Что такое микрофон, основные типы микрофонов, параметры, включение в схемах

Задача микрофона – преобразование звуковых волн в электрические импульсы. Они записываются на носители, и после этого, благодаря специальным программам, снова преобразуются в звук, давая возможность прослушать записанное.

История[править | править код]

В телефонном аппарате Белла микрофон, как отдельный узел, отсутствовал, его функцию выполнял электромагнитный капсюль, совмещавший в себе функции микрофона и телефонного капсюля. Первым устройством, использующимся только в качестве микрофона стал угольный микрофон Эдисона, об изобретении которого также независимо заявляли Генрих Махальский в 1878 году и Павел Голубицкий в 1883 году. Действие его основывается на изменении сопротивления между зёрнами угольного порошка при изменении давления на их совокупность.

Конденсаторный микрофон был изобретён инженером Bell Labs Эдуардом Венте (Edward Christopher Wente) в 1916 году. В нём звук воздействует на тонкую металлическую мембрану, изменяя расстояние между мембраной и металлическим корпусом. Тем самым образуемый мембраной и корпусом конденсатор меняет ёмкость. Если подвести к пластинам постоянное напряжение, изменение ёмкости вызовет ток через конденсатор, тем самым образуя электрический сигнал во внешней цепи.

Более массовыми стали динамические микрофоны, отличающиеся от угольных гораздо лучшей линейностью характеристик и хорошими частотными свойствами, а от конденсаторных — более приемлемыми электрическими свойствами. Первым динамическим микрофоном стал изобретённый в 1924 году немецкими учёными Эрлахом (Gerwin Erlach) и Шоттки электродинамический микрофон ленточного типа. Они расположили в магнитном поле гофрированную ленточку из очень тонкой (около 2 мкм) алюминиевой фольги. Такие микрофоны до сих пор применяются в студийной звукозаписи благодаря чрезвычайно широким частотным характеристикам, однако их чувствительность невелика, выходное сопротивление очень мало (доли ома), что значительно осложняет проектирование усилителей. Кроме того, достаточная чувствительность достижима только при значительной площади ленточки (а значит, и размерах магнита), в результате такие микрофоны имеют бо́льшие размеры и массу по сравнению со всеми остальными типами.

Пьезоэлектрический микрофон, сконструированный советскими учёными С. Н. Ржевкиным и А. И. Яковлевым в 1925 году, имеет в качестве датчика звукового давления пластинку из вещества, обладающего пьезоэлектрическими свойствами. Работа в качестве датчика давления позволила создать первые гидрофоны и записать сверхнизкочастотные звуки, характерные для морских обитателей.

В 1931 году американские инженеры Венте и Тёрэс (Albert L. Thuras) изобрели динамический микрофон с катушкой, приклеенной к тонкой мембране из полистирола или фольги. В отличие от ленточного, он имел существенно более высокое выходное сопротивление (десятки ом и сотни килоом), мог быть изготовлен в меньших размерах и является обратимым. Совершенствование характеристик именно этих микрофонов, в сочетании с совершенствованием звукоусилительной и звукозаписывающей аппаратуры, позволило развиться индустрии звукозаписи не только в студийных условиях. Создание малых по размеру (даже несмотря на массу постоянного магнита, необходимого для работы микрофона), а также чрезвычайно чувствительных и узконаправленных динамических микрофонов в заметной степени изменило представление о приватности и породило ряд изменений в законодательстве (в частности, о применении подслушивающих устройств).

Тогда же разработанные электромагнитные микрофоны, в отличие от электродинамических, имеют закреплённый на мембране постоянный магнит и неподвижную катушку. Благодаря отсутствию жёстких требований к массе катушки (характерном для динамических микрофонов) такие микрофоны делались высокоомными, а также порой имели многоотводные катушки, что делало их более универсальными. Такие микрофоны, наряду с пьезоэлектрическими, позволили создать эффективные слуховые аппараты, а также ларингофоны.

Электретный микрофон, изобретённый японским учёным Ёгути в начале 1920-х годов, по принципу действия и конструкции близок к конденсаторному, однако в качестве неподвижной обкладки конденсатора и источника постоянного напряжения выступает пластина из электрета. Долгое время такие микрофоны были относительно дороги, а их очень высокое выходное сопротивление (как и конденсаторных, единицы мегаом и выше) заставляло применять исключительно ламповые схемы. Создание полевых транзисторов привело к появлению чрезвычайно эффективных, миниатюрных и лёгких электретных микрофонов, совмещённых с собранным в том же корпусе предусилителем на полевом транзисторе.

Что это такое?

Сложно найти человека, который не знал бы, как выглядит микрофон, и каково его обычное использование. Можно встретить огромное разнообразие таких устройств. Но все они подчиняются общему определению — электроакустические приборы. Поступающая на «вход» звуковая волна преобразуется в электрический сигнал. По его характеристикам другая аппаратура сможет воспроизвести изначальное звучание.

Микрофон может транслировать звук на:

  • обычные домашние колонки;
  • компьютер;
  • телевизор;
  • магнитофон;
  • проигрыватель;
  • концертное оборудование;
  • студийную звукозаписывающую аппаратуру.

Как работает электретный микрофон

Электретные микрофоны являются одной из разновидностей конденсаторных микрофонов. Они выглядят как маленький конденсатор и состоят из диафрагмы и фиксированной мембраны.

Мембрана в устройствах этого типа выполнена из поляризованной электретной пленки, покрытой слоем металла. Тонкое металлическое покрытие – одна из двух граней конденсатора, другая – жесткая пластина. Акустическое давление воздействует на диафрагму, вызывая изменение емкости конденсатора.

В некоторых моделях электретный слой имеет фиксированное покрытие, а мембрана изготовлена из лучших материалов с механическими и термическими свойствами.

Преимущества и недостатки электретных микрофонов

Преимущества электретных микрофонов:

  • Их легко и дешево производить, они являются одними из самых дешевых на рынке
  • Используются, в основном, как поверхностные и конференц-микрофоны, а также микрофоны в мобильных телефонах, компьютерах, камерах, домофонах и устройствах прослушивания
  • Более качественные электретные модели используются в измерителях уровня звука класса 1, а также в вокальных микрофонах
  • Доступны как модели с разъемами XLR, разъемом 3,5 мм и проводными клеммами
  • Как и все конденсаторные микрофоны, электретные устройства отличаются высокой чувствительностью и долговременной стабильностью
  • Кроме того, эти модели устойчивы к влаге, ударам и механическим повреждениям

Недостатки электретных микрофонов:

  • Они не пользуются популярностью среди звукорежиссеров, их часто считают худшими
  • Подобно классическим конденсаторным микрофонам, требуется дополнительный источник питания, однако, в этом случае достаточно 1 вольта

Какие бывают микрофоны

Помимо наиболее распространенных динамических и конденсаторных микрофонов, существуют и другие виды.

Говори говорю! 10 типов микрофонов для гитариста и не только - изображение 5

За счет сложности конструкции, дороговизны производства или не достаточных качественных показателей, они менее распространены. К ним относят угольные (Микрофон Юза), оптоакустический, пьезоэлектрические и другие, в основном применяемые в очень узконаправленных научных экспериментах. Красивая мелодия, звучащая в плеере, голос любимого человека, которого нет рядом — все это было бы невозможно без маленького помощника, умеющего создавать из звука поток электронов в проводах.

Классификация микрофонов[править | править код]

Типы микрофонов по принципу действия[править | править код]

  • Динамический микрофон (электромагнитный)
    • Катушечный микрофон
    • Ленточный микрофон
  • Конденсаторный микрофон
    • Ламповый конденсаторный микрофон
  • Угольный микрофон
  • Пьезомикрофон
  • Оптоакустический микрофон (несущей является свет)

Сравнительные характеристики основных типов микрофонов (устаревшие данные из «БСЭ» 1967 год):

Тип микрофона Диапазон воспринимаемых частот, Гц Неравномерность частотной характеристики, дБ Осевая чувствительность на частоте 1 000 Гц, мВ/Па
Угольный 300—3400 20 1000
Электродинамический катушечного типа 100—10 000 (1 класса)

30—15 000 (высшего класса)

12 0,5

~1,0

Электродинамический ленточного типа 50—10 000 (1 класса)

70—15 000 (высшего класса)

10 1

1,5

Конденсаторный 30—15 000 5 5
Пьезоэлектрический 100—5000 15 50
Электромагнитный 300—5000 20 5

Функциональные виды микрофонов[править | править код]

  • Студийный микрофон;
  • Сценический микрофон;
  • Измерительный микрофон («искусственное ухо»);
  • Микрофонный капсюль для телефонных аппаратов;
  • Микрофон для применения в радиогарнитурах, в т. ч. USB-микрофон (со встроенной звуковой картой);
  • Микрофон для скрытого ношения;
  • Ларингофон;
  • Гидрофон.

Подразделение микрофонов

Конденсаторный микрофон и электретный – что лучше - фотография 22

Как же их классифицируют? Есть три основных признака:

  • Тип приемника.
  • Тип преобразователя.
  • Назначение.

Первый признак определяет одну из главных характеристик устройства – характеристику направленности. Это зависимость его чувствительности на определенной частоте от угла падения звуковых волн.

По типу преобразователя микрофоны можно разделить на электромагнитные, динамические, электростатические, угольные и пьезоэлектрические. В профессиональных моделях применяются электростатические и динамические преобразователи.

3. Нелинейность амплитудно-частотной характеристики

К вышеописанным характеристикам, таким как тип, принцип работы и направленность, можно добавить еще один очень важный аспект, играющий не менее важную роль в выборе микрофона для конкретной задачи – амлитудно-частотная характеристика (АЧХ) и уровень искажений. Чаще всего именно они предопределяют оттенок звука, характерного для той или иной модели микрофона.

АЧХ описывает отклонения амплитуды сигнала от амплитуды оригинала на той или иной частоте в определенном диапазоне. Эти отклонения происходят в силу различных факторов, среди которых можно назвать особенности конструкции мембраны, ее материал и вес, а также конструкторские решения по реализации внутренних электроцепей и блоков микрофона. Как правило АЧХ представлена в виде графика (См. график 1), на котором можно видеть на каких именно частотах и насколько децибел происходит отклонение от линейности.

Однако может быть представлена в следующем виде: 60Hz — 20kHz (+/- 2dB) . В данном случае невозможно знать на каких именно частотах происходит отклонение. На основе этих данных можно лишь заключить, что в диапазоне от 60Hz до 20KHz максимальное отклонение составляет 2dB. Взглянув на АЧХ микрофона в сопроводительной документации, можно сделать предварительные выводы о “цвете” и “оттенке” микрофона. Но окончательные выводы можно сделать лишь тщательно прослушав микрофон на различных источниках звука. Это самый лучший показатель. При работе со звуком, полагайтесь на свои уши, а не на глаза!

Кроме вышеперечисленных характеристик существуют еще несколько немаловажных:

Максимальный уровень звукового давления (dBSPL). Этот параметр должен включать в себя процентное содержание общих гармонических искажений при заявляемом уровне.

Уровень собственного шума (dB/dBA). Как правило не превышает 30 dBA

Сопротивление на выходе (Ohm). Это очень важный момент. Все профессиональные микрофоны имеют низкое сопротивление на выходе (Lo-Z), не более 600Ω. Это очень важно для возможности передавать сигнал на относительно большие (около 100 метров) расстояния без потери качества и уровня сигнала.

Современные микрофоны и их применение

Как подключить конденсаторный микрофон к компьютеру - фотография 23

Эти устройства есть везде: в телефонах, в планшетах, в плеерах, в диктофонах, в фотоаппаратах и видеокамерах. Но есть и микрофоны другого рода.

Литература

  • Сапожков М.А. Электроакустика. Учебник для вузов. — М.: «Связь», 1978. — 272 с. — 30 000 экз.

Эстрадные

Данный тип создавался для сцены. В сознании зрителя эстрада ассоциируется с ручным микрофоном, который имеет рукоять и капсюль, защищенный сеткой. Да, в большинстве случаев дизайн именно такой. Ведь он отлично фиксируется в держателях. К тому же можно легко подобрать сменную сетку для ветрозащиты.

Можно разделить данный тип еще на беспроводные и проводные. Что такое микрофон беспроводного типа? Это устройство со встроенным адаптером связи, работающее на аккумуляторе.

Что говорят пользователи об эстрадных микрофонах? Отзывы разные, но сходятся они в том, что нужно выбирать модели подороже.

Типы подключения[править | править код]

Проводные микрофоны с неразъёмным кабелем. Для цветовой маркировки перемотаны изолентой

Большинство микрофонов подключается к звуковому оборудованию посредством кабеля. Кабели могут быть либо , либо разъёмными. Последние применяются чаще всего. Долгие годы во время выступления на сцене, конференциях и тому подобном применялись именно проводные микрофоны, так как они неприхотливы и просты в эксплуатации. Профессиональные микрофоны имеют трёхпроводное балансное подключение (разъёмы XLR) для снижения наводок и помех. Для работы конденсаторных микрофонов звуковое оборудование должно иметь режим фантомного питания.

Также существуют более сложные устройства — радиомикрофоны (беспроводные микрофоны, радиосистемы), — которые составляют конкуренцию проводным микрофонам, хотя и не вытесняют их совсем (они также применяются для выступления на сцене, на конференциях). Внутри такого микрофона находится радиопередатчик, передающий по радио звуки на расположенный поблизости радиоприёмник (ресивер) через внутреннюю антенну (у некоторых беспроводных микрофонов также встречается внешняя антенна; у ресивера обязательно имеется внешняя антенна). Рабочая частота ресивера строго соответствует рабочей частоте передатчика микрофона (рабочая частота измеряется в мегагерцах (МГц, MHz) и может достигать нескольких сотен единиц — это УКВ-радиосвязь (или FM; иногда в техническом описании указано «FM wireless microphone»)). Приёмник подключается к звуковому оборудованию посредством кабеля, сам же питается от электросети.

Главное удобство радиомикрофонов в том, что они в отличие от проводных имеют хотя и ограниченную мощностью передатчика, но бо́льшую свободу передвижения. Недостаток — относительно частая разрядка элементов питания (аккумуляторов)[3].

Радиомикрофоны бывают как бытового, так и профессионального уровня. Бытовые обычно работают по принципу «plug and play» («включи и работай») и имеют только настройки выходной громкости. У радиосистем профессиональных серий на ресивере и самом микрофоне можно установить желаемые настройки сигнала для каждого конкретного микрофона (иные названия: калибровка, отстройка), что позволяет одному ресиверу обслуживать иногда сразу 10 и более радиомикрофонов, кроме того, качество сигнала и передаваемых звуков у них гораздо выше, нежели у бытовых, поэтому профессиональные радиомикрофоны так хорошо себя зарекомендовали на концертах. Также бывают цифровые микрофонные радиосистемы из тех же профессиональных серий.

Наиболее известными производителями профессиональных радиомикрофонов являются Sennheiser, Beyerdynamic (Германия) и Shure (США)[источник не указан 2122 дня].

На фото для примера показан радиомикрофон «Nady DKW-Duo». Когда в концерте участвует несколько радиомикрофонов, то для цветовой маркировки их обычно перематывают изолентой (как на фото), поскольку они идентичны по виду (если одного типа и серии)[4].

4. Классификация по предназначению

Существует еще много видов микрофонов, которые имеют особое применение. К ним относятся:

Микрофон зоны давления. Капсула смонтирована над металлической поверхностью, для предотвращения попадания в диафрагму, отраженных от близлежащих поверхностей, сигналов, что способно вызывать фазовые искажения. Часто используется для записи рояля, так как его можно прикрепить на крышку. А также на сцене в театре.

Стерео – микрофон. В одном корпусе смонтированы две капсулы таким образом, чтобы каждая из них была обращена в противоположную сторону. Так достигается более широкий стереообраз. Может быть, также, реализована MS или X/Y техника.

Shotgun (пушка )- Конденсаторный микрофон, предназначенный для использования на открытой местности. Широко используется в кинематографии. Обладает очень узкой направленностью, которая достигается путем фазовых сдвигов звуковой информации, приходящей со сторон микрофона. Для этого на корпусе имеются прорези, сквозь которые сторонняя информация и попадает в микрофон. Но за счет того, что капсула расположена в самом конце корпуса, то, что до нее доходит, является звуком, пришедшим с фронтальной стороны. Все же остальное получает фазовый сдвиг и таким образом заглушается.

Это пожалуй самые основные виды, хотя и не все. По мере своей профессиональной деятельности, Вы столкнетесь с дополнительными видами микрофонов, а также с различными видами их применения.

Студийные

Устройство и принцип работы электродинамических, электростатических микрофонов. Радиомикрофоны. Формирование стереофонических сигналов с помощью микрофонов. - изображение 24

Широкое применение в телевидении получили маленькие беспроводные микрофоны-петлички. Но также часто используют и ручные устройства, головные гарнитуры. В передачах можно заметить и настольные микрофоны, имеющие плоскую форму. Они почти незаметны на столах дикторов. Их главная задача состоит в фиксации всех звуков над столом.

Примечания

modif.png

Эта страница в последний раз была отредактирована 10 октября 2020 в 07:07.

5. Дополнительные функции

На сегодняшний день имеется множество моделей микрофонов, которые совмещают в себе несколько видов направленностей и дают возможность пользоваться каким-либо из них, по мере потребности, просто переключая положение.

Почти на всех современных микрофонах есть функция, предоставляющая возможность уменьшить уровень выходного сигнала (Pad/Trim). Как правило, на 6/12/18 db (помните, что увеличить/уменьшить на 6.02 db означает в два раза). Это весьма полезная функция в случаях работы с источниками звука с высоким звуковым давлением. Однако если звуковое давление превышает максимально возможную амплитуду движения мембраны микрофона, то эта уже не поможет, так как искажение сигнала будет иметь механическую природу.

Кроме этого имеются также встроенные фильтры для обрезания низких частот (40,60,80 Hz). Очень применимо при работе в гулких помещениях и особенно в случаях с прямым эфиром, когда “потом обрежем” не работает. На некоторых моделях можно даже выбирать крутизну среза, у других же она постоянна и определена производителем (так что стоит почитать техническую документацию)

Микрофоны для компьютера

Что такое компьютерный микрофон – знают все. Это чаще всего недорогое устройство, которое используется для связи через различные программы. Их характеристики не впечатляют, но пользователям многого и не нужно. Выполняются они в виде гарнитур. Часто встраиваются в веб-камеры для удобства видеосвязи.

Разделение по принципу действия подразумевает две разновидности устройств: конденсаторные и динамические. Каждый из них имеет свои преимущества и недостатки, а также сферы применения.

Конденсаторный тип микрофонов

Принцип работы микрофона - фотография 25

У таких устройств за преобразование звука в электрические сигналы отвечает, как нетрудно догадаться, конденсатор. Одна его обкладка является неподвижной, а вторая служит мембраной и под воздействием звука приходит в движение.

Этому типу микрофонов необходимо дополнительное питание, называемое фантомным. Существуют модели, в которых для этого используются батарейки.

Отзывы

Сегодня бренд уже не является показателем качества. Отзывы пользователей дорогих моделей известных марок часто негативные. А вот о новых производителях, которые еще мало известны, говорят в положительном ключе.

К примеру, микрофоны от Phillips часто ругают за плохое качество. Модели от Sony получают усредненные отзывы. Дорогие микрофоны этой компании бывают как хорошими, так и не очень. А вот об устройствах от Defender говорят много хорошего.

В любом случае не стоит отдавать предпочтение недорогим моделям. Даже если они произведены известной фирмой, их качество будет неприемлемым. Профессиональный микрофон же стоит дорого.

Рейтинг
( 1 оценка, среднее 5 из 5 )
Загрузка ...