Всё о микрофонах

Назначение микрофона известно каждому – он применяется для преобразования акустических колебаний воздуха в электрические сигналы или, проще говоря, для записи звука. Миниатюрные микрофоны мы используем ежедневно, порой даже не обращая на это внимания – они встроены в сотовые телефоны, в датчики звука, в домофоны и т.

Содержание

История

Вначале наибольшее распространение получил угольный микрофон Эдисона, об изобретении которого также независимо заявляли Г.Махальский в 1878 и П. М. Голубицкий в 1883. Угольный микрофон до сих пор используется в аппаратах аналоговой телефонии. Действие его основывается на изменении сопротивления между зёрнами угольного порошка при изменении давления на их совокупность.

Конденсаторный микрофон был изобретён американским учёным Э. Венте в 1917 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 Э. Герлахом и В. Шоттки электродинамический микрофон ленточного типа. Они расположили в магнитном поле гофрированную ленточку из очень тонкой (ок. 2 мкм) алюминиевой фольги. Такие микрофоны до сих пор применяются в студийной записи благодаря чрезвычайно высоким частотным характеристикам, однако их чувствительность невелика, выходное сопротивление очень мало (доли Ома), что значительно осложняло проектирование усилителей. Кроме того, достаточная чувствительность достижима только при значительной площади ленточки (а значит, и размерах магнита), в результате такие микрофоны имеют большие 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 учёные Э. Венте и А. Терас 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 кило Ом), 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. 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 20-х гг. XX века 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.

Какие бывают микрофоны

  • Студийные — такие микрофоны предназначены для записи звука в студии или дома. Они бывают и крупные, и небольшие. К последним относится AKG P220.  Именно на такие микрофоны пишутся аудио дорожки для фильмов и музыкальных альбомов. Аналогично, их используют блогеры и стримеры. Чаще всего они подключаются через провод USB или 3.5 мм джек.
  • Концертные — этот вид микрофонов используется во время живых выступлений. Микрофоны бывают как проводными, так и беспроводными, включаются в усилитель и нередко имеют рукоятку.. Эти микрофоны также часто крепятся на стойке. 
  • Репортерские —  к этому типу относятся как небольшие петличные микрофоны, так и бум микрофоны, которые крепятся на записывающее устройство. Хороший пример такого микрофона – Raylab Rec. DH LavMic, который также создан для блогеров и работы на открытом воздухе.
  • Гарнитуры — это встроенные микрофоны, которые совмещены с наушниками, например в Apple AirPods.
image.pngКонденсаторный микрофон подходит для съемок в хорошую погоду. Фото: raylab.ru

Современные микрофоны и их применение

современные микрофоны и их применение

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

Классификация микрофонов

Типы микрофонов по принципу действия

  • Динамический микрофон
    • Катушечный
    • Ленточный
  • Конденсаторный микрофон
    • Электретный микрофон — разновидность конденсаторного микрофона.
  • Угольный микрофон
  • Пьезомикрофон

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—3 400 20 1 000
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—5 000 15 50
Электромагнитный 300—5 000 20 5

Функциональные виды микрофонов

  • Студийный микрофон
  • Сценический микрофон
  • Измерительный микрофон («искусственное ухо»)
  • Микрофонный капсюль для телефонных аппаратов
  • Микрофон для применения в радиогарнитурах
  • Микрофон для скрытого ношения
  • Ларингофон
  • Гидрофон

Варианты выбора микрофонов

Если вам нужен недорогой микрофон для общения по Skype, выбирайте среди моделей с областью применения «общение по сети».

Если вас не устраивает качество звука с микрофона, встроенного в камеру, воспользуйтесь специализированным накамерным микрофоном для видеосъемки.

Если вам нужен ручной микрофон для выступлений на эстраде, выбирайте среди вокальных динамических микрофонов с кардиоидной направленностью или суперкардиоидной направленностью.

Для записи музыкальных инструментов в любом частотном диапазоне от бас-гитар до тарелок выбирайте среди конденсаторных микрофонов с минимальной частотой 40 Гц и ниже.

Для качественной записи звука на конференции вам потребуется всенаправленный настольный микрофон с высокой чувствительностью.

Для «прицельной» записи звука с источника на приличном расстоянии нужен микрофон с высокой чувствительностью и суперкардиоидной направленностью.

Характеристики микрофонов

Схематическое обозначение микрофона

Микрофоны любого типа оцениваются следующими характеристиками:

  1. чувствительность
  2. амплитудно-частотная характеристика
  3. акустическая характеристика микрофона
  4. характеристика направленности
  5. уровень собственных шумов микрофона

Чувствительность

Чувствительность микрофона определяется отношением напряжения на выходе микрофона к звуковому давлению Р0, как правило, в свободном звуковом поле[1], то есть при отсутствии влияния отражающих поверхностей[2]. При распространении синусоидальной звуковой волны в направлении рабочей оси микрофона, это направление называется осевой чувствительностью:

M0 = U/P0 (мВ/Па).

Рабочей осью микрофона является направление его преимущественного использования и обычно совпадает с осью симметрии микрофона. Если конструкция микрофона не имеет оси симметрии, то направление рабочей оси указывается в технических условиях. Чувствительность современных микрофонов составляет от 1–2 (динамические микрофоны) до 10–15 (конденсаторные микрофоны) мВ/Па. Чем больше это значение, тем выше чувствительность микрофона.

Таким образом, микрофон с чувствительностью -75 дБ менее чувствителен, чем -54 дБ, а с обозначением 2 мВ/Па менее чувствителен, чем 20 мВ/Па. Для ориентировки : -54 дБ это то же, что и 2,0 мВ/Па. Также надо учесть, что если у микрофона меньше чувствительность, это вовсе не означает, что он хуже.

Частотная характеристика чувствительности

ЧХЧ микрофонов Октава МК-319 и Shure SM58

Частотная характеристика чувствительности (ЧХЧ) – это зависимость осевой чувствительности микрофона от частоты звуковых колебаний в свободном поле. Неравномерность ЧХЧ как правило измеряют в децибелах, как двадцать логарифмов(по основанию 10) отношения чувствительности микрофона на определенной частоте к чувствительности на опорной частоте (в основном 1 кГц).

Акустическая характеристика

Влияние звукового поля микрофона оценивается акустической характеристикой, которая определяется отношением силы, действующей на диафрагму микрофона, и звуковым давлением в свободном звуковом поле: A = F/P, а потому, что чувствительность микрофона M = U/P можно представить как U/P = U/F • F/P и выразить через А. Тогда получим: M = A • U / F. Отношение напряжения на выходе микрофона к силе, действующей на диафрагму U/F, характеризует микрофон как электромеханический преобразователь. Акустическая характеристика определяет характеристику направленности микрофона. По виду акустической характеристики, а следовательно и характеристики направленности, отличают три типа микрофонов, как приемников звука: приемники давления; градиента давления; комбинированные.

Характеристика направленности

Характеристикой направленности называют зависимость чувствительности микрофона от направления падения звуковой волны по отношению к оси микрофона. Она определяется отношением чувствительности Мα при падении звуковой волны под углом α относительно акустической оси микрофона к его осевой чувствительности:

φ = Mα/M0

Направленность микрофона означает его возможное расположение относительно источников звука. Если чувствительность не зависит от угла падения звуковой волны, т. е. φ = 1, то микрофон называют ненаправленным, и источники звука могут располагаться вокруг него. А если чувствительность зависит от угла, то источники звука должны располагаться в пространственном угле, в пределах которого чувствительность микрофона мало отличается от осевой чувствительности.

Ненаправленные микрофоны

В ненаправленных микрофонах – приемниках давления, сила действующая на диафрагму определяется звуковым давлением у поверхности диафрагмы. Звуковое поле может действовать только на одну сторону диафрагмы. Вторая сторона конструктивно защищена. Если размеры микрофона малы по сравнению с длиной звуковой волны, то микрофон не изменяет звукового поля. Если размеры соизмеримы с длиной волны, тогда за счет дифракции звуковых волн микрофон преобретает направленность. На частотах от 5000 Гц и ниже такие микрофоны являются ненаправленными. Преимуществом ненаправленных микрофонов является простота конструкции, расчёта капсюля и стабильности характеристик с течением времени. Ненаправленные капсюли часто используют в составе измерительных микрофонов, в быту могут быть использованы для записи разговора людей, сидящих за круглым столом.

Микрофоны двустороннего направления

В микрофонах – приемниках градиента давления сила, действующая на движущуюся систему микрофона, определяется разностью звуковых давлений на двух сторонах диафрагмы. То есть, звуковое поле действует на две стороны диафрагмы. Характеристика направленности имеет вид восьмерки.

Двусторонние микрофоны удобны, например, для записи разговора двух собеседников, сидящих друг напротив друга.

Микрофоны одностороннего направления

Односторонняя направленность достигается в микрофонах комбинированного типа. Их диаграммы направленности близки по форме к кардиоиде, поэтому нередко их называют кардиоидными. Модификации микрофонов, имеющих еще меньшую направленность, чем кардиоидные, называют суперкардиоидными и гиперкардиоидными, однако эти разновидности, в отличие от кардиоидного микрофона, также чувствительны к сигналам с противоположной стороны.

Эти микрофоны имеют определенные преимущества в эксплуатации: источник звука располагается с одной стороны микрофона в пределах достаточно широкого пространственного угла, а звуки, распространяющиеся за его пределами микрофон не воспринимает.

Уровень шумов

Уровень собственных шумов микрофона Nш определяется отношением эффективного напряжения на выходе микрофона при отсутствии звукового поля Uш к напряжению U1 при наличии звукового поля с эффективным давлением в 0,1 Н/м²:

Nш = 20 lg Uш/U1, дБ.

Напряжение Uш обусловлено главным образом тепловыми шумами в компонентах электрической схемы микрофона.

Виды

Все микрофоны можно классифицировать по нескольким параметрам.

По назначению

Довольно широкое применение находят специальные эстрадные микрофоны. Вопреки названию, их активно используют не только в театре, на концертах. Такая техника нужна везде, где одного или нескольких человек должна услышать большая масса зрителей в зале. Эстрадные микрофоны могут иметь различное внешнее исполнение. Но они обязательно фиксируются накрепко в стоечных держателях.

Репортерский приемник звука, как нетрудно догадаться, предназначен для журналистов. И для других людей, которым нужно записывать (транслировать) собственный или чужой голос в самых различных местах. Разумеется, это мобильное устройство, часто с автономным источником питания. Такие аппараты рассчитываются обычно на скрытое ношение. Конструкторы предусматривают возможность их использования даже в ветреную погоду.

Основная функция студийных микрофонов — эксплуатация в телевизионных студиях. Чаще всего это плоские и сравнительно малозаметные устройства. Акустический блок в них всегда высокой чувствительности. Большой частотный диапазон не требуется, как и передача разнообразных звуков. Студийная техника работает главным образом с голосами, но при этом она должна обеспечить четкую, бесперебойную их передачу.

А вот студийный вещательный микрофон будет интересен не только для телеканала, но и для радиостанции. Все подобные устройства оборудуют переключателями, чтобы легко менять направленность приема звука.

Следующий важный вид — микрофон для звукозаписи в студии. Обычно его монтируют на специально подготовленные стойки. Подобное оборудование воспримет все тонкости звучания, даже при серьезных помехах.

По принципу действия

Современная промышленность по большей части делает конденсаторные и динамические микрофоны. Прочие разновидности тоже можно купить, но они в основном нужны для узкоспециальных задач. У динамического варианта всегда идеальные рабочие параметры. За удобство и отсутствие необходимости в электропитании его ценят как корреспонденты телеканалов, так и певцы, юмористы, конферансье. А вот конденсаторный микрофон выдает более приятный звук, причем это не зависит от частоты.

Довольно большой популярностью пользуются головные микрофоны. Они закрепляются на голове говорящего и имеют обычно весьма узкую направленность. Снятие посторонних звуков практически исключается. Такую технику широко применяют актеры, различные инструкторы, комментаторы, руководители туристических групп и так далее.

Петличный микрофон, он же «петличка», максимально незаметен, и подойдет для тех случаев, когда нет желания кого-то тревожить его наличием.

Еще могут выделяться такие модели:

  • для видеосъемки («пушки»);
  • накамерные;
  • стерео;
  • пограничного слоя (востребованы при переговорах);
  • подвесные;
  • гусиные шеи;
  • измерительные микрофоны.

Микрофон в искусстве

Владимир Семенович Высоцкий в 1971 году была написана «Песня микрофона»

« ..Меня часто отождествляют с героями моих песен, но никто и никогда не догадался еще спросить, не был ли я волком, лошадью или истребителем, от имени которых я тоже пою: ведь можно писать от имени любых предметов, в них во все можно вложить душу — и все! Например, у меня есть песня, которую я пою от имени микрофона, обыкновенного микрофона, как и вот этот, что стоит передо мной. Он много видел, это микрофон, о многом может рассказать. — В. В. »

Типы подключения

Проводные микрофоны с неразъёмным кабелем. Для цветовой маркировки перемотаны изолентой

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 2159 дней].

Радиомикрофон со специальным радиоприёмником

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].

См. также

  • Стереозапись
  • Микрофонная решетка
  • Производители микрофонов

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.

См. также

  • Стереозапись
  • Микрофонная решётка
  • Блокиратор микрофона
  • Микрофонный усилитель[en]*

См. также

  • Стереозапись
  • Микрофонная решётка

Литература

  • Микрофон // Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона: В 86 томах (82 т. и 4 доп.). — СПб., 1890—1907.
  • Сапожков М.А. Электроакустика. Учебник для вузов. — М.: «Связь», 1978. — 272 с. — 30 000 экз.
  • Сидоров И.Н., Димитров А. А. Микрофоны и телефоны. — “Радио и связь”, 1993. — 152 с. — (Массовая радиобиблиотека; Вып. 1197). — 20 000 экз. — ISBN 5-256-01072-7 (ISBN 978-5-256-01072-0)

Дополнительная периферия для микрофона

Антишоковый подвес (“паук”)

Антишоковый подвес играет роль амортизатора — он гасит различные сотрясения стойки или иной основы, на которой установлен микрофон. Эта функция особенно важна для студийной записи: высококачественные студийные микрофоны способны реагировать не только на сильные вибрации (например, от проехавшего за стеной тяжёлого грузовика или трамвая), но даже на шаги людей в соседнем помещении, внося искажения в звук. Установка на «паук» предотвращает эти искажения, однако он не всегда имеется в наличии — в подобных случаях и пригодится микрофон с антишоковым подвесом в комплекте.

Поп-фильтр

Поп-фильтр – приспособление в виде характерной круглой пластины из акустически проницаемого материала, устанавливаемое перед микрофоном во время записи речи или пения. Основное назначение поп-фильтра — предотвращение помех в виде характерного гула и хлопков, возникающих из-за попадания на капсюль потока воздуха от дыхания. Кроме того, данное приспособление также обеспечивает защиту от мелких брызг слюны, что положительно сказывается на сроке службы микрофона.

Ветрозащита

Ветрозащита – приспособление в виде характерного поролонового или «мохнатого» чехла, надеваемого на капсюль микрофона (есть и другие варианты конструкции, но они встречаются редко). Прямое воздействие потока воздуха на микрофон (от ветра, от дыхания) может стать причиной помех и испортить звук вплоть до полной неразборчивости; во избежание этого и применяется ветрозащита.

Уважаемые читатели данной статьи, если Вам она понравилась, то почему бы не подписаться и не поделиться ней в социальных сетях или со своими друзьями, ну и не забудьте поставить лайк, если статья Вам показалась интересной!

Источники

  • БСЭ. Статья «Микрофон»
  • Микрофон // Фотокинотехника: Энциклопедия / Главный редактор Е. А. Иофис. — М.: Советская энциклопедия, 1981.

Ссылки

  • Микрофон / Никонов А. В. // Большая советская энциклопедия : [в 30 т.] / гл. ред. А. М. Прохоров. — 3-е изд. — М. : Советская энциклопедия, 1969—1978.
Рейтинг
( 1 оценка, среднее 5 из 5 )
Загрузка ...