A mikrofon ( amelyet apokóp gyakran mikrofonnak nevez ) egy elektroakusztikus jelátalakító , vagyis olyan eszköz, amely képes akusztikus jelet elektromos jellé alakítani .
A mikrofonok használata ma már elterjedt, és számos gyakorlati alkalmazáshoz hozzájárul:
Más néven micro , a metonímia , elektromágneses átalakítók elektromos gitár ( guitar felvétel ) és piezoelektromos átalakítók ( piezo hangszedő ) használt eszközök, amelyek hang hivatott erősíthető.
Az elektronikus alkatrészt , amely elektromos feszültséget vagy áramot állít elő vagy módosít a hangnyomásnak megfelelően, kapszulának hívják . A mikrofon kifejezést a synecdoche is használja . Egy szövet vagy rács általában védi ezt a törékeny részt.
A mikrofon kifejezés első használata egyfajta akusztikus kürtöt jelölt meg . David Edward Hughes először akusztikus-elektromos jelátalakítóra hivatkozott. Graham Bell eszközének fejlesztésével Hugues azt állítja, hogy az általa kitalált eszköz sokkal alacsonyabb hangok továbbítására képes.
A membrán rezeg a hangnyomás hatására, és egy mikrofon technológiára támaszkodó eszköz átalakítja ezeket a rezgéseket elektromos jelekké. A mikrofon kialakítása tartalmaz egy akusztikus és egy elektromos részt, amelyek meghatározzák annak jellemzőit és a felhasználás típusát.
Ha a membrán csak az egyik oldalon érintkezik a hanghullámmal, míg a másik állandó atmoszferikus nyomású házban van, akkor a nyomásváltozásoknak megfelelően rezeg. Akusztikus nyomásérzékelőről beszélünk . Ez a típusú érzékelő nagyjából ugyanúgy reagál a hanghullámokra, függetlenül a keletkezés irányától. Érzéketlen a szélre. Ez az összesirányú mikrofonok alapja .
A felületi mikrofonok olyan nyomásérzékelők, amelyek valamilyen mértékben terelőlemezt képeznek a felületen, ami megduplázza a félgömb hangnyomását, amelyet a csapágyfelület korlátoz (lásd PZM (mikrofon) (en) ).
Nyomásgradiens érzékelők (kétirányúak vagy irányíthatók 8-ban)Ha a membrán mindkét oldalon érintkezik a hanghullámmal, akkor nem rezeg, amikor egy hullám átjön, mivel a túlnyomás mindkét oldalon egyenlő. Ezt a típusú membránt akusztikus nyomásgradiens-érzékelőnek nevezzük . Ez az alapja a kétirányú vagy 8 irányú mikrofonoknak .
Vegyes vagy változó típusokE két típus ötvözésével, akár akusztikus eszközökkel, finomabb módon szabályozva a hanghullámok hozzáférését a membrán hátsó felületéhez, vagy elektromos eszközökkel, két membránból érkező jel egyesítésével hasznos direktivitásokat kapunk, adott kardioid (más néven egyirányú):
kapszula | körirányú | kétirányú | kardioid | jelentés | |
---|---|---|---|---|---|
képlet | |||||
hang a tengelyben | 100%, 0 dB | ||||
az ő oldala | (90 °) | 50%, -6 dB | |||
a hátsó | (180 °) | 0%, -∞ dB |
Mikrofonok a széles kardioid , szuper kardioid és hiperkardioid irányítottság épülnek változtatásával közötti arányok a körsugárzó komponens és a kétirányú komponens. A mikrofonok irányíthatóságot vagy kapcsolást biztosíthatnak.
Ezek a konstrukciók lehetővé teszik, hogy nagyobb jelentőséget tulajdonítsanak egy olyan forrásnak, amely felé a mikrofon irányul, és csillapítsák a visszhangzó hangmezőt, amely minden irányból származik. Mi határozza meg a irányíthatóságú index , mint a kifejezés, a decibel, az arányokat a hang jön a tengelye a mikrofon és a hang ugyanaz hatékony akusztikus nyomás jön egy ideális szórt forrást (érkező mindenhol a mikrofon).
körirányú
kardioid
szuperkardioid
hiperkardioid
kétirányú
kapszula | képlet | irányíthatósági index |
a csillapítás szöge | szint szöget zár be | |||
---|---|---|---|---|---|---|---|
-3 dB | -6 dB | -∞ dB | 90 ° (oldalhang) | 180 ° (hátsó hang) | |||
körirányú | 0 dB | - | - | - | 0 dB | 0 dB | |
kardioid | 4,8 dB | 65 ° | 90 ° | 180 ° | -6 dB | -∞ dB | |
szuperkardioid | 5,7 dB | 56 ° | 75 ° | 120 ° | -9 dB | -10 dB | |
hiperkardioid | 6,0 dB | 52 ° | 70 ° | 110 ° | -12 dB | -6 dB | |
kétirányú | 4,8 dB | 45 ° | 60 ° | 90 ° | -∞ dB | 0 dB |
Az interferencia csőmikrofonok hangsúlyozott irányt adnak, de erősen függenek a frekvenciáktól. Hosszú alakjuk miatt puskamikrofonoknak hívják őket .
Membrán méreteA membrán mérete befolyásolja a rezgéssé, majd az elektromos jellé való átalakulást .
A terjedési irányra merőleges fallal érintkezve egy hanghullám a hangnyomás területtel és négyzettel arányos teljesítményt alakít ki:
vagy egy 20 mm átmérőjű mikrofonmembrán, amelyet egy merőleges hanghullám ér el 1 Pa nyomással . A fal területe 3,14e -4 m², a membrán hangereje 0,76 μW .
Ennek a teljesítménynek csak egy része nyerhető vissza a hanghullámot leíró elektromos jel formájában . Minél nagyobb a membrán, annál kevésbé szükséges a jel erősítése, és ezért annál kevesebb feldolgozásnak van kitéve, ami elkerülhetetlenül bizonyos mértékű zajhoz és torzuláshoz vezet.
A membrán mérete tehát meghatározza a mikrofon maximális érzékenységét. De amint a membrán legnagyobb mérete jelentősvé válik a hang hullámhossza szempontjából, a merőlegesen nem érkező hanghullámok számára fésűszűrőt képez . Természetesen más jelenségek, például az élek diffrakciója is beavatkoznak, így a valós válasz bonyolultabbá válik.
A membrán körüli merev körzet jelenléte olyan felületi hatást eredményez, amely megnöveli a hangnyomást azon frekvenciák esetében, amelyek hullámhossza kisebb, mint a membrán körüli egység mérete. Ez az akadály lehet lapos vagy gömb alakú, a nyomásérzékelő kapszula körül olyan akusztikus szűrőt alkot, mint a védőrács, amely körülhatárolja azt az üreget, amelynek jellemzői befolyásolják a mikrofon válaszát, különösen a legmagasabb frekvenciákon.
A kicsi mikrofonokat igénylő alkalmazások ( mobiltelefon , lavalier mikrofon ) korlátozzák a membrán méretét.
Az első mikrofonok, amelyeket először a telefonokban használtak, nyomásnak kitették a szemcsés szénpor ellenállásának változását. A por összenyomásakor az ellenállás csökken. Ha az áram átjut ezen a poron, akkor azt a membránt akusztikus nyomásnak megfelelően kell modulálni, amely a port nyomja. Nyilvánvaló, hogy csak nyomásérzékelőket lehet ilyen módon felépíteni. Ezek a mikrofonok érzéketlenek, korlátozott frekvenciatartományban működnek, és válaszuk csak megközelítőleg lineáris, ami torzulást okoz. Előnyük, hogy erősítő nélkül meglehetősen nagy teljesítményt képesek előállítani. Telefonkészülékekben használták , ahol nagyra értékelték a robusztusságukat, és a rádióban, mielőtt a jobb eredményt nyújtó módszereket bevezették volna.
Dinamikusan mozgó tekercses mikrofonA mozgó tekercses elektromágneses mikrofonokban egy tekercset ragasztanak a membránra, ami rezgést okoz az állandó mágnes erős rögzített mágneses mezőjében. A mozgás elektromotoros erőt hoz létre, amely létrehozza az elektromos jelet. Mivel a membránon zajló akusztikus nyomás hatására leadott hangenergia átalakítása közvetlenül használható áramot ad, ezekről a mikrofonokról azt mondják, hogy dinamikusak , mivel a szénmikrofonokkal és a kondenzátoros mikrofonokkal ellentétben nincs szükségük „ételre”.
A neodímium mágnesek megjelenése az 1980-as években intenzívebb mágneses mezőket tett lehetővé, javítva az elektromágneses mikrofonok minőségét.
Szalagos mikrofonAz elektromágneses szalagos mikrofonokban a membrán egy rugalmas dombornyomott szalag, amelyet egy állandó mágnes mágneses mezőjébe telepítenek. Úgy működik, mint az elektromágneses mozgó tekercses mikrofon, a mozgó rész könnyedségének előnyével. Nem igényel áramot. A kimeneti impedancia sokkal alacsonyabb, mint a többi típusé, és meglehetősen törékeny.
Kondenzátoros mikrofonA kondenzátoros mikrofonokban a vékony vezető réteggel borított membrán a kondenzátor egyik armatúrája , amelyet közvetlen feszültség tölt fel, a másik armatúra rögzítve van. A rezgés összehúzza és megerősíti az erősítéseket, változó kapacitással . Mivel a terhelés állandó és egyenlő a feszültség és a kapacitás szorzatával, a kapacitás változása inverz feszültségváltozást eredményez. A kimeneti impedancia nagyon magas. A kondenzátoros mikrofonoknak tápegységre van szükségük egyrészt a kondenzátor polarizációjához, másrészt az impedancia adapter erősítőhöz, amelynek közel kell lennie a membránhoz.
Az áramellátás egy interfészdobozhoz csatlakoztatott speciális vezetővel történhet, amely impedanciaillesztést is biztosít. Ez azonban csak néhány nagyon csúcskategóriás mikrofon esetében érvényes. A legtöbb modell fantom energiát használ , így nevezték el, mert nem igényel további meghajtókat.
A kondenzátoros mikrofonok érzékenysége nagyobb, mint a dinamikus mikrofonoké. Kevesebb hangerőre van szükség a membrán önálló vibrálásához, mint a membrántekercs-eszközhöz, és az impedancia-megfelelő erősítő nagyon kevés energiát vesz fel. Ezt az erősítőt az érzékelőhöz tervezték, és vezérli a sávszélességet is; önmagában a kondenzátor válasza aluláteresztő szűrő ( Rayburn 2012 , 33. o. ). Ezeket az erősítőket először egy elektroncsőből és egy transzformátorból állították össze . A közelmúltban zaj- és torzítási szintjüket, valamint interferencia-érzékenységüket csökkentették transzisztorok vagy terepi tranzisztorok használata transzformátor nélkül.
Nagyfrekvenciás kondenzátor mikrofonA membrán és a rögzített armatúra által alkotott kondenzátort nem közvetlen feszültség polarizálja, hanem ellenállással olyan szűrőt képez, amelynek kikapcsolási frekvenciája a kapacitáshoz hasonlóan változik. A nagyfrekvenciás modulációs szint tehát követi a membrán rezgését. A következő szakaszban van egy demoduláció egy diódán, amely meghajtja a kimeneti tranzisztorokat.
Elektromos kondenzátor mikrofonAz elektret kondenzátoros mikrofonok kihasználják bizonyos anyagok tulajdonságait, hogy megtartsák az állandó elektrosztatikus töltést. Az egyik ilyen anyag alkotja az egyik kondenzátor armatúráját, a membrán a másikat. Az elektret mikrofonoknak nincs szükségük előfeszítő feszültségre, viszont impedanciájuknak megfelelő erősítővel rendelkeznek, amely energiát igényel. Ha a kimeneti csúcsfeszültség nem túl magas, ezt az energiát egy akkumulátor biztosítja.
A polarizációs töltés az idő múlásával csökken, ami az évek során a mikrofon érzékenységének csökkenését eredményezi.
A meglévő modell tervezésénél vagy megválasztásánál figyelembe kell venni a mikrofon használatát:
A hangátírás minősége függ a mikrofon jellemzőitől és minőségétől, de főleg a mikrofon elhelyezkedésétől a forrással, valamint a hangfelvétel környezetétől (zaj, szél stb.) .
Az irányíthatóság a mikrofon alapvető jellemzője. Jelzi érzékenységét a hang eredete szerint a tengelyéhez viszonyítva.
Körirányú | Széles kardioid | Kardioid | Hypercardioid | Hordó (lebeny) | Kétirányú vagy a 8. ábra | |
---|---|---|---|---|---|---|
Az asztalban a mikrofont függőlegesen helyezzük el, és felfelé irányítjuk. |
A sarki diagram a mikrofon érzékenységét mutatja a hanghullám eredetének iránya szerint. A középpont hossza a görbén jelzi a relatív érzékenységet decibelben . A legtöbb esetben az érzékenység csak a mikrofon fő tengelyéhez viszonyított iránytól függ; különben két diagramra van szükség. Az irányíthatóság a frekvenciától is függ ; a teljes diagramok a relatív értékek több görbéjét tartalmazzák. Általában a diagram szimmetrikus, és a jobb olvashatóság érdekében félgörbéket helyezhet a tengely két oldalára.
Leggyakrabban a frekvenciaválasz akkor egyenletes, ha a mikrofon a forrás felé néz. Ha más hangok nem keverednek a fő forráséval, akkor a tengelyen kívüli válaszkülönbségek felhasználhatók a hang kiegyenlítésére.
A hangszakemberek általában a kondenzátoros mikrofonokat részesítik előnyben a stúdió dinamikája helyett. Általában sokkal magasabb jel / zaj arányt és szélesebb, egyenletesebb frekvencia-választ kínálnak .
Nagyon erős hangforrások, például ütőhangszerek , rézfúvós hangszerek vagy elektromos gitár erősítői esetében a dinamikus mikrofon előnye, hogy elnyeli az erős akusztikai nyomást. Robusztussága gyakran előnyben részesíti őket a színpadon.
A kondenzátoros mikrofon előnye, hogy kiváló tranziens és sávszélesség-válaszokat ad, többek között a mozgó rész könnyedségének köszönhetően (csak vezetőképes membrán, összehasonlítva a dinamikus mikrofon tekercsének tömegével). Általában erőre van szükségük, általában fantomerőre . Gyakran tartalmaznak olyan jelfeldolgozási lehetőségeket, mint például egy irányítási modulátort, egy alacsony frekvenciájú csillapítót vagy akár egy hangerő-korlátozót (Pad).
A kondenzátoros mikrofonok reprodukciós hűségük miatt népszerűek a szakemberek körében.
A zajszint szakemberei az összes elektrosztatikus nyomásérzékelő mikrofont (sokirányú) használják. Ehhez a mikrofon kalibrálására van szükség; a dugattyútelefon általában erre a célra használt eszköz.
Könnyen miniatürizálható, az elektret mikrofont széles körben használják az audiovizuális területen (lavalier mikrofon, headset mikrofon, stb.), Ahol a méret / érzékenység aránya miatt értékelik. A legjobb modellek még az érzékenység szempontjából is képesek versenyezni néhány kondenzátoros mikrofonnal.
A jelenlegi elektréták számára előnyös egy olyan konstrukció, amely legyőzi ezt az idegesítő korlátozott élettartamot, amelyet az elektret a hetvenes évek óta ismer.
Régi Grundig mikrofon (szén).
Dinamikus mikrofon karaoke-hoz .
Shure SM57 és Beta57 megfelelője (dinamikus).
Sennheiser 845 (dinamikus).
AKG C414 mikrofon (ének, ének, kondenzátor).
Neumann U89i (univerzális, kondenzátor).
Neumann U87 (univerzális, kondenzátor).
Oktava 319 (hangszerek, kondenzátor).
Miniatűr elektret mikrofon.
A mikrofonkapszula a hangtér egy pontjának megfelelő jelet ad. A kapszulák elrendezése több jelet ad, amelyek lehetővé teszik a forrás irányának ábrázolását vagy bizonyos irányultságok elérését.
A mikrofon tartozékok