Микрофоны: чем они принципиально отличаются? Кардиоидный конденсаторный микрофон


Микрофоны: чем они принципиально отличаются?

Не секрет, что в музыкальном мире разные микрофоны отличаются не только цветом и формой. При этом, по большому счету, все микрофоны служат одной и той же цели: принимают звук и переводят его в электрический сигнал, которым мы в дальнейшем можем управлять. Однако то, КАК они это делают, может сильно повлиять на качество звука на сцене, на репетиционной базе или в студии звукозаписи. Я всегда призывал, призываю и буду призывать музыкантов подробно изучать различные микрофоны, чтобы таким образом понять, какие микрофоны подходят для вас лучше всего. Также я рекомендую всегда иметь с собой на репетициях и на выступлениях свой собственный микрофон подходящего для вас типа.

Существуют 2 основные характеристики микрофона, влияющие на его «звучание»: тип капсюля и характеристика направленности. В данной статье мы подробно остановимся на второй характеристике.

Характеристика направленности микрофона — это показатель того, как микрофон принимает звук с различных направлений, т.е. его чувствительность к звуку в зависимости от положения источника звука относительно микрофона. Ниже мы рассмотрим 4 основные характеристики направленности, которые вы чаще всего встретите в музыкальном мире, а также опишем ситуации, в которых каждый из этих типов подойдет лучше всего.

Ненаправленный микрофон

Подходит для:

— студий при записи объемного звучания

— определенных живых выступлений, на которых звук полностью контролируются, для передачи чистого, естественного, открытого звука, изолированного от шумов (вызванных ветром или дыханием), а также для окраски звука, источник которого направлен не напрямую в сторону микрофона (не по оси микрофона).

Выбор профессионалов:

— Earthworks QTC50

— DPA 4006A

— Neumann U87

Ненаправленные микрофоны (также часто называемые «omni» от «omnidirectional» — «ненаправленный») чувствительны к звукам с любого направления. Будь источник звука сверху, снизу, перед или за микрофоном, он примерно одинаково примет его звук (не абсолютно одинаково, но для простоты понимания разницу можно не учитывать). Эти микрофоны ценятся музыкантами за свою низкую «окраску» звука и удивительно «плоский» частотный спектр звука, в особенности на низких частотах. Эти микрофоны также слабо чувствительны к шуму ветра или к «взрывным» согласным (таким, как «Б» или «П»). Однако именно из-за характеристики направленности данный тип микрофонов зачастую является бесполезным на шумных живых выступлениях и находит свое применение в основном только в студиях.

Двунаправленный микрофон

Подходит для:

— студий при записи двух разных источников звука, когда требуется меньшее чем у ненаправленных микрофонов попадание в микрофон посторонних шумов

— ситуаций, когда требуется сильное отсекание звука (например, когда происходит запись вокала певца, который одновременно играет на гитаре)

— записи по технологии «mid-side обработка» и технологии Алана Блюмляйна (особые технологии записи стерео-сигнала)

Выбор профессионалов:

— Royer R-121

— Cascade Fat Head II

Двунаправленные микрофоны (также называемые «восьмерками» из-за формы их диаграммы направленности) принимают звук одинаково хорошо как за собой, так и перед. По своей природе они удивительным образом не воспринимают звуки, исходящие непосредственно по бокам микрофона (т.е. +— 90° к их оси). Однако эта характеристика направленности — еще одна, с которой крайне трудно работать во время живых выступлений. Тем не менее, благодаря полному отсутствию чувствительности этих микрофонов к источникам звука, расположенным по их обеим сторонам, они имеют несколько весьма интересных и необычных способов применения в студийных условиях, связанных с их местом расположения.

Кардиоидный микрофон

Подходит для:

— сцены и студии: универсальная «рабочая лошадка» музыкантов

— приема звука от близко расположенного к микрофону источника звука и для его изолирования от окружающих источников как на сцене, так и в студии

Выбор профессионалов:

— Shure SM58

— Sennheiser e906

— EV RE-20

— Heil PR-20

— Telefunken M80

— AKG D112

Кардиоидные микрофоны — это первый в нашем обзоре тип однонаправленных микрофонов, т.е. тех микрофонов, которые принимают звук только в одном направлении. Из названия «кардиоидный» может показаться, что микрофон имеет что-то общее с сердцем (вспомним ту же кардиограмму). И это действительно так! Диаграмма направленности кардиоидного микрофона напоминает форму сердца (не анатомическую форму, а ту, которую мы рисуем с детства для обозначения сердца), что делает их чувствительными к звукам, исходящим непосредственно напротив микрофона и нечувствительным к звукам позади микрофона. И, о чудо: этот микрофон одинаково активно используется как в студиях, так и на концертах! Он слабо восприимчив к источникам, находящимся за микрофоном, что делает его кандидатом #1 для использования в качестве вокального или инструментального микрофона.

К сожалению, ничего идеального в мире не существует, и данный тип микрофонов также не лишен своих недостатков. Довольно сложно найти кардиоидный микрофон без своего особого «характера» по отношению к тому, как он воспринимает определенные частоты (хотя это не обязательно всегда является плохим свойством). Другой феномен, свойственный данному типу микрофонов, — это то, что мы называем «эффектом близости». По мере приближения источника звука к микрофону, на расстоянии около 0-2 сантиметров от микрофонной сеточки появляется заметное увеличение отклика низких частот. Вы могли это замечать, когда вы приближались к микрофону и ваш голос становился «больше» и «полнее», чем когда вы находились вдали от микрофона. Как вокалист, это может использоваться для добавления определенной теплоты и полноты голосу, но также это доставляет определенные проблемы в случае если вокалист имеет привычку значительно менять дистанцию до микрофона, что приводит к нежелательным изменениям в тембре его голоса.

Гиперкардиоидный (суперкардиоидный) микрофон

Подходит для:

— приема звука в время живых выступлений, когда требуется более изолированный звук

— подзвучки вокала для еще большего устранения «утечки» звука на сцене, чем у кардиоидных микрофонов

— студийных и концертных записей, требующих строго направленного и сфокусированного звука

Выбор профессионалов:

— Shure Beta 87A

— Sennheiser e945

— Audix D4

— Sennheiser MD441

Будучи братом кардиоидного микрофона, этот тип микрофонов демонстрирует похожие характеристики по направлениям звука с небольшими, но очень важными отличиями. Эти микрофоны являются еще одним отличным выбором для живых концертных выступлений, особенно для вокалистов, т.к. эти микрофоны имеют еще более плотный и направленный отклик, чем аналогичные кардиоидные микрофоны. Они себя прекрасно проявляют на громких сценах, когда имеется множество источников шума вокруг вокалиста и задачей является четкое снятие звуков исключительно вокалиста. Однако, с другой стороны, данный тип микрофонов может доставить проблемы подвижным вокалистам, которые благодаря своим движениям на сцене меняют угол относительно микрофона, что сильно сказывается на тембре и громкости подученного голоса вокалиста. Даже незначительное отклонение от оси микрофона может оказать заметную разницу в звуке.

Другим недостатком, который необходимо иметь в виду при использовании такого микрофона, является так называемый «кроличий хвост» у диаграммы направленности позади микрофона, связанный с формой его капсюля. У этих микрофонов появляется дополнительная небольшая зона проникновения звука ЗА микрофоном. Хоть эти микрофоны не такие чувствительные сзади, как двунаправленные «восьмерки», но тем не менее с ними нужно следить за тем, куда направлена его противоположная сторона. Если вы как вокалист подведете этот «кроличий хвост» к вокальному напольному монитору, то мало никому не покажется: микрофон сразу же заведется и противный фидбек станет незванным гостем вашего концерта.

Мы надеемся, что приведенные советы дадут вам пищу для размышлений при выборе микрофона. Пробуйте разные варианты, и тогда вы сможете найти именно тот микрофон, который подходит вам лучше всего!

Идея и материал для статьи: Арон Станиулис (Aaron Staniulis) — не только звукорежиссер на концертах и в студии, но также опытный музыкант, вокалист и композитор. Он провел равное количество времени по обеим сторонам микрофона, работая и играя с различными музыкальными коллективами начиная от барных кавербэндов и заканчивая группами ведущих звукозаписывающих лейблов, на концертах с аудиторией от десятков до десятков тысяч человек.

www.realmusic.ru

О направленности микрофона. Направленность микрофона

Под углом снятия звука или направленностью, понимается зона возможного расположения источника звукового сигнала, внутри которой не наблюдается значимой потери эффективности микрофона.

Направленность микрофона – это чувствительность микрофона к звуку в зависимости от направления или угла с которого приходит звук.

В микрофонах используется несколько характеристик направленности. Обычно они изображаются в виде полярных диаграмм, для того, чтобы графически отобразить вариации чувствительности в зоне 360 градусов вокруг микрофона, принимая микрофон за центр окружности, и ставя точку отсчета угла перед микрофоном.

Диаграмма направленности показывает зависимость чувствительности микрофона к звуковому сигналу от местоположения его источника.

По направленности, различают три основных типа микрофонов:

  • всенаправленные микрофоны
  • однонаправленные микрофоны
  • двунаправленные микрофоны

Всенаправленный микрофон

Всенаправленный микрофон имеет одинаковый выходной уровень при любом направлении. Он охватывает все градусы. Всенаправленный микрофон улавливает максимальное количество пространственных звуков. При применении во время концерта всенаправленный микрофон должен быть расположен очень близко к источнику звука. Кроме того, можно повернуть всенаправленный микрофон в сторону от ненужных источников звука, таких как порталы, что может вызвать заводку.

Всенаправленный микрофон

Всенаправленный микрофон чувствителен к сигналам, идущим со всех направлений.

Микрофон с полусферической направленностью

Микрофон с полусферической направленностью чувствителен только к сигналам, исходящим из одной полусферы окружающего мира. Такую направленность имеют микрофоны с краевым эффектом (PZM).

  • зависимость от акустики помещения: не отсекают эхо;
  • не обеспечивают акустическую изоляцию, разве что только при малом расстоянии от источника звука до микрофона;
  • низкая чувствительность к звукам дыхания;
  • практически отсутствует «эффект близости»;
  • расширенные низкие частоты у конденсаторных микрофонов, что очень полезно при работе с органом, бас барабаном и симфоническим оркестром;

Однонаправленный микрофон

Однонаправленный микрофон, или «направленный», проявляет чувствительность к звуку, который приходит с одного направления, и меньшую чувствительность к остальным. Типичной картиной для таких микрофонов является кардиоидная характеристика (своеобразная диаграмма в форме сердца). Наибольшая чувствительность, при этом, достигается на направлении вдоль оси микрофона, а наименьшая - в противоположном направлении. Эффективный угол работы кардиоидного микрофона составляет 130 градусов.

Микрофоны с направленностями, рассмотренными ниже, относятся к так называемым или «однонаправленным» микрофонам.

Микрофон с кардиоидной диаграммой направленности

Как видно из рисунка, микрофон с кардиоидной диаграммой направленности безразличен к звуку, идущему сзади.

Микрофон с суперкардиоидной диаграммой направленности

Микрофон с суперкардиоидной диаграммой направленности имеет спереди более узкую зону захвата звука, чем микрофон с кардиоидной направленностью. При этом он частично захватывает звук, идущий непосредственной сзади, но также имеет две области абсолютной нечувствительности (см. рисунок).

Микрофоны с суперкардиоидной диаграммой направленности:

  • имеют максимальную разницу между передней и задней областями чувствительности среди подобных микрофонов;
  • обеспечивают большую изоляцию, чем микрофоны с кардиоидной направленностью;
  • менее чувствительны к акустике помещения, чем микрофоны с кардиоидной направленностью.
Гиперкардиоидная диаграмма направленности

Гиперкардиоидная диаграмма направленности похожа на суперкардиоидную. Она отличается от последней тем, что имеет сравнительно более узкую зону чувствительности спереди и более широкую сзади. Микрофоны с гиперкардиоидной направленностью также имеют две «нулевые» области.

Микрофоны с гиперкардиоидной диаграммой направленности:

  • обеспечивают максимальную среди подобных им микрофонов нечувствительность к боковым звукам;
  • обеспечивают максимальную акустическую изоляцию: защищают от неблагоприятных эффектов помещения, feedback- и посторонних шумов;
  • препятствуют утечке сигнала.
Микрофоны с полукардиоидной диаграммой направленности

Таким образом кардиоидный микрофон улавливает почти треть ( 360/3=120) пространственных звуков по сравнению со всенаправленным. Однонаправленные микрофоны отделяют необходимый прямонаправленный звук от посторонних и пространственных звуков.

Использование такого микрофона часто является необходимым мероприятием. В некоторых случаях - это единственный способ уменьшить проникновение звука в канал музыкальных инструментов. Необходимо отметить, что они имеют зону улавливания непосредственно сзади.

Микрофоны с полукардиоидной диаграммой направленности обычно используются на лекциях, конференциях и совещаниях.

Двунаправленный микрофон

Двунаправленный микрофон, «восьмёрка», обладает намного большей чувствительностью как спереди, так и сзади, но по бокам уровень чувствиельности меньше. Уровень пространственного шума такой же, как и у однонаправленного. Данный вид микрофона применяется для улавливания звука от двух противоположных источников, например, вокального дуэта.

«Восьмёрка»

«Восьмёркой» называется диаграмма направленности, при которой микрофон одинаково чувствителен к сигналам, идущим спереди и сзади, и абсолютно нечувствителен к звуку, идущему с боков.

  • используются, в частности, для интервью, когда собеседники сидят напротив друг друга или для записи и озвучивания дуэтов;
  • обеспечивают максимальную изоляцию при overhead-записи;
  • применяются для стереозаписи по методу Блюмляйна (Blumlein), когда используются два скрещенных микрофона-«восьмёрки».

Для однонаправленных микрофонов (кардиоидных, суперкардиоидных, и т. д.) угол между центральной линией (см. рисунок) и точкой, где эффективность микрофона значимо падает (разница достигает 3 дБ), считается половиной угла снятия звука. Типичный показатель для кардиоидного микрофона составляет 131° (65.5° по обе стороны центральной линии), значения для других видов микрофонов представлены ниже.

Угол снятия звука:
Всенаправленный микрофон360°
Кардиоидный микрофон131°
Суперкардиоидный микрофон115°
Гиперкардиоидный микрофон105°

Направленность - сравнителные характеристики микрофонов:

Подавление шума окружающей среды (пространственного шума)

Так как однонаправленные микрофоны не столько чувствительны к звукам приходящим не по оси, чем всенаправленные, они воспринимают меньше пространственного звука.

Определение необходимого расстояния

Направленные микрофоны улавливают меньше шума, чем всенаправленные, они могут быть использованы и установлены на небольших расстояниях от источника звука, сохраняя в это же время баланс между основным и фоновым или пространственным звуком. Всенаправленный микрофон должен располагаться примерно вдове ближе, чтобы иметь такой же баланс.

Эффект поворота микрофона

Изменение амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) микрофона, которое будет тем существеннее, чем больше угол между осью микрофона и направлением на источник звука. В первую очередь происходит потеря низов, что приводит к неясному и нечеткому звуку.

Эффект приближения микрофона

У однонаправленных микрофонов отдача в низах (нижних частотах) может значительно возрастать по мере того, как микрофон приближается (в пределах полуметра) к источник звука. При установке вплотную (мене 30 см) следует помнить об эффекте приближения и убрать низы (например, используя эквалайзер), чтобы получить более натуральный звук. Вы можете:

  • убрать низы на микшере,
  • использовать микрофон,
  • минимизирующий эффект,
  • использовать микрофон с кнопкой среза басов
  • использовать всенаправленный микрофон.

Природа однонаправленных микрофонов такова, что они могут не только отделить звучание одного инструмента от другого, но также уменьшить обратную связь, допуская тем самым большее усиление. С этой точки зрения однонаправленные микрофоны предпочтительнее всенаправленных практически во всех задачах усиления звука.

Использование направленности для уменьшения шума

При усилении звука, микрофоны часто могут находиться в местах, где они могут принять звук от посторонних источников. В каждом случае мы имеем один нужный источник звука и один или более ненужных. Четкий и правильный выбор нужной характеристки направленности может очень помочь в максимальном улавливании нужного звука и минимальном - ненужных.

Несмотря на то, что для лучшего улавливания обычно очевидным вариантом является осевое направление, направление минимизирующее улавливание посторонних звуков может зависеть от типа микрофона. Таким образом, однонаправленные микрофоны менее чувствительны сзади, а остальные улавливают на этом направлении звук.

fdstar.com

О направленности микрофона. Направленность микрофона

Под углом снятия звука или направленностью, понимается зона возможного расположения источника звукового сигнала, внутри которой не наблюдается значимой потери эффективности микрофона.

Направленность микрофона – это чувствительность микрофона к звуку в зависимости от направления или угла с которого приходит звук.

В микрофонах используется несколько характеристик направленности. Обычно они изображаются в виде полярных диаграмм, для того, чтобы графически отобразить вариации чувствительности в зоне 360 градусов вокруг микрофона, принимая микрофон за центр окружности, и ставя точку отсчета угла перед микрофоном.

Диаграмма направленности показывает зависимость чувствительности микрофона к звуковому сигналу от местоположения его источника.

По направленности, различают три основных типа микрофонов:

  • всенаправленные микрофоны
  • однонаправленные микрофоны
  • двунаправленные микрофоны

Всенаправленный микрофон

Всенаправленный микрофон имеет одинаковый выходной уровень при любом направлении. Он охватывает все градусы. Всенаправленный микрофон улавливает максимальное количество пространственных звуков. При применении во время концерта всенаправленный микрофон должен быть расположен очень близко к источнику звука. Кроме того, можно повернуть всенаправленный микрофон в сторону от ненужных источников звука, таких как порталы, что может вызвать заводку.

Всенаправленный микрофон

Всенаправленный микрофон чувствителен к сигналам, идущим со всех направлений.

Микрофон с полусферической направленностью

Микрофон с полусферической направленностью чувствителен только к сигналам, исходящим из одной полусферы окружающего мира. Такую направленность имеют микрофоны с краевым эффектом (PZM).

  • зависимость от акустики помещения: не отсекают эхо;
  • не обеспечивают акустическую изоляцию, разве что только при малом расстоянии от источника звука до микрофона;
  • низкая чувствительность к звукам дыхания;
  • практически отсутствует «эффект близости»;
  • расширенные низкие частоты у конденсаторных микрофонов, что очень полезно при работе с органом, бас барабаном и симфоническим оркестром;

Однонаправленный микрофон

Однонаправленный микрофон, или «направленный», проявляет чувствительность к звуку, который приходит с одного направления, и меньшую чувствительность к остальным. Типичной картиной для таких микрофонов является кардиоидная характеристика (своеобразная диаграмма в форме сердца). Наибольшая чувствительность, при этом, достигается на направлении вдоль оси микрофона, а наименьшая - в противоположном направлении. Эффективный угол работы кардиоидного микрофона составляет 130 градусов.

Микрофоны с направленностями, рассмотренными ниже, относятся к так называемым или «однонаправленным» микрофонам.

Микрофон с кардиоидной диаграммой направленности

Как видно из рисунка, микрофон с кардиоидной диаграммой направленности безразличен к звуку, идущему сзади.

Микрофон с суперкардиоидной диаграммой направленности

Микрофон с суперкардиоидной диаграммой направленности имеет спереди более узкую зону захвата звука, чем микрофон с кардиоидной направленностью. При этом он частично захватывает звук, идущий непосредственной сзади, но также имеет две области абсолютной нечувствительности (см. рисунок).

Микрофоны с суперкардиоидной диаграммой направленности:

  • имеют максимальную разницу между передней и задней областями чувствительности среди подобных микрофонов;
  • обеспечивают большую изоляцию, чем микрофоны с кардиоидной направленностью;
  • менее чувствительны к акустике помещения, чем микрофоны с кардиоидной направленностью.
Гиперкардиоидная диаграмма направленности

Гиперкардиоидная диаграмма направленности похожа на суперкардиоидную. Она отличается от последней тем, что имеет сравнительно более узкую зону чувствительности спереди и более широкую сзади. Микрофоны с гиперкардиоидной направленностью также имеют две «нулевые» области.

Микрофоны с гиперкардиоидной диаграммой направленности:

  • обеспечивают максимальную среди подобных им микрофонов нечувствительность к боковым звукам;
  • обеспечивают максимальную акустическую изоляцию: защищают от неблагоприятных эффектов помещения, feedback- и посторонних шумов;
  • препятствуют утечке сигнала.
Микрофоны с полукардиоидной диаграммой направленности

Таким образом кардиоидный микрофон улавливает почти треть ( 360/3=120) пространственных звуков по сравнению со всенаправленным. Однонаправленные микрофоны отделяют необходимый прямонаправленный звук от посторонних и пространственных звуков.

Использование такого микрофона часто является необходимым мероприятием. В некоторых случаях - это единственный способ уменьшить проникновение звука в канал музыкальных инструментов. Необходимо отметить, что они имеют зону улавливания непосредственно сзади.

Микрофоны с полукардиоидной диаграммой направленности обычно используются на лекциях, конференциях и совещаниях.

Двунаправленный микрофон

Двунаправленный микрофон, «восьмёрка», обладает намного большей чувствительностью как спереди, так и сзади, но по бокам уровень чувствиельности меньше. Уровень пространственного шума такой же, как и у однонаправленного. Данный вид микрофона применяется для улавливания звука от двух противоположных источников, например, вокального дуэта.

«Восьмёрка»

«Восьмёркой» называется диаграмма направленности, при которой микрофон одинаково чувствителен к сигналам, идущим спереди и сзади, и абсолютно нечувствителен к звуку, идущему с боков.

  • используются, в частности, для интервью, когда собеседники сидят напротив друг друга или для записи и озвучивания дуэтов;
  • обеспечивают максимальную изоляцию при overhead-записи;
  • применяются для стереозаписи по методу Блюмляйна (Blumlein), когда используются два скрещенных микрофона-«восьмёрки».

Для однонаправленных микрофонов (кардиоидных, суперкардиоидных, и т. д.) угол между центральной линией (см. рисунок) и точкой, где эффективность микрофона значимо падает (разница достигает 3 дБ), считается половиной угла снятия звука. Типичный показатель для кардиоидного микрофона составляет 131° (65.5° по обе стороны центральной линии), значения для других видов микрофонов представлены ниже.

Угол снятия звука:
Всенаправленный микрофон360°
Кардиоидный микрофон131°
Суперкардиоидный микрофон115°
Гиперкардиоидный микрофон105°

Направленность - сравнителные характеристики микрофонов:

Подавление шума окружающей среды (пространственного шума)

Так как однонаправленные микрофоны не столько чувствительны к звукам приходящим не по оси, чем всенаправленные, они воспринимают меньше пространственного звука.

Определение необходимого расстояния

Направленные микрофоны улавливают меньше шума, чем всенаправленные, они могут быть использованы и установлены на небольших расстояниях от источника звука, сохраняя в это же время баланс между основным и фоновым или пространственным звуком. Всенаправленный микрофон должен располагаться примерно вдове ближе, чтобы иметь такой же баланс.

Эффект поворота микрофона

Изменение амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) микрофона, которое будет тем существеннее, чем больше угол между осью микрофона и направлением на источник звука. В первую очередь происходит потеря низов, что приводит к неясному и нечеткому звуку.

Эффект приближения микрофона

У однонаправленных микрофонов отдача в низах (нижних частотах) может значительно возрастать по мере того, как микрофон приближается (в пределах полуметра) к источник звука. При установке вплотную (мене 30 см) следует помнить об эффекте приближения и убрать низы (например, используя эквалайзер), чтобы получить более натуральный звук. Вы можете:

  • убрать низы на микшере,
  • использовать микрофон,
  • минимизирующий эффект,
  • использовать микрофон с кнопкой среза басов
  • использовать всенаправленный микрофон.

Природа однонаправленных микрофонов такова, что они могут не только отделить звучание одного инструмента от другого, но также уменьшить обратную связь, допуская тем самым большее усиление. С этой точки зрения однонаправленные микрофоны предпочтительнее всенаправленных практически во всех задачах усиления звука.

Использование направленности для уменьшения шума

При усилении звука, микрофоны часто могут находиться в местах, где они могут принять звук от посторонних источников. В каждом случае мы имеем один нужный источник звука и один или более ненужных. Четкий и правильный выбор нужной характеристки направленности может очень помочь в максимальном улавливании нужного звука и минимальном - ненужных.

Несмотря на то, что для лучшего улавливания обычно очевидным вариантом является осевое направление, направление минимизирующее улавливание посторонних звуков может зависеть от типа микрофона. Таким образом, однонаправленные микрофоны менее чувствительны сзади, а остальные улавливают на этом направлении звук.

cjcity.fdstar.ru

Статья "Микрофоны, часть 4" | Музыкальное Оборудование

Автор: 

Ирина Алдошина

Дата первой публикации: 

апр 2011

Классификация микрофонов по видам характеристик направленности.

В предыдущей части статьи рассматривалась классификация микрофонов по принципам преобразования энергии. В данной части будет рассмотрена классификация по видам характеристик направленности.

По этому параметру все микрофоны могут быть разделены на следующие группы:ненаправленные (omnidirectional) — приемники давления;двунаправленные (bidirectional) — симметричные приемники градиента давления;однонаправленные (unidirectional) — несимметричные приемники градиента давления и комбинированные;остронаправленные — микрофоны типа Shotgun и параболические.

Ненаправленные микрофоныЕсли условно изобразить микрофон (это относится к любому типу преобразования) в виде гибкой диафрагмы в корпусе с жесткими стенками, то переменное звуковое давление от источника звука будет воздействовать на диафрагму с одной стороны (рис. 1). Когда длина волны значительно больше размеров микрофона (λ >>d), то есть на низких частотах, звуковая волна обтекает корпус микрофона и звуковые волны со всех направлений (как фронтальных, так и боковых и задних) приходят в одинаковой фазе на все точки мембраны в пределах ее площади, то есть микрофон как бы "не чувствует" направление их прихода.

Характеристика направленности такого микрофона представляет собой шар, в центре которого находится микрофон (рис. 2), то есть чувствительность микрофона одинакова для всех направлений прихода звуковой волны. Такой микрофон называется ненаправленным или приемником давления.

Следует отметить, что это свойство сохраняется только на низких частотах, с повышением частоты начинает сказываться экранирующее действие корпуса и возникает разность фаз между волнами, приходящими с разных направлений в пределах площади мембраны. При этом микрофон приобретает отчетливо направленные свойства в сторону передних источников звука.

Ненаправленные микрофоны находят широкое применение в технике звукозаписи, особенно для записи звуков окружающего (реверберационного) пространства и шумов. Они применяются также как репортажные, так как у них отсутствует эффект "близости" (proximity), который всегда существует в направленных микрофонах (подробнее о нем будет рассказано дальше).

Двунаправленныe микрофоныСхематически принцип работы микрофона — приемника градиента давления, показан на рис. 1 справа. В таком микрофоне независимо от принципа преобразования обеспечен доступ звуковой волны как с передней, так и с тыльной стороны мембраны (так как в корпусе микрофона имеются отверстия для доступа звуковых волн к задней части мембраны). При этом мембрана находится под действием разности (то есть градиента) сил ΔF= F1 - F2, гдеF1=pзв S sinωt — сила, действующая на переднюю сторону диафрагмы;F2=pзв S sin(ωt -Δϕ) — сила, действующая на заднюю сторону диафрагмы, она равна по амплитуде силе F1, но отстает от нее по фазе на Δϕ, так как звуковые волны проходят более длинный путь (D) до задней стороны диафрагмы. Эта разность фаз приближенно равна Δϕ=2π (D cosα) /λ, при этом градиент сил действующих на диафрагму равен:ΔF= pзв S (D/c) ω cosα, где D — расстояние между фронтальным и задним входом звуковой волны, α — угол падения звуковой волны, c —скорость звука. Как видно из этого выражения, когда угол падения звуковой волны 0 град или 180 град, то разность (градиент) сил максимальна, так как cos 0 град = 1, а cos 180 град = -1, а когда угол падения 90 град, то она равна нулю (cos90 град = 0). Таким образом, зависимость уровня чувствительности от угла падения имеет вид, показанный на рис. 2. Коэффициент направленности в данном случае равен: Г(α)=cosα. Характеристика направленности такого типа обычно называется "восьмерка" ("figure eight").

Микрофоны с данной характеристикой направленности чувствительны к звуковым волнам, падающим вдоль оси, и практически нечувствительны к звуковым волнам, падающим под углом 90 градусов к оси. Такую характеристику могут иметь микрофоны разных типов преобразования, например, ленточные с открытой с двух сторон ленточкой, динамические, конденсаторные и др.

Микрофоны такого типа находят широкое применение для записи боковых отражений в помещениях, в микрофонных стереосистемах, системах пространственного (surround) звука и др.

Однонаправленные микрофоныЕсли синтезировать характеристику направленности микрофона путем комбинирования ненаправленной и двунаправленной характеристики, то в осевом фронтальном направлении чувствительность увеличивается (поскольку сигналы складываются в одинаковой фазе), а в тыловом направлении чувствительность уменьшается — сигналы взаимно вычитаются, так как их фазы противоположны. Пусть микрофон — приемник давления, имеет чувствительность S1, не зависящую от угла падения волны, а микрофон — приемник градиента давления, имеет чувствительность S2cosα. Если чувствительности обеих микрофонов на оси выбрать равными S1= S2, то характеристика направленности такой комбинации микрофонов будет иметь вид:Г(α)=(S1+S1cosα)/2 S1=1/2(1+ cosα).

Полученная при этом форма диаграммы направленности называется кардиоидой (рис. 2).

Для создания таких комбинированных микрофонов раньше (30-40 годы) размещали два капсюля в одном корпусе и электрически складывали их выходные напряжения. Однако односторонненаправленную характеристику направленности удавалось получить только в очень ограниченном диапазоне частот (две-три октавы) из-за различий амплитудных и фазовых характеристик обоих типов микрофонов.

В современных односторонненаправленных микрофонах используется один преобразователь с двумя или более акустическими входами для доступа звуковой волны к диафрагме, однако в них условия доступа звуковой волны к передней и задней части диафрагмы неодинаковы Такие преобразователи относятся к группе несимметричных приемников градиента давления (рис. 3). Фазовый сдвиг между звуковыми волнами, падающими на переднюю и заднюю сторону диафрагмы, состоит из "внешнего", зависящего от длины пути между передней и тыльной стороной диафрагмы Δϕ1=2π (D cosα) /λ, и "внутреннего" Δϕ2, определяемого внутренней массой и упругим сопротивлением воздуха в объеме под диафрагмой и в отверстиях (для регулирования этого сопротивления отверстия закрываются шелком и др.). Таким образом, сила F3, действующая на заднюю поверхность мембраны, отстает от силы F1, действующей на переднюю поверхность, как на внешний, так и на внутренний фазовый сдвиг: F3 =pзв S sin(ωt -Δϕ1-Δϕ2). При этом внешний фазовый сдвиг зависит от угла падения звуковой волны (то есть cosα), а внутренний не зависит. Подбирая разность этих фаз, можно сформировать различные типы односторонних характеристик направленности.

Большинство современных направленных микрофонов как конденсаторного, так и динамического типа относятся именно к несимметричным приемникам градиента давления.

Отверстие (может быть разделено на несколько отверстий) располагается на определенном расстоянии от задней стороны диафрагмы (обычно 3,8 см), примером конструкции капсюля конденсаторного микрофона градиента давления с одним входным отверстием может служить модель Electro-Voice DS35. Кроме этого существуют конструкции капсюлей, где два, три и множество отверстий располагаются на разных расстояниях от диафрагмы (рис. 4).

Примером может служить модель Sennheiser MD441 (рис. 5), где три отверстия располагаются на разном расстоянии: 3,8 см — высокочастотный вход, 5,6 см — среднечастотный вход, 7 см — низкочастотный вход. Такая конструкция более устойчива к эффекту близости (proximity), так как низкочастотное отверстие находится дальше от диафрагмы, а этот эффект (см. далее) уменьшается с увеличением расстояния от источника звука.

Конденсаторные микрофоны с двойными мембранами (комбинированные)В современных конструкциях микрофонов часто используются двумембранные капсюли, которые представляют собой два совмещенных конденсаторных микрофона с отдельными мембранами и общим неподвижным электродом (рис. 6). В них имеются как замкнутые полости, так и сквозные отверстия, соединяющие подмембранные зазоры обеих мембран. В таких микрофонах существует возможность управлять характеристикой направленности. При подаче поляризующего напряжения на обе мембраны получается как бы два кардиоидных микрофона, оси которых развернуты под углом 180 град, выходное напряжение с первого микрофона равно U1=U0(1+cosϑ)/2, а выходное напряжение со второго микрофона сдвинуто на 180 град и равно U2=U0 (1+cosϑ+180 град)/2. Складывая напряжения с двух микрофонов, можно получить "ненаправленную" характеристику, вычитая — "восьмерку", а меняя соотношение напряжений можно получить другие виды характеристик направленности: кардиоиду, гиперкардиоиду и т. д.

Технически это осуществляется с помощью подачи поляризующего напряжения на потенциометр, который и является регулятором подаваемого напряжения (рис. 6): неподвижный электрод подключается через резистор к середине потенциометра, левая мембрана — к положительному полюсу источника питания, правая подключается в различных точках: при подключении в правой точке (Omni) получается круговая характеристика, в средней точке (Cardioid) — кардиоидная (мембрана имеет тот же потенциал, что и неподвижный электрод, и, следовательно, не является электрически активной), при подключении в левой точке (Figure 8) характеристика направленности имеет вид восьмерки. На корпусах современных микрофонов обычно указываются виды характеристик направленности, выбираемые с помощью переключения.

Кроме конструкции капсюля с раздельным стоком воздуха из подмембранного объема, приведенной на рис. 6, в современных микрофонах используются конструкции с совмещенным стоком, позволяющим реализовать лучшие параметры (рис. 7).

В общем случае характеристика направленности микрофонов может быть записана в виде:Г(α)={1/(1+А)}(1+ Аcosα).

При разных значениях коэффициента "А" получаются разные формы характеристики направленности:А=0, Г(α)=1 — круг,А=1, Г(α)=1/2(1+ cosα) — кардиоида,А=1,7 — суперкардиоида,А=3 — гиперкардиоида,А→∞ , Г(α)= cosα — восьмерка.

Односторонненаправленные микрофоны находят очень широкое применение для записи музыки и речи в различной окружающей обстановке, особенно при наличии шумов и помех, а также в системах звукоусиления.

Другие характеристикиКроме перечисленных свойств микрофонов можно указать еще несколько характеристик, связанных с их направленностью.

Чувствительность к окружающим звукам (ambient sound rejection) — односторонненаправленные микрофоны менее чувствительны к окружающим шумам и звукам, чем ненаправленные микрофоны, в силу особенностей их характеристики направленности, поскольку они имеют меньшую чувствительность для задних и боковых направлений прихода звуковой волны (поэтому их предпочтительнее использовать в системах звукоусиления для уменьшения вероятности возникновения обратной связи). Для оценки этих свойств используется величина "чувствительность к окружающему шуму" по отношению к ненаправленному микрофону: если у ненаправленного микрофона ее принять за 100%, то у микрофонов с кардиоидной характеристикой направленностью она равна 33%, для других типов ее значения даны в таблице 1.

Коэффициент расстояния (distance factor) — поскольку направленные микрофоны "схватывают" меньше окружающего шума, чем ненаправленные, они могут использоваться на больших расстояниях от источника звука, сохраняя при этом баланс между прямым звуком и отраженным. Например, кардиоидный микрофон может быть отодвинут на расстояние в 1,7 раза большее, чем ненаправленный, при сохранении того же баланса. Значения этих расстояний относительно ненаправленного микрофона для микрофонов с разными типами характеристики направленности даны в таблице 1.

Угол максимального подавления (angle of maximum rejection) — угол, в направлении которого микрофон наименее чувствителен к окружающему звуку. Например, для кардиоидного микрофона этот угол 180 град, для других типов углы даны в таблице 1. Значения этих углов полезно учитывать при расстановке микрофонов и излучателей для минимизации обратной связи.

В таблице 1 приведен еще один параметр — отношение фронт-тыл (rear rejection), который представляет собой отношение чувствительности при угле падения 0 град к чувствительности при угле падения 180 град, выраженной в дБ.

Направленные микрофоны обладают еще одним свойством — зависимостью уровня чувствительности от расстояния до источника, особенно на низких частотах. Это свойство называется "эффектом близости" (proximity effect).

Этот эффект объясняется тем, что на близком расстоянии (то есть когда расстояние до источника меньше длины волны) микрофон находится в "ближней зоне", то есть в зоне распространения сферической волны. В сферической волне звуковое давление изменяется с расстоянием (р~1/r), поэтому разность давлений, которые действуют на переднюю часть мембраны и на ее тыльную часть, увеличивается за счет дополнительного уменьшения давления, возникающего в сферической волне с увеличением расстояния. Поэтому чувствительность направленного микрофона на низких частотах возрастает. По мере повышения частоты длина волны становится меньше, и расстояние, на котором находится микрофон, начинает превышать длину волны, так что этот эффект перестает сказываться. Форма частотной характеристики направленного микрофона при разных расстояниях до источника показана на рис. 8.

При использовании направленных микрофонов на малых расстояниях необходимо учитывать подъем частотной характеристики на низких частотах (вводя необходимую коррекцию). Ненаправленные микрофоны не имеют этого эффекта, их форма частотной характеристики от расстояния не зависит, поэтому тембр голоса солиста или музыкального инструмента практически не меняется с изменением расстояния.

Анализ чувствительности одномембранных и двумембранных микрофонов к изменению расстояния до источника звука, выполненный на фирме Neumann, показал следующие результаты: в среднем поле (при измерении на расстоянии 1,25 м) существенных различий в форме частотной характеристики и других параметров у микрофонов с одиночными и двойными мембранами нет, но в дальнем (на расстоянии 5м) и ближнем поле (на расстоянии 0,05 м) эти различия становятся существенными. В дальнем поле у микрофонов с двойными диафрагмами имеет место подъем чувствительности на низких частотах и расширение диаграммы направленности до широкой кардиоиды, а это означает, что в дальнем диффузном поле такие микрофоны "схватывают" больше басов, что может привести к подчеркиванию низкочастотной части реверберации (если в этом нет необходимости при записи, то лучше выбрать микрофоны с одиночными мембранами, что дает более сухой звук). В ближнем поле, наоборот, подъем частотной характеристики за счет "эффекта близости" у микрофонов с двойными диафрагмами меньше, поэтому они часто предпочитаются для записи речи и вокала.

Остронаправленные микрофоныМикрофоны типа shotgun обычно состоят из односторонненаправленного капсюля, нагруженного на трубку с отверстиями (или прорезями), закрытыми тканью (рис. 9).

Трубка представляет собой своего рода линию задержки, так как при падении звуковых волн под углом α к оси микрофона они достигают мембраны с разными сдвигами фаз:Δϕ= ω di(1- cosα) /c, где di — расстояние от начала трубки до отверстия i, с — скорость звука, ω — круговая частота. При этом из-за интерференции звуковых волн на поверхности мембраны происходит частичное или полное их гашение (в зависимости от угла падения), и давление на поверхности мембраны уменьшается. Ткань на отверстиях трубки является дополнительным акустическим сопротивлением, которое возрастает по мере приближения к капсюлю микрофона. В некоторых конструкциях используют постепенное уменьшение диаметра отверстий. Существенное обострение характеристики направленности начинается с частот, где длина трубки больше половины длины волны L> λ/2. Общий вид такого типа микрофона показан на рис. 10.

Параболический микрофон (parabolic microphone) представляет собой рефлектор параболической формы (как у телескопа), в фокусе которого находится микрофонный капсюль (ненаправленный или направленный), обращенный фронтальной стороной к рефлектору (рис. 11). Все звуковые лучи, падающие параллельно оси, концентрируются в фокусе. До фокуса они проходят равное расстояние, то есть попадают на мембрану в одинаковой фазе, следовательно, происходит суммирование звуковых давлений и усиление сигнала. Звуковые волны, приходящие под углом к оси, рассеиваются и не попадают на микрофон. На низких частотах (ка > 0,5, где к=ω/с, а — радиус рефлектора) рефлектор практически не отражает и усиления на оси не происходит, на более высоких частотах (0,5 < ка < 3) усиление растет примерно с крутизной 6 дБ/окт и микрофон становится остронаправленным. Реальные размеры рефлектора — от 0,3 до 1 м, поэтому на низких частотах (примерно до 200 Гц) он практически не эффективен. Такие микрофоны (в силу своей громоздкости) используются редко — иногда в натурных съемках, для записи голосов птиц и т. п.

Другие статьи серии Микрофоны, часть 1. Термины и определения. История. Микрофоны, часть 2. Параметры. Методы измерения. Микрофоны, часть 3. Классификация микрофонов. Микрофоны, часть 5. Стереосистемы микрофонов. Микрофоны, часть 6. Системы микрофонов для пространственной звукозаписи. Средняя оценка:

www.moinf.info


Смотрите также