способны справляться со многими злоупотреблениями, неприемлемыми для почти любого другого типа микрофонов. Идеальный динамический микрофон имеет низкоимпедансную звуковую катушку, нагруженную на небольшой трансформатор для обеспечения необходимого уровня выходного сигнала и импеданса. Высокоимпедансные звуковые катушки хрупкие и не способны справляться с грубым обращением, характерным для живых выступлений.

Электретный:

В микрофонах, называемых «электретным конденсатором», используется постоянно «заряженная» пластиковая мембрана, поэтому они не требуют высокого напряжения для её поляризации (как в случае с «настоящими» конденсаторными микрофонами). Большинство из них являются всенаправленными, хотя изготавливаются также и кардиоидные капсюли. Как и в конденсаторных микрофонах, важное значение имеет каскад преобразования импеданса из-за чрезвычайно высокой его собственной величины. Хотя электретные микрофоны и могут использоваться для работы на сцене, при высоком уровне звукового давления (УЗД) они могут вносить искажения. Загнать электретные микрофоны в значительные искажения способны многие вокалисты. На них также могут отрицательно повлиять температура и влажность (например, от дыхания вокалистов). Профессиональные электретные микрофоны отлично подходят для студийных записей.

Электретные микрофоны (известные также, как «предварительно поляризованные») в настоящее время очень распространены для измерителей уровня звука и других точных измерений. Во многих из таких микрофонов внутренний полевой транзистор не используется, полагаясь на внешний предусилитель, обеспечивающий входной импеданс в несколько ГОм, необходимый для измерения низких частот. Емкость миниатюрного капсюля очень мала, часто не более 10 пФ. Чтобы снизить частоту до 20 Гц, входной импеданс предусилителя должен составлять около 1 ГОм (1000 МОм).

Ленточный:

Они обычны для студий звукозаписи, но в живой работе используются меньше, потому что сравнительно хрупкие. Очень тонкая (обычно алюминиевая) лента подвешена в сильном магнитном поле и при перемещении звуковыми волнами генерирует небольшой ток. Ленточные микрофоны имеют чрезвычайно низкий импеданс, обычно намного менее 1 Ом. Для повышения импеданса (и выходного напряжения) до приемлемого уровня используется трансформатор. Хотя диаграмма направленности ленточных микрофонов по определению двунаправлена («восьмерка»), они также существуют с кардиоидной или гиперкардиоидной направленностью. Микрофоны типа «Плоская лента» — это вариант ленточных. В них используется тонкая мембрана с нанесенной на неё плоской (планарной) катушкой.

Угольный:

Эти микрофоны были в прошлом очень распространены — по одному такому стояло в каждом телефоне старой конструкции. Угольный микрофон имеет одно важное преимущество перед любым другим типом — он усиливает сигнал! Эти микрофоны нуждаются в питании, обеспечиваемом телефонной линией. Усиление микрофона таково, что для нормального телефонного разговора не требуется дополнительного усиления даже на значительном расстоянии. На заре телефонии для работы телефонной сети это было настолько важно, что если бы не угольный микрофон, то телефон никогда не стал бы полезен (не говоря уже о получении признания). Дешевое и надежное усиление в настоящее время сделало их ненужными. В качестве краткого примечания стоит упомянуть, что телефонная система использует питание 48 В (см. фантомное питание ниже).

2.3 Технические характеристики

Уровень выходного сигнала микрофонов в идеале должен быть оценен в милливольтах на Паскаль (мВ/Па), хотя существует много иных вариантов. Другие используемые соглашения включают дБм при 0,1 Па (это число всегда будет отрицательным). Все новые микрофоны, как правило, должны быть рассчитаны в дБВ на Па, где 0 дБ = 1 В. Например, можно констатировать чувствительность микрофона, как минус 44 дБВ (ссылка на 1 Па иногда только подразумевается), что переводит к 6,31 мВ на 94 дБ УЗД (SPL). В некоторых странах могут сохраняться и другие стандарты.

1 Па = 10 мкБар = 94 дБ УЗД
0,1 Па = 1 мкБар = 74 дБ УЗД
1 дин/см² = 0,1 Па = 1 мкБар

Существуют также такие оценочные параметры, как уровень шума (они сильно различаются как по выходному шуму, так и по тому, как он указан), выходное сопротивление, рекомендуемое сопротивление нагрузки, диаграмма направленности, АЧХ и т.д. Без графика, показывающего фактическую АЧХ, заявления о неё не имеют смысла, а для направленных микрофонов необходимо также указывать расстояние между источником звука и микрофоном. В этом отношении особенно плохи спецификации к дешевым микрофонам, в которым нередко можно видеть частотную характеристику, указанную (к примеру) как 50…20000 Гц. Поскольку не приведены больше никакие другие ограничения (например, по уровню ± 3 дБ), она лишена смысла — на этот частотный диапазон будет реагировать любой микрофон, но возможно, что с завалом минус 20 дБ на крайних значениях с большими колебаниями уровней выходного сигнала между ними.

Надлежащий график, показывающий отклик на всех частотах, быстро покажет фактическую АЧХ, хотя многие производители микрофонов общего назначения нередко не указывают расстояние между микрофоном и источником звука или метод, используемый для измерения.

Диаграмма направленности также покажет направленность относительно сетки различных частот. Когда частота уменьшается, диаграмма направленности обычно приближается к всенаправленной, хотя некоторые микрофоны сохраняют превосходную направленность даже на очень низких частотах (секрет заключается в задней камере).

3.0 Подтипы микрофонов

Существуют микрофоны, которые, как кажется, существенно отличаются от описанных выше. Однако, это не так, поскольку основные характеристики и типы преобразователей не изменяются, просто добавляются (либо изменяются) различные дополнительные конструктивные или схемотехнические особенности для обеспечения дополнительной функциональности.

Радиомикрофоны (RF):

Они доступны во многих вариантах и профессиональные могут быть очень дорогими. Обычный микрофонный преобразователь, имеющий одну из перечисленных выше характеристик направленности, подключается к небольшому радиочастотному (РЧ) передатчику, поэтому микрофон можно использовать без кабелей. Передатчик для профессиональных радиомикрофонов требует превосходной стабильности частоты, а приемники являются узкоспециализированными, чтобы не допускать выпадения сигналов и в любое время поддерживать хорошее соотношение сигнал/шум (SNR).

Раньше эти микрофоны для их правильного применения требовали специальных знаний и опыта, но сейчас стали обычным явлением и проблемы с ними возникают лишь у немногих людей. У многих микрофонов есть автоматическое ограничение и компрессирование, которыми нужно правильно управлять, потому что компрессирование ограничивает динамический диапазон голоса хороших певцов, заставляя их звучать сравнительно ровно и безжизненно.

Микрофоны зоны давления (PZM™):

Микрофон зоны давления (Pressure Zone Microphone) известный также, как граничный микрофон — это электретный микрофон специального применения. Миниатюрный электретный датчик смонтирован на небольшом расстоянии (обычно менее 1 мм) от плоской пластины и обращен к ней. Они часто используются на полу или стенах, столах (для конференций и т.п.), но могут быть прикреплены также к большим плоским дискам или пластинам. Они обладают исключительными характеристиками и при осторожном использовании могут эффективно уменьшать реверберацию.

Существует несколько вариантов этой техники, предусматривающих использование одного стереомикрофона, дешевые «подделки» производства Radio Shack (Tandy в Австралии), называемые граничным микрофоном, но без характеристик настоящего PZM, а также несколько других моделей.

Манекенная микрофонная система:

Метод манекенной микрофонной системы обеспечивает исключительные характеристики, но запись может дать полный эффект только при прослушивании через наушники. Электретные микрофонные капсюли либо встраиваются в настоящую пустышку (можно использовать парики… познакомьтесь с Йориком ниже), либо миниатюрные капсюли звукорежиссер носит в ушах. При воспроизведении через наушники, по существу, восстанавливается исходное звуковое поле и слушатель слышит звук, как если бы он был там «внутри».

Привлекательность этого метода ограничивается необходимостью в наушниках.

Узконаправленный:

Узконаправленные микрофоны достойны для себя полноценной статьи. Обычно довольно длинные, они имеют экстремальную диаграмму направленности и, как правило, воспринимают звук только в непосредственной близости от оси направленности микрофона. Есть несколько способов сделать микрофоны узконаправленными. Конструкция включает длинный «ствол» с прорезями, предназначенными для создания интерференционной картины, подавляющей звук со стороны и многоэлементные конструкции с фазовым и амплитудным балансом между элементами. Старый метод заключался в использовании нескольких тонких трубок разной длины, при том, что самая длинная находится в центре и окружена маленькими трубками.

Некоторые узконаправленные микрофоны используют комбинацию методов, а также специально выполненную заднюю камеру микрофонного капсюля. Эти микрофоны полезны для локальной записи звука (для фильмов или телевидения), записи природы и в любом другом месте, где требуется очень точное позиционирование.

4.0 Особенности конструкций

Изложенное ниже предназначено для представление об основных составных частях микрофонов. Это основные конструктивные узлы и, хотя некоторые микрофоны (например, динамические) можно использовать без дополнительных схем, кроме небольшого трансформатора (не всегда применяемого), для большинства других могут потребоваться дополнительные компоненты.

Поскольку динамический микрофон является одним из самых распространенных (или так может показаться непосвященным), он и будет рассмотрен в первую очередь.

Рис. 1 Конструкция динамического микрофона

Обобщенная конструкция динамического микрофона показана на Рис. 1. Диафрагма соединена со звуковой катушкой, подвешенной в сильном магнитном поле. Когда диафрагма (и, следовательно, катушка) движется согласно с воздействующими на нее звуковыми волнами, в катушке генерируется электрический ток. В идеальном микрофоне электрический ток будет точной копией акустического сигнала, но на самом деле это не так.

Показанный элемент (известный также, как капсюль) имеет вентиляционное отверстие (обозначенное звёздочкой «*»). Обычно это делается для создания требуемой характеристики направленности. Для всенаправленного динамического микрофона задняя часть была бы запечатана. Однако, как и во всех всенаправленных микрофонах, всё равно должно быть небольшое отверстие для выравнивания давления воздуха с обеих сторон диафрагмы. Без вентиляционного отверстия под влиянием колебаний атмосферного давления она будет смещаться.

Как можно видеть, эта конструкция очень похожа на небольшой динамик и, действительно, динамик будет работать как микрофон (а динамический микрофон может также воспроизводить звук). Естественно, что и динамик и микрофон оптимизированы для их предполагаемого применения и ни один не работает особо хорошо, если полностью изменить его роль. Динамик в качестве микрофона используют 99% систем внутренней связи (интеркомов).

Типичные динамические микрофоны имеют сопротивление около 150…300 Ом, хотя для некоторых из них оно выше или ниже этого значения. Хотя может показаться заманчивым согласование импеданса микрофона и предусилителя, но так делать не рекомендуется, т.к. это снизит уровень сигнала на 6 дБ и, таким образом, уменьшит отношение сигнал/шум.

Рис. 2 Конструкция ёмкостного микрофона

Ёмкостный микрофон намного проще механически, но для хороших характеристик решающее значение имеет качество применяемых материалов. Поскольку емкость очень мала, то сопротивление изоляции должно быть очень высоким, равно как и входное сопротивление следующего каскада. Нередко входное сопротивление каскада преобразования полного сопротивления превышает 1 ГОм.

Хотя показанный на Рис. 2 капсюль снабжен демпфирующим материалом, в действительности это не всегда так. Расстояние между диафрагмой и задней частью корпуса может быть достаточно маленьким, чтобы не возникало вредных эффектов в пределах звукового диапазона. Как и во всенаправленном динамическом микрофоне, для выравнивания давления воздуха предусмотрено вентиляционное отверстие.

Для того, чтобы микрофон работал, задняя панель должна быть поляризована. Для обеспечения приемлемого уровня сигнала может быть недостаточно даже 48 В фантомного напряжения. Для некоторых моделей может потребоваться напряжение до 200 В. Это накладывает существенные ограничения на изоляцию и означает, что такие микрофоны могут подвергаться неблагоприятному воздействию влаги.

В некоторых случаях капсюль микрофона может иметь две диафрагмы, каждая из которых расположена как можно ближе к задней панели. Это создаст микрофон с двунаправленной диаграммой направленности («восьмерка»). Такой всенаправленный сигнал может оказаться сюрпризом, поскольку звук, приходящий к задней части микрофона, экранирован от диафрагмы самим микрофоном, однако, такое применимо лишь на очень высоких частотах. Многие микрофоны Neumann используют капсюль с двойной диафрагмой и переключают одну из них, чтобы изменить характеристику направленности с кардиоидной на двунаправленную.

Диафрагма ёмкостных микрофонов должна быть проводящей, поэтому обычно используют металлизированную пластиковую пленку (популярен лавсан). Металлизированная пленка должна быть защищена от влаги, поэтому может находиться внутри капсюля. Почти во всех случаях капсюль будет иметь крошечное отверстие для прохождения воздуха, чтобы давление воздуха внутри корпуса соответствовало атмосферному. Если бы этого не было предусмотрено, расстояние между диафрагмой и задней стенкой зависело бы от атмосферного давления.

Электрически ёмкостный микрофон может быть представлен источником сигнала последовательно с ёмкостью, равной ёмкости самого капсюля. Как отмечалось выше, она будет очень низкой. Типичный конденсаторный микрофон (например, Neumann U47) имеет емкость около 80 пФ (см. Список литературы).

Исторически, в течение многих лет, эти микрофоны были известны, как конденсаторные. «Конденсатор» — старый термин для ёмкости.

Рис. 3 Конструкция электретного микрофона

Электретные микрофоны (иногда их называют «ЭЁМ» — электретный ёмкостный микрофон) работают по тем же общим принципам, что и традиционный ёмкостный микрофон. Вместо поляризующего постоянного напряжения задняя пластина представляет собой электретный материал (т.н. «задний электрет»). Этот материал представляет собой пластик, подвергаемый во время обработки воздействию сильного электрического поля, вследствие чего он постоянно (более или менее) сохраняет заряд. Поверхность электрета должна быть металлизирована, чтобы обеспечить ее проводимость. Некоторые электретные микрофоны в качестве электретного элемента используют диафрагму (и соответствующую заднюю пластину) и, хотя это работает очень хорошо, у них нет неограниченного срока службы. Как указано выше, требуется вентиляция.

Показанный на рисунке полевой транзистор (FET) для потребительских электретных микрофонов почти всегда интегрирован в сам капсюль. Это преобразователь импеданса и в большинстве случаев резистор от затвора к общему проводу (заземление, корпус микрофона) отсутствует. Это одна из причин того, что электретные микрофоны могут плохо реагировать на внезапный громкий звук и на несколько секунд могут потерять чувствительность. Для правильного смещения полевого транзистора цепь его затвора полагается только на поверхностную утечку.

Хотя выше заявлялось, что динамические микрофоны кажутся наиболее распространенными, их уверенно перешибают электретные. Электретные микрофоны используются во всех современных телефонах, в том числе в мобильных телефонах (т.н. сотовые телефоны), автоответчиках, компьютерных гарнитурах и практически любом электронном оборудовании, воспринимающем голосовые команды, шум и т.д. Электрет был самым успешным из когда-либо разработанных микрофонных капсюлей — каждый год их производится более 100 миллионов! Тем не менее, в последнее время начинают доминировать микрофоны MEMS (см. ниже) и со временем они захватят ещё бо́льшую долю рынка.

Рис. 4 Конструкция ленточного микрофона

Ленточный микрофон занимает особое место в сердцах многих звукорежиссеров. Им присуща двунаправленность («восьмерка»), хотя его часто модифицируют, чтобы получить более «традиционные» диаграммы направленности. Поскольку сопротивление ленты очень низкое, во всех таких микрофонах используется трансформатор, чтобы поднять сопротивление и выходное напряжение до более приемлемых уровней. Трансформатор почти всегда находится в том же корпусе, что и сам капсюль микрофона.

Многие из ленточных микрофонов часто бывают хрупкими. Тем не менее, среди них есть и действительно очень надежные. Поскольку в ленточных микрофонах используется относительно большая диафрагма (намного бо́льшая, чем в большинстве других микрофонов), они могут быть очень чувствительными к движению воздуха, даже на дозвуковых частотах.

Однако, высокий уровень звукового давления обычно не влияет на работу ленточного микрофона. При условии, что лента остается внутри зазора, почти ничто не вызывает искажений выходного сигнала ленточного микрофона, кроме упомянутого выше движения воздуха, которого следует избегать. Даже внешне лёгкое движение воздуха может перекосить ленту, которую затем необходимо заменить. Некоторые производители используют «плоские» ленты — такая лента в истинном смысле этого слова лентой не является, а представляет собой металлизированную катушку, напечатанную на тонкой пластиковой подложке. По литературным данным они очень прочные.

Из-за относительно низкого уровня выходного сигнала (даже после трансформатора) для ленточных микрофонов требуется очень малошумящий предусилитель. У них очень низкий собственный шум, поэтому шум предварительного усилителя может легко превысить шум самого микрофона.

Рис. 5 Конструкция микроэлектромеханического (MEMS) микрофона

Микрофоны MEMS (Micro Electro-Mechanical Systems) во многих применениях заменяют сейчас электретные. Они изготавливаются с использованием традиционных процессов кремниевого травления, когда слои различных материалов наносятся на кремниевую пластину, а нежелательный материал затем вытравливается. За счёт этого создается подвижная мембрана и фиксированная задняя пластина над полостью в базовой пластине. Задняя пластина капсюля представляет собой жёсткую перфорированную конструкцию, позволяющую воздуху легко проходить через нее, а мембрана — тонкую упругую конструкцию, изгибающуюся в ответ на изменение давления воздуха, вызванного звуковыми волнами.

Изменения давления воздуха, создаваемые звуковыми волнами, заставляют тонкую мембрану изгибаться, в то время, как воздух проходит через перфорации, более толстая задняя пластина остается неподвижной. Движение мембраны вызывает изменение емкости между мембраной и задней пластиной, преобразовывающейся в электрический сигнал с помощью ASIC (специализированная интегральная микросхема). Микрофоны MEMS всегда требуют питания, обычно 3,3 В, с током в несколько сотен мкА.

Микрофоны MEMS являются прочными и почти всегда выполнены в виде SMD (устройства для поверхностного монтажа), что позволяет размещать их на печатной плате вместе с другими SMD-компонентами. В то время, как некоторые из них имеют хороший отклик на низкой частоте, большинство предназначены для использования только с речевыми сигналами. Они могут иметь аналоговый выход, хотя многие обеспечивают цифровой выход в виде модуляции скважности импульсов (PDM/ШИМ), преобразующийся микропроцессором в «традиционный» поток цифровых данных.

Микрофоны MEMS доступны со звуковым портом сверху или снизу. Нижний порт, как показано на чертеже, обеспечивает достаточно большую заднюю камеру, что улучшает низкочастотный отклик и чувствительность. В микрофонах с верхним портом задняя камера очень мала (только размер передней камеры на чертеже), что обычно ведет к снижению чувствительности. Небольшие полости (камеры) действуют также как резонаторы Гельмгольца и могут использоваться для настройки частотной характеристики, особенно на высоких частотах, где размер камеры по сравнению с длиной волны становится существенным. Большинство микрофонов MEMS крошечные, с типичным размером корпуса всего 3 x 4 x 1 мм, а некоторые еще меньше. По мере уменьшения размера корпуса добиться хороших характеристик становится всё труднее, в частности, из-за очень малых размеров задней камеры.

5.0 Схемы включения

Для микрофонов, которым требуется питание, наиболее распространенным вариантом является фантомное питание P48. При этом применяется номинальное постоянное напряжение + 48 В, подаваемое на оба сигнальных провода через резисторы номиналом 6,81 кОм. Хороший пример микрофона с питанием P48 описан в Проекте 93, а Проект 96 описывает источник питания + 48 В и схему подключения P48. Для полноты картины на Рис. 6 показана обобщенная схема системы фантомного питания + 48 В. Хотя резисторы питания показаны номиналом 6,81 кОм, вместо них можно использовать резисторы по 6,8 кОм. Рекомендуется, чтобы они были согласованы с точностью до 0,1%, дабы не было скомпрометировано отклонение синфазного режима.

Рис. 6 Фантомное питание P48 (+ 48 В)

Несмотря на то, что напряжение источника фантомного питания было стандартизировано на уровне + 48 В, существует множество источников питания, не соответствующим этим требованиям, работающих при напряжении 30 В или даже ниже. Хотя микрофоны, разработанные для питания P48, могут работать и с этими низковольтными источниками, но они могут и не работать. В общем, источник фантомного питания должен обеспечивать + 48 В. Допустимый диапазон колебаний напряжения для P48 составляет от 38 В до 52 В. Возник «новый» субстандарт, называемый P24 (20 В…26 В), но это (ИМХО) серьезный шаг назад из-за создания потенциально катастрофической несовместимости между конкурирующими стандартами.

Некоторое время назад, в конце 1960-х годов, Neumann (прославленный микрофонами) преобразовал свои ламповые конденсаторные микрофоны в твердотельные. Они определились с системой дистанционного питания, которую назвали «Phantom Power», что составило торговую марку Neumann. Хотя другие производители изначально избегали использования наименования этой торговой марки (вместо этого использовали такие термины, как «симплекс»), со временем термин «фантомное питание» стал общепринятым. Стандарт DIN 45596 описывает питание любого устройства, применяющего схему фантомного питания P48.

Поскольку фантомное питание является синфазным (оно одновременно подается на оба вывода микрофона), подключение балансного динамического микрофона к «активному» каналу микшера с питанием P48, микрофон не повредит. Микрофон может начать издавать странные и/или громкие и/или грубые звуки при ухудшении внутренней изоляции (из-за возраста, заплёвывания слюной, пивом, ромом-колой и т.д. и т.п.). Обычно, если в питании по P48 нет необходимости, его лучше отключать.

Фантомное питание — не единственный способ питания микрофонов. Другой стандарт называется T12, иначе называемый «поперечное питание», «питание A-B», «параллельное питание», а иногда и его полное название «Tonader 12V» (он возник в Германии). За пределами киноиндустрии он обычно не применяется и абсолютно несовместим с питанием P48. Могут быть изготовлены адаптеры, но они требуют применения трансформатора.

Система T12 использует резисторы питания по 180 Ом и источник питания 12 В, но постоянный ток не передается в качестве синфазного сигнала, аналогично фантомному питанию. Что касается разъема микрофона XLR, то положительное постоянное напряжение подается на контакт 2, отрицательное — на контакт 3, а заземление — на контакт 1. Однако, существует и обратная версия, с положительным полюсом на контакте 3 и отрицательным на контакте 2. Динамические микрофоны, скорее всего, повредятся при случайном подключении при включенном питании T12.

Ламповые конденсаторные микрофоны почти всегда требуют специального внешнего источника питания и часто используют многоконтактные разъёмы. Из-за тока, необходимого для накала лампы и составляющего 2…4 мА, питание от P48 для них совершенно не подходит. Эти источники питания будут специфичны для конкретного микрофона — насколько я знаю, у производителей нет и не было стандартов, поэтому каждая модель будет отличаться от других.

6.0 Общие правила применения

Для живых применений количество «открытых» микрофонов (т.е., подключенных и воспринимающих звук) должно быть минимальным. Ненужное использование большого количества открытых микрофонов создает чрезмерные искажения по типу гребенчатого фильтра. Это снижает разборчивость и увеличивает проблемы с обратной связью. Существует множество рекомендаций, которые можно найти, например, могут советовать свести к минимуму количество разных микрофонов. Исключение составляют микрофоны для перкуссии (направленные накладные расходы) и для бас-барабанов (высокая динамическая скорость). Размещение любого микрофона слишком близко к инструменту, источнику звука или поверхности влияет на его реакцию. Этот эффект может быть хорошим или плохим, в зависимости от того, чего вы пытаетесь достигнуть.

В сети есть много сайтов, которые дают общее представление о том, какой микрофон использовать, но это в основном вопрос личных предпочтений. Каждый, кто использует микрофоны, имеет разные идеи относительно оптимального размещения и типа. Некоторые из них являются разумными, некоторые хорошими, а многие (IMHO) просто ошибочными. Существует одна вещь, которая почти никогда не упоминается, — то, что место, куда вы помещаете микрофон, может изменить его характеристики.

Если микрофон расположен очень близко к поверхности (будь то стена, пол, кожа барабана или лицо певца), он больше не будет обладать теми характеристиками направленности, с которыми вы его приобрели. Точно так же, удерживание микрофона таким образом, чтобы рука перекрывала заднюю часть микрофонного шара, изменит диаграмму направленности радикально и непредсказуемо.

Существует также кое-что, многим не совсем понятное — а именно, какой уровень выходного сигнала можно получить от микрофона. Типичный динамический микрофон легко способен выдавать 0,5 В (500 мВ) среднеквадратичного значения, если его держать близко ко рту и громко в него петь (или в моем случае кричать). Это может показаться экстремальным, но посмотрите, в качестве примера, на спецификацию SM58: при 1 Па УЗД (94 дБ) выходной сигнал составит 1,85 мВ, поэтому при 114 дБ УЗД получается уже 185 мВ — на близком расстоянии громко кричать может любой. Наконец, при УЗД чуть ниже 123 дБ вы получите 500 мВ. Хотя это может показаться довольно экстремальным, но таких уровней с близкого расстояния могут достигать многие вокалисты. Правильная техника пользования микрофоном включает в себя «отстранение» от микрофона при громком пении и сближение для мягких пассажей. Это естественный «компрессор» вокалиста, но многие певцы вообще не имеют никакой техники пользования микрофоном (кажется, что все больше людей не имеют вообще никакой техники пения, но это уже другой вопрос).

На этих уровнях вы можете полностью забыть об использовании электретных микрофонов, т.к. они будут сильно искажать. Поскольку их чувствительность намного выше, чем у обычных динамических микрофонов, они могут попытаться воспроизвести среднеквадратичное значение 3…5 В при одном и том же уровне звукового давления (123 дБ), что невозможно при использовании стандартных электретных капсюлей. Это особенно актуально, если они питаются от батареи напряжением 1,5 В! Такие микрофоны очень распространены (и очень бесполезны для большинства применений).

7.0 Заключение

Хотя эта статья только затронула проблему, но является хорошей отправной точкой. Нюансов остаётся очень много, но приведенная выше информация охватывает большинство микрофонов общего пользования.

В качестве эксперимента я недавно был вынужден (а планировал сделать это более года назад), построить Йорика (как в «Увы, бедный Йорик, я хорошо его знал» — Шекспир). Йорик — это микрофонная система с манекеном головы, а подробности доступны в Проекте 112, однако, вы можете создать свою собственную версию. Тесты очень обнадеживающие, с удивительной способностью определять источник звука.

Рис. 7 Моя манекенная микрофонная система «Йорик»

Несмотря на то, что вы можете приобрести уже изготовленный макетный микрофон Neumann, Gras или Brüel&Kjær, я подозреваю, что цена будет довольно сильным сдерживающим фактором. Существуют и другие методы достижения почти такого же результата, но есть нечто очень приятное в том, чтобы иметь «настоящую» головку, а не пластиковый или MDF-диск с микрофонами на каждой стороне (волосы, конечно, не обязательны). В каждом капсюле используется плата микрофонного усилителя Проекта 93. В моем случае у меня уже был подходящий многоцелевой предусилитель, но самый простой способ собрать устройство — это микрофонный усилитель по Проекту 93.

8.0 Ссылки

Электретные микрофоны — питание и применение

© Rod Elliott (ESP) — 2015

Публикация: январь 2017

Вступление

Из всех когда-либо созданных микрофонов электретные заняли позицию № 1 со значительным отрывом и в удивительно короткое время. Впервые появившись в 1970-х годах, они используются в самых дешевых микрофонах для персональных компьютеров, подавляющем большинстве всех новых телефонов, высококачественных устройствах записи и полностью сертифицированных системах измерения шума. В настоящее время получают широкое распространение микрофоны MEMS (микроэлектромеханические системы), но можно ожидать, что в течение некоторого времени электретные микрофоны останутся доминирующими во многих областях.

В этой статье рассматриваются, в основном, различные схемы, применяемые для их питания. Также будут рассмотрены преимущества и недостатки некоторых схем. Идеи, положенные в основу конструкции некоторых из них очень хорошо разработаны, в то время как другие невероятно сложны без ожидаемой выгоды. Чрезвычайно трудно определить также, где некоторые идеи впервые появились на свет и кто был за это ответственным. Из-за этого сложно отдать должное авторам, потому что в нескольких случаях я так и не смог определить первоначального разработчика.

1 Характеристики капсюля электретного микрофона

В ранних электретных микрофонах использовалась «предварительно поляризованная» диафрагма с металлическим покрытием, нанесенным под вакуумом, чтобы сделать диафрагму проводящей. Эти микрофоны были ненадежными и часто теряли свой поляризационный заряд, что приводило к выходу микрофона из строя. Нынешние микрофонные капсюли почти исключительно «обратно электретные» — опорная пластина диафрагмы является одновременно второй частью конденсатора и удерживает электретный «заряд».

Эти микрофоны доступны в широком диапазоне размеров и, хотя самые распространенные являются всенаправленными (звук воспринимается более или менее одинаково независимо от направления), доступны также направленные версии. Принцип обратного электрета защищает электретный материал от возможных загрязнений, а новейшие капсюли имеют длительный срок службы и стабильные условия эксплуатации. Они настолько хороши, что постоянно заменяют традиционные высоковольтные микрофоны с поляризованными постоянным напряжением конденсаторами даже для самых требовательных применений.

Основным недостатком электретных микрофонов является внутренний предусилитель. В лучших измерительных микрофонах встроенный предусилитель на полевом транзисторе не используется, но ожидается, что входной предусилитель микрофона будет иметь входное сопротивление не менее 1 ГОм, а часто и больше. Электретный капсюль подключается непосредственно к предусилителю, с использованием стандартного разъёма и схемы подключения. В большинстве случаев предусилитель идентичен предусилителю, используемому в настоящем ёмкостном микрофоне, за исключением того, что не требует поляризующего напряжения (обычно около 200 В).

Внешний предусилитель может быть настроен для обработки высокого напряжения сигнала — как правило, до среднеквадратичного значения 4 В. Выходной сигнал большинства измерительных микрофонов составляет около 50 мВ/Па (то есть 50 мВ при УЗД 94 дБ). Максимальный уровень выходного сигнала достигается при УЗД, равном 132 дБ.

С другой стороны, типичный электретный капсюль, покупаемый у местного поставщика электроники, имеет встроенный полевой транзистор и рассчитан на питание от одного сухого элемента напряжением 1,5 В. Поскольку эти капсюли работают от низкого напряжения, их способность выдерживать высокий уровень УЗД предельно ограничена. Даже если увеличить напряжение питания, внутренний полевой транзистор ограничивает предельный уровень и обычно существенно.

Новичкам не поможет информация, что чувствительность электретных капсюлей обычно указывается как, к примеру, минус 35 дБ (± 4 дБ) по отношению к 0 дБВ при 1 Па. Это требует вычисления выходного уровня пользователем, чтобы получить хоть что-то разумное. Вышеуказанная спецификация сводится к:

V = 1/антилог (дБ/20)
V = 1/антилог (35/20) = антилог (1,75)
V = 1/56 = 0,018 V = 18 мВ/1 Па

Следовательно, микрофон с чувствительностью минус 35 дБ относительно 1 В/Па имеет выходной сигнал 18 мВ при 1 Па или 94 дБ УЗД. С дешевыми капсюлями это значение изменяется в довольно широких пределах, хотя и максимальный УЗД, вообще-то, довольно ограничен. Те капсюли, которые я тестировал, подходят для УЗД около 100 дБ, но после этого их искажения быстро возрастают. Уровень искажений на уровне звукового давления 114 дБ обычно слишком высок, поэтому эти дешевые микрофоны должны применяться только при сравнительно низких уровнях (микрофоны для, например, певцов, ударных или прямо перед гитарным усилителем будут давать сильные искажения). Те же зависимости будут характерны и для любой другой спецификации, где значение составляет 1 В/Па.

2 Технические характеристики

Уровень выходного сигнала микрофонов должен быть рассчитан в милливольтах на Паскаль (мВ/Па), хотя существует много вариаций. Другие используемые условные обозначения включают дБмП или дБн (относятся к 775 мВ) или дБВ (относится к 1 В) при 0,1 Па (это число всегда будет отрицательным). В некоторых странах и у некоторых производителей сохраняются старые стандарты. Кажется, нет никакой логической зависимости, но очень раздражает необходимость постоянно конвертировать единицы.

1 Па = 10 мкБар = 94 дБ УЗД
0,1 Па = 1 мкБар = 74 дБ УЗД
1 дин/см 2 = 0,1 Па = 1 мкБар

Существуют также оценки шума (сильно различающиеся как по выходному шуму, так и по его определению), выходное сопротивление, рекомендуемое сопротивление нагрузки, диаграмма направленности, АЧХ и т.д. Заявления об АЧХ не имеют смысла без графиков, показывающих фактическую АЧХ, а для направленных микрофонов должно также указываться расстояние микрофона от источника звука. В этом отношении особенно плохи дешевые микрофоны, для которых нередко можно видеть, что частотная характеристика указана как, например, 50…20000 Гц. Поскольку никакие ограничения больше не указаны (например, ± 3 дБ), это бессмысленно — на такой частотный диапазон будет реагировать любой микрофон, но может быть с уровнем минус 20 дБ на крайних значениях, с большими вариациями уровня сигнала между ними.

Даже дешевые электретные капсюли обычно имеют очень хорошую АЧХ, но только для всенаправленных типов. Дешевые направленные капсюли в лучшем случае являются лотереей и, как и все направленные микрофоны, обычно имеют низкую частотную характеристику, если не используются очень близко к источнику звука. В этом случае часто сильно усиливается бас (из-за эффекта близости).

3 Питание микрофона

Этот раздел расширяет информацию, представленную в разделе «Микрофоны». Я не собираюсь рассматривать капсюли, требующие внешнего предусилителя на полевом транзисторе, поскольку они требуют от конструктора доступа к резисторам, по крайней мере, 1 ГОм (1000 МОм), а часто и больше. Кроме того, могут помочь чистые помещения, поскольку даже незначительные загрязнения могут привести к снижению импеданса, шуму или даже вообще к отказу в работе. Микрофонные капсюли без встроенных предусилителей обычно находятся на самом верху ценовой «лестницы». Они также довольно хрупкие, и их слишком легко повредить.

Следовательно, я рассмотрю более распространенные типы. В первую очередь это касается питания микрофона, как полноценной системы, но существуют и схемы, представляющие собой, по-видимому, полную микрофонную систему только с капсюлем и несколькими другими компонентами.

Рис. 8 Базовые схемы питания микрофонного капсюля

На Рис. 8 показаны две наиболее распространенные возможные схемы питания, которые нельзя рекомендовать для какого-либо серьезного применения. Существует множество их вариантов, в которых для увеличения уровня выходного сигнала применяется индуктивность. В версии «А» напряжение источника питания 1,5 В слишком мало, чтобы быть эффективным и её действительно необходимо существенно доработать, чтобы она пригодилась для чего-либо, кроме случайных любительских записей. Микрофоны звуковой карты персонального компьютера (версия «B») используют аналогичную схему, за исключением того, что напряжение питания составляет + 5 В от источника питания компьютера и некоторые из них почти полезны для низкокачественной записи речи низкого уровня.

Как показано на Рис. 8, стандартный разъем для подключения микрофона персонального компьютера представляет собой стерео мини-джек (диаметром 3,5 мм). Заземление и экран — как всегда, гильза; сигнал поступает на кончик, а постоянное напряжение питания подается через кольцо. Предположительно, сигнал и напряжение питания были разделены, чтобы предотвратить возможные проблемы, вызванные подачей постоянного тока на входную цепь микрофона, но IMHO сама идея была с самого начала несколько ошибочной.

Помимо нескольких упрощенных примеров эта статья будет посвящена фантомному питанию (DIN 45595). Во всех случаях фантомное питание должно обеспечиваться при номинальном значении + 48 В. Сейчас доступно много оборудования, предполагающего, что многие микрофоны с фантомным питанием будут нормально работать при его меньшем (часто намного) значении, чем 48 В. Это крайне плохая практика, поскольку существуют также микрофоны с фантомным питанием, которые не будут работать при напряжениях, намного меньших номинального. Вполне допустимо, чтобы напряжение P48 составляло всего 43 В или 53 В, т.к. оно находится в пределах допуска ±10%.

Традиционно P48 подается на две сигнальных линии балансного соединения через резисторы по 6,8 кОм. Их часто можно видеть номиналом по 6,81 кОм — дополнительные 10 Ом несущественны, но подразумевают, что резисторы должны быть точными. Утверждалось (хотя я не помню, где), что резисторы могут иметь разброс не более 0,4%, но их легко отобрать, чтобы они были намного точнее этого значения. Я бы предположил, что более подходящим является разница в 0,1% — это означает, что они могут иметь взаимное отклонение номиналов в пределах 13 Ом. Более точное согласование означает лучшее обеспечение синфазного режима, но в цепочке сигналов есть и практические ограничения, налагаемые всеми остальными компонентами.

Некоторые микрофоны используют внутренний элемент или батарею и не требуют фантомного питания. Большинство из них являются микрофонами для любителей, а кроме того, они не балансные и не подходят для профессионального применения. Как можно себе представить, для тех микрофонов, которые в качестве источника питания используют батарейку 1,5 В, максимальный выходной сигнал крайне ограничен и легко искажается даже при нормальной речи на близком расстоянии.

Рис. 9 Методы питания микрофона

На Рис. 9 показаны два основных метода питания электретных микрофонов. Наиболее распространенным и рекомендованным для всех случаев является фантомное питание (известное также, как P48). Следует избегать альтернативного T-Power, поскольку оно несовместимо с P48 (хотя адаптеры и существуют, но они могут либо работать либо не работать) и слишком легко подключить не тот тип микрофона, чем повредить его. Как, вероятно, можно догадаться по «галке» и «кресту», у меня имеется довольно четкое мнение об этих двух схемах питания.

Фантомное питание использует одинаковое напряжение на контактах 2 и 3 относительно земляного контакта 1, тогда, как в системе T-Power постоянное напряжение 12 В подается между контактами 2 и 3. В некоторых системах на контакт 2 подается +12 В относительно контакта 3, однако, всегда есть вероятность, что полярность может быть обратной. Постоянное напряжение на этих контактах обычно привязано к земле (заземлению), но не всегда! Существуют также системы, в которых источник постоянного тока является плавающим — он вообще не привязан к земле.

В общем, я бы рекомендовал избегать T-Power везде, где это только возможно. Эта система способна подать через звуковую катушку динамического микрофона ток до 33 мА (фантомное питание P48 через плавающую звуковую катушку или трансформатор ток вообще не пропускает). Кроме того, T-Power между положительным проводом и землей может обеспечить ток силой до 66 мА, ограниченный резисторами по 180 Ом на каждой сигнальной линии. Для сравнения, ток короткого замыкания в системе P48 ограничен силой всего 14 мА и только в том случае, если оба сигнальных провода замкнуты на землю. Каждый их вывод ограничен током короткого замыкания силой 7 мА (48 В / 6,8 кОм).

Термин «T-Power» происходит от немецкого «Tonaderspeisung». Эта система называется также «AB Powering» и подпадает под спецификацию DIN 45595, но в некоторых кругах вы можете услышать, что её называют и по-другому (не все из названий для вежливой компании, особенно если микрофон «убит», неправильным питанием). В отличие от фантомного питания P48, T-Power может повредить динамические микрофоны и микрофоны с фантомным питанием (и, возможно, микрофоны других типов), не предназначенных для этой системы. К счастью, она становится все менее и менее распространенной. Как и следовало ожидать, фантомное питание, в свою очередь, с очень большой вероятностью повредит T-Powered микрофон.

Микрофоны T-Powered до сих пор широко используются с некоторым звуковым оборудованием для фильмов, а также для «ENG» — сбора электронных новостей для радио или телевидения. Sennheiser по-прежнему выпускает ряд радиочастотных «конденсаторных» микрофонов, доступных как в T-Power, так и в P48. Системы T-Power во многих отношениях являются их злейшим врагом. Не существует не только строгого соглашения о полярности (что само по себе может привести к катастрофическим последствиям), но в некоторых случаях источник питания может быть полностью плавающим и вообще не использовать соединение с экраном (земля/заземление/контакт 1), в то время как в других гальваническая связь с землей имеется. Для электроники это на самом деле безразлично, однако, это дает еще одну причину для споров, не приносящих никакой пользы. Альтернативное соединение на Рис. 9 показано серым (показанное на нем пунктирное соединение с плавающим источником питания не используется).

Некоторые из старых «конденсаторных» (ёмкостных) микрофонов имели собственный специальный источник питания и использовали многоконтактный разъем для различных напряжений. Это было особенно справедливо для ламповых микрофонов, которые не могли использовать фантомное питание, потому что их требования по силе тока питания накала были намного выше того, что может быть обеспечено P48. Эти источники питания используются последовательно с микрофоном и обычно имеют стандартный выход XLR, на котором постоянные напряжения отсутствуют. Во многих таких микрофонах, для обеспечения полной гальванической развязки, применяется трансформатор, предотвращающий, таким образом, образование «земляной петли».

Наконец, во многих тестовых и измерительных микрофонах применяется питание по токовой петле 4 мА. Это совершенно другой подход по сравнению с другими методами, заключающийся в том, что он не балансный. Несмотря на заявления об обратном, небалансная система может быть такой же тихой и так же подавлять шум, как и балансная система, хотя в некоторых крайних случаях высокочастотные помехи могут всё-таки вызывать проблемы. Полная система микрофонов на 4 мА с электретным капсюлем, описана в Проекте 134. Для этой системы обычно применяется источник питания напряжением 24 В, а «формирователь» (источник тока) обеспечивает постоянный ток силой 4 мА для каждого подключенного микрофона.

4 Питание капсюля

Именно здесь мы на самом деле начинаем рассматривать множество различных схем, которые были для этого использованы. Помните, что эта статья посвящена электретным микрофонным капсюлям со встроенным предусилителем на полевом транзисторе, поэтому некоторые из более экзотических схем не применимы.

Во многих из опубликованных схем питания электретных капсюлей с помощью фантомного питания Р48 были предприняты попытки обеспечения симметричности схемы. Хотя многие из этих схем могут показаться идеально сбалансированными, это может быть далеко не так.

Рис. 10 Схемы питания микрофонов, которых следует избегать

Схемы, показанные выше на Рис. 10, являются одними из тех, которые можно встретить в сети. К сожалению, после нахождения этого конкретного набора рисунков (который я перерисовал и немного изменил), я не смог найти его снова, чтобы отдать должное авторам. Хотя схемы «C» и «D» выглядят красиво и симметрично и, вероятно, будут работать вполне удовлетворительно, их сопротивление слишком велико, чтобы можно было использовать достаточно длинный кабель. Схемы «A» и «B» (IMHO) вообще непригодны. Хотя приведена удобная формула, нет ничего, что указывало бы, откуда именно взялась величина сопротивления 492 Ом, что вызывает серьезные сомнения, в её реальности. Мне не удалось проверить заявленное значение путем расчета или моделирования и, скорее всего, оно будет варьировать в зависимости от характеристик применяемого полевого транзистора. Хотя эти цепи кажутся балансными по сопротивлению, на самом деле это не так и двух верхних схем следует избегать. Следует также избегать двух других схем из-за их слишком высокого выходного сопротивления.

Кроме того, не было принято никаких мер для защиты капсюля от высоких переходных напряжений, возникающих при включении фантомного питания. Это группа схем, которые никогда не должны использоваться. Что еще хуже, корпус микрофонного капсюля не имеет потенциала заземления и не может быть подключен непосредственно к корпусу, что увеличивает вероятность гудения.

Если нужно использовать электретный капсюль с фантомным питанием, я предлагаю Проект 93 не только потому, что это моя разработка, но и потому, что это проверенная схема, она хорошо себя ведет и очень хорошо работает. Капсюль заземлен, чтобы минимизировать гул и, хотя применяется только балансировка импеданса (сигнал присутствует только на одном из проводов), ни у кого, кто его собрал, не было ни малейшей проблемы с повторением конструкции.

Нет никакой пользы от использования полностью балансной цепи сигнала и, при введении необходимых защит, эти схемы могут оказаться довольно сложными. Для подавления шума важен баланс не сигналов, а импедансов! Если полное сопротивление на двух сигнальных проводах точно равно одно другому, подавление шума будет настолько хорошим, насколько его сможет обеспечить приемник.

5 Балансное соединение по сравнению с небалансным

Существует огромное количество информации о преимуществах балансных систем, но во многих случаях это неверно истолковывается, часто до такой степени, что полностью теряется первоначальный смысл. Для тех, кто этого ещё не сделал, я настоятельно рекомендую прочитать статью «Разработка высокопроизводительных балансных аудиоинтерфейсов», потому что важно правильное понимание сути проблемы.

Как отмечено в этой статье, не существует требования, чтобы симметричная цепь была симметричной или даже чтобы сигнал присутствовал на каждом из проводников. Важно лишь, чтобы полное сопротивление двух проводников было одинаковым во всем диапазоне частот. У меня было бесчисленное множество вопросов по электронной почте, демонстрирующих, что эта точка зрения не понята и люди категорически настаивали на том, что «схема должна быть симметричной». Абсолютно ненужное во всех отношениях требование, особенно из-за одного простого факта: симметричные схемы далеко не симметричны. Просто потому, что «комплементарный» к каждому NPN-транзистору PNP-транзистор симметрии не обеспечивает потому, что два этих прибора достаточно отличаются друг от друга из-за различий технологических процессов их изготовления, вследствие чего совершенно симметричная схема попросту невозможна. Да и нет в этом необходимости — такая схема может разве что радовать глаз, но не имеет значения для звука.

Как уже кратко описано, небалансное соединение часто используется для одного из наиболее важных применений, относящихся к области измерения шума. Это важно не потому, что действительно важно, а потому, что за этим стоит законодательство. Я не собираюсь рассказывать об отрасли измерения шума, но важно понимать, что измерения нужно проводить с предельной точностью, а их результаты предназначены для суда, хотя небалансные кабели считаются совершенно нормальными. Конечно это легко доказать и если бы балансные линии связи были признаны предпочтительными, они были бы использованы.

Небалансные соединения рассматриваются большинством профессионалов как неполноценные, но если все сделано правильно, они ничуть не хуже балансных. Сигнал распространяется по внутреннему проводнику, а экран защищает от внешних помех. Вполне доступен высококачественный коаксиальный кабель, который может иметь лучший экран, чем многие балансные микрофонные кабели.

При условии, что импеданс низкий и используется высококачественный кабель, микрофон почти не нуждается в балансном соединении. Балансная линия в действительности основана на соглашении, но также добавляет вторичное средство уменьшения внешнего шума. Поскольку микрофоны являются плавающим источником сигнала (не имеющим вторичного соединения с другим оборудованием), балансное соединение является избыточным. Конечно, это абсолютно не вредно и подавляющее большинство всего профессионального оборудования использует балансные интерфейсы как само собой разумеющееся. Балансные соединения необходимы для фантомного питания, потому что напряжение постоянного тока является общим для обоих проводников (одинаково присутствует на каждой из сигнальных линий) и одного этого аргумента достаточно для использования всех микрофонов в симметричном режиме.

Балансные линии стали распространенными из-за телефонной системы (в которой используется неэкранированная витая пара (UTP)). В то время, как стационарные телефоны в наши дни считаются «устаревшими», телефонная сеть предоставила огромное количество техники, номенклатуры и условностей, большая часть которых сохранилась в аудио, даже если необходимость или причина отпали. Даже стандартное фантомное напряжение 48 В взято непосредственно из телефонной системы, использовавшей 48 В с тех пор, как телефоны впервые были реализованы в больших масштабах.

На Рис. 11 показан усилитель микрофонного капсюля из Проекта 93. Эта схема применяется многими людьми во всем мире и для такого простого усилителя имеет прекрасные характеристики. Транзисторы выполнены в виде операционного усилителя класса A, а микрофон, подключен к его неинвертирующему входу. Коэффициент усиления разомкнутого контура составляет более 60 дБ, а частотная характеристика разомкнутого контура находится в пределах 1 дБ от 2 Гц до чуть менее 30 кГц. Он легко подойдет для большинства электретных микрофонных капсюлей.

Рис. 11 Схема питания электретного капсюля ESP из Проекта 93

Нормальное рабочее усиление, составляет около 10 дБ (три раза), но легко получить и единичное усиление, просто уменьшив номинал R8 до 1 кОм (обратите внимание, что R1 может потребоваться увеличить, чтобы получить симметричное ограничение, попробуйте начать с 82 кОм). Частотная характеристика простирается от ниже 8 Гц до более 100 кГц в пределах колебаний менее 0,5 дБ, а среднеквадратичное значение выходного напряжения может достигать 2 В, при этом искажения обычно ниже 0,02%. Когда усиление больше единицы, перед отсечкой выходной уровень становится немного больше. Выход псевдобалансный. В данном случае это означает, что он сбалансирован не по сигналу, а по импедансу.

В сети циркулируют и другие схемы, которые также имеют высокие параметры, но следует быть осторожным, дабы убедиться, что выбранная схема будет работать так, как заявлено. Многие профессиональные микрофоны используют сравнительно простые схемы и есть несколько «интегрированных» электретных микрофонов с фантомным питанием. Некоторым требуется не обычные 48 В, а «фантомное» питание с напряжением 15 В или около того. Некоторые схемы требуют, чтобы микрофонный капсюль был модифицирован так, чтобы стал трехпроводным. Хотя такая доработка, безусловно, работает с (подлинным) капсюлем WM61A, но с его заменителями менее надежна.

Рис. 12 Полностью балансная схема питания электретного капсюля

Моя версия схемы, приведенной выше на Рис. 12 и опубликованной в нескольких местах с различными изменениями, сильно отличается от большинства других. Она основана на схеме, которая, как утверждается, была разработана для микрофона Behringer ECM8000. Я не могу комментировать это заявление, поскольку очень похожие схемы используются несколькими производителями, причем, некоторые имеют внешний интерфейс на полевом транзисторе с P-N переходом (а не биполярном транзисторе, показанном на рисунке). Они часто используются с обычными конденсаторными капсюлями, со смещением полевого транзистора и микрофонного капсюля резисторами номиналом 1 ГОм.

Схема имеет коэффициент усиления, равный двум, потому что Q1 работает с единичным усилением, как «расщепитель фазы», ​​аналогично тем, которые используются в ламповых усилителях. В целом это довольно хорошая схема (по крайней мере, по результатам моделирования). Обратите внимание, что по сравнению с Рис. 11 положение контактов 2 и 3 поменялись местами из-за подключения Q1. Я не собирал эту схему и не могу комментировать её шумовые характеристики. Транзистор Q1 должен быть малошумящим, но неизвестно, как он соотносится со схемой из Проекта 93, показанной выше. Во многих аналогичных схемах отрицательный вывод C3 соединен с землей/заземлением, что уменьшает амплитуду выходного сигнала и увеличивает шум. Если кто-то соберет эту схему, то на свой страх и риск. Не стесняйтесь, дайте мне знать, насколько хорошо (или нет) она работает на практике.

Заключение

Несмотря на то, что электретные микрофонные капсюли часто считаются малобюджетными, в настоящее время они очень распространены в измерительных микрофонах наивысшего качества, а также для записи природы и в других местах, где требуется высокая чувствительность, относительно низкий уровень шума и широкий частотный диапазон. «Настоящие» конденсаторные (они же «ёмкостные») микрофоны обычно превосходят большинство электретов и при практически невозможно превзойти конденсаторный микрофон с большой диафрагмой самых низких уровнях шума.

Однако, ничто иное не может сравниться с электретным капсюлем по цене. Там, где когда-то было обычным делом бороться с микрофоном с подвижной катушкой (например, в дешевых измерителях уровня звука), теперь применяется электрет, имеющий большой уровень выходного сигнала, более широкий частотный диапазон и обычно более низкий уровень шума. Тот простой факт, что электреты в настоящее время широко распространены в очень дорогом оборудовании для мониторинга и измерения звука, свидетельствует о том, что они больше не являются «дешевыми и увеселительными» устройствами, которыми считались когда-то.

Несколько прискорбно (мягко говоря), что больше не производится электретный капсюль Panasonic WM61A, поскольку он был одним из самых больших достижений за все время работы этой фирмы. Хотя есть бесчисленное количество онлайн-продавцов, утверждающих, что у них для продажи есть капсюли WM61A, и настаивающих, что они подлинные, к сожалению, большинство из них является подменой в том же форм-факторе (диаметром 6 мм). У меня есть небольшое количество реальных капсюлей и довольно много «подделок», между которыми нет никакого сравнения, особенно на очень низких частотах. Заменители подходят для речи, но не для измерений, где требуется хороший ответ НЧ.

Электроника постоянно совершенствуется, поэтому на некотором этапе в не слишком отдаленном будущем (возможно) мы сможем наблюдать, как микрофоны MEMS займут всё большую долю рынка в более требовательных ролях. Тем временем, электретные микрофоны по-прежнему обеспечивают наилучшее соотношение цены и качества из всего ныне доступного.

Ссылки:

Целью данной статьи и небольшой группы проектов является создание микрофона, который, хотя и не откалиброван, но может быть эффективно использован в качестве измерительного с любым громкоговорителем или для очень качественных записей. Микрофонный усилитель данного проекта представляет собой дискретную, полностью бестрансформаторную схему класса A, обеспечивающую высокие параметры при сравнительно низкой стоимости.

Традиционно измерительные микрофоны калибруются, чтобы был известен точный выходной уровень сигнала для данного уровня звукового давления, а амплитудно-частотная характеристика предсказуема и точна. Это прекрасные цели, но лишь немногие производители динамиков могут себе позволить (или могут оправдать) затраты на полностью откалиброванный измерительный набор или даже на микрофон.

Рис. 13 Типичные электретные капсюли (а)
и их амплитудно-частотная характеристика (б)

На Рис. 13 показан их внешний вид и типичная амплитудно-частотная характеристика (показаны капсюли Panasonic и их характеристика, также типичная для многих других моделей). Показанная на Рис. 13 АЧХ очень хороша и довольно близка к тому, что можно ожидать от приличных капсюлей.

Для большинства записей потребуется направленный микрофон. К сожалению, корпус является гораздо более сложным и критичным для направленного микрофона, чем для всенаправленной версии. К счастью, измерительные микрофоны должны быть всенаправленными, поэтому данное ограничение проблемой не является.

Чувствительность

Разумный (и правильный) способ оценить микрофон или микрофонный капсюль всегда должен ссылаться на чувствительность в терминах дБВ или дБн на Паскаль. Один Па имеет уровень звукового давления 94 дБ, и из этого можно определить напряжение, которое получится при любой силе звука. В спецификации, чтобы она была действительно разумной, должно быть также указано напряжение питания и номинал резистора питания, используемые для получения указанной чувствительности. Например, капсюль может питаться от источника постоянного напряжения 1,5 В и использовать резистор питания номиналом 2,2 кОм.

Если микрофон рассчитан на минус 35 дБВ (в пересчете на 1 В RMS) на 1 Па, легко можно определить выходной уровень:

— 35 дБВ = антилог (-35/20)
= 10 (-35/20) = 17,8 мВ

Таким образом, этот микрофон будет выдавать 17,8 мВ при звуковом давлении 94 дБ или 1,78 мВ при звуковом давлении 74 дБ. В некоторых случаях уровень может быть указан как дБн или дБмВ, обе единицы измерений имеют опорный уровень не 1 В, а 775 мВ. Чтобы преобразовать выходной уровень обратно в дБВ, нужно просто умножить напряжение на 1,29 (1,3 достаточно близко). Если микрофон не имеет разумных спецификаций (опущены основные ссылки), тогда вы можете оценить только уровень, который получите, основываясь на «типичном» микрофоне и обычно должны ожидать где-то от минус 34 дБ (20 мВ/Па) до минус 44 дБ (6.3 мВ/Па).

Как отмечалось в конце этой статьи, электретные микрофоны имеют предел УЗД, который они будут терпеть до появления искажения. Рассмотрим капсюль, работающий от батарейки напряжением 1,5 В. Если его чувствительность составляет минус 35 дБ/1 Па, как показано выше, на микрофон должен поступить звук с УЗД 114 дБ (на 20 дБ выше контрольного уровня), выходной сигнал будет составлять 178 мВ RMS… в снах. Микрофон будет искажать! Использование более высокого напряжения питания и/или более высокого сопротивления может обеспечить бо́льший выходной уровень для заданного УЗД, но, как правило, ни в коей мере не повысит уровень перегрузки.

Существует широкий ассортимент электретных капсюлей и предсказуемо широкий диапазон указанных чувствительностей. К сожалению, многие продавцы не дают спецификаций, имеющих какое-либо реальное применение и из-за этого намного сложнее определить, какой уровень выходного сигнала получится для ожидаемой силы звука. Для измерительных задач, если нет калибратора (или нет к нему доступа), можно выполнять только относительные измерения.

Чтобы дать некоторое представление о том, чего можно ожидать, я протестировал 6-миллиметровый капсюль, запитываемый от напряжения 5 В с резистором номиналом 5,1 кОм. Средний уровень звукового давления (невзвешенный) в моей мастерской (от радио через систему мастерской) составлял 65 дБ, при чем измеренный средний выходной уровень сигнала с микрофона составил 2,5 мВ RMS. Уровень достаточно близок к 30 дБ ниже 1 Па (94 дБ УЗД), что указывает на выходной сигнал 79 мВ при 1 Па — значительно выше, чем типичный уровень для большинства капсюлей. Это работает до минус 22 дБВ по отношению к 1 Па, что довольно неплохо.

Питание электретных микрофонов

Традиционно электретные микрофоны питаются от батарейки напряжением 1,5 В по очень простой схеме, показанной на Рис. 14. На нем показана схема микрофона «Граница» фирмы Radio Shack и в действительности она сложнее, чем большинство аналогичных — индуктивность обычно не применяется (и я не уверен, почему кто-то посчитал, это хорошей идеей, т.к. из-за неё микрофон становится чувствительным к магнитным полям). Как и у всех таких простых схем, у этой есть некоторые очень реальные недостатки.

Рис. 14 Типичная схема питания электретного микрофона

Недостатками стандартной схемы (и «бюджетных» коммерческих электретных микрофонов в целом) являются:

Источник