Микрофон. Микрофон википедия


Microphone - Wikipedia

Shure Brothers microphone, model 55s, Multi-Impedance "Small Unidyne" Dynamic from 1951

A microphone, colloquially nicknamed mic or mike (),[1] is a transducer that converts sound into an electrical signal.

Microphones are used in many applications such as telephones, hearing aids, public address systems for concert halls and public events, motion picture production, live and recorded audio engineering, sound recording, two-way radios, megaphones, radio and television broadcasting, and in computers for recording voice, speech recognition, VoIP, and for non-acoustic purposes such as ultrasonic sensors or knock sensors.

Several different types of microphone are in use, which employ different methods to convert the air pressure variations of a sound wave to an electrical signal. The most common are the dynamic microphone, which uses a coil of wire suspended in a magnetic field; the condenser microphone, which uses the vibrating diaphragm as a capacitor plate, and the piezoelectric microphone, which uses a crystal of piezoelectric material. Microphones typically need to be connected to a preamplifier before the signal can be recorded or reproduced.

History[edit]

In order to speak to larger groups of people, a need arose to increase the volume of the human voice. The earliest devices used to achieve this were acoustic megaphones. Some of the first examples, from fifth century BC Greece, were theater masks with horn-shaped mouth openings that acoustically amplified the voice of actors in amphitheatres.[2] In 1665, the English physicist Robert Hooke was the first to experiment with a medium other than air with the invention of the "lovers' telephone" made of stretched wire with a cup attached at each end.[3]

German inventor Johann Philipp Reis designed an early sound transmitter that used a metallic strip attached to a vibrating membrane that would produce intermittent current. Better results were achieved with the "liquid transmitter" design in Scottish-American Alexander Graham Bell's telephone of 1876 – the diaphragm was attached to a conductive rod in an acid solution.[4] These systems, however, gave a very poor sound quality.

The first microphone that enabled proper voice telephony was the (loose-contact) carbon microphone. This was independently developed by David Edward Hughes in England and Emile Berliner and Thomas Edison in the US. Although Edison was awarded the first patent (after a long legal dispute) in mid-1877, Hughes had demonstrated his working device in front of many witnesses some years earlier, and most historians credit him with its invention.[5][6][7][8] The carbon microphone is the direct prototype of today's microphones and was critical in the development of telephony, broadcasting and the recording industries.[9]Thomas Edison refined the carbon microphone into his carbon-button transmitter of 1886.[7][10] This microphone was employed at the first ever radio broadcast, a performance at the New York Metropolitan Opera House in 1910.[11][12]

In 1916, E.C. Wente of Western Electric developed the next breakthrough with the first condenser microphone.[13] In 1923, the first practical moving coil microphone was built. "The Marconi Skykes" or "magnetophon", developed by Captain H. J. Round, was the standard for BBC studios in London.[14] This was improved in 1930 by Alan Blumlein and Herbert Holman who released the HB1A and was the best standard of the day.[15]

Also in 1923, the ribbon microphone was introduced, another electromagnetic type, believed to have been developed by Harry F. Olson, who essentially reverse-engineered a ribbon speaker.[16] Over the years these microphones were developed by several companies, most notably RCA that made large advancements in pattern control, to give the microphone directionality. With television and film technology booming there was demand for high fidelity microphones and greater directionality. Electro-Voice responded with their Academy Award-winning shotgun microphone in 1963.

During the second half of 20th century development advanced quickly with the Shure Brothers bringing out the SM58 and SM57.[17] The latest research developments include the use of fibre optics, lasers and interferometers.

Components[edit]

Electronic symbol for a microphone

The sensitive transducer element of a microphone is called its element or capsule. Sound is first converted to mechanical motion by means of a diaphragm, the motion of which is then converted to an electrical signal. A complete microphone also includes a housing, some means of bringing the signal from the element to other equipment, and often an electronic circuit to adapt the output of the capsule to the equipment being driven. A wireless microphone contains a radio transmitter.

Varieties[edit]

Microphones are categorized by their transducer principle, such as condenser, dynamic, etc., and by their directional characteristics. Sometimes other characteristics such as diaphragm size, intended use or orientation of the principal sound input to the principal axis (end- or side-address) of the microphone are used to describe the microphone.

Condenser[edit]

Inside the Oktava 319 condenser microphone

The condenser microphone, invented at Western Electric in 1916 by E. C. Wente,[18] is also called a capacitor microphone or electrostatic microphone—capacitors were historically called condensers. Here, the diaphragm acts as one plate of a capacitor, and the vibrations produce changes in the distance between the plates. There are two types, depending on the method of extracting the audio signal from the transducer: DC-biased microphones, and radio frequency (RF) or high frequency (HF) condenser microphones. With a DC-biased microphone, the plates are biased with a fixed charge (Q). The voltage maintained across the capacitor plates changes with the vibrations in the air, according to the capacitance equation (C = ​Q⁄V), where Q = charge in coulombs, C = capacitance in farads and V = potential difference in volts. The capacitance of the plates is inversely proportional to the distance between them for a parallel-plate capacitor. The assembly of fixed and movable plates is called an "element" or "capsule".

A nearly constant charge is maintained on the capacitor. As the capacitance changes, the charge across the capacitor does change very slightly, but at audible frequencies it is sensibly constant. The capacitance of the capsule (around 5 to 100 pF) and the value of the bias resistor (100 MΩ to tens of GΩ) form a filter that is high-pass for the audio signal, and low-pass for the bias voltage. Note that the time constant of an RC circuit equals the product of the resistance and capacitance.

Within the time-frame of the capacitance change (as much as 50 ms at 20 Hz audio signal), the charge is practically constant and the voltage across the capacitor changes instantaneously to reflect the change in capacitance. The voltage across the capacitor varies above and below the bias voltage. The voltage difference between the bias and the capacitor is seen across the series resistor. The voltage across the resistor is amplified for performance or recording. In most cases, the electronics in the microphone itself contribute no voltage gain as the voltage differential is quite significant, up to several volts for high sound levels. Since this is a very high impedance circuit, only current gain is usually needed, with the voltage remaining constant.

AKG C451B small-diaphragm condenser microphone

RF condenser microphones use a comparatively low RF voltage, generated by a low-noise oscillator. The signal from the oscillator may either be amplitude modulated by the capacitance changes produced by the sound waves moving the capsule diaphragm, or the capsule may be part of a resonant circuit that modulates the frequency of the oscillator signal. Demodulation yields a low-noise audio frequency signal with a very low source impedance. The absence of a high bias voltage permits the use of a diaphragm with looser tension, which may be used to achieve wider frequency response due to higher compliance. The RF biasing process results in a lower electrical impedance capsule, a useful by-product of which is that RF condenser microphones can be operated in damp weather conditions that could create problems in DC-biased microphones with contaminated insulating surfaces. The Sennheiser "MKH" series of microphones use the RF biasing technique.

Condenser microphones span the range from telephone transmitters through inexpensive karaoke microphones to high-fidelity recording microphones. They generally produce a high-quality audio signal and are now the popular choice in laboratory and recording studio applications. The inherent suitability of this technology is due to the very small mass that must be moved by the incident sound wave, unlike other microphone types that require the sound wave to do more work. They require a power source, provided either via microphone inputs on equipment as phantom power or from a small battery. Power is necessary for establishing the capacitor plate voltage, and is also needed to power the microphone electronics (impedance conversion in the case of electret and DC-polarized microphones, demodulation or detection in the case of RF/HF microphones). Condenser microphones are also available with two diaphragms that can be electrically connected to provide a range of polar patterns (see below), such as cardioid, omnidirectional, and figure-eight. It is also possible to vary the pattern continuously with some microphones, for example the Røde NT2000 or CAD M179.

A valve microphone is a condenser microphone that uses a vacuum tube (valve) amplifier.[19] They remain popular with enthusiasts of tube sound.

Electret condenser[edit]
First patent on foil electret microphone by G. M. Sessler et al. (pages 1 to 3)

An electret microphone is a type of capacitor microphone invented by Gerhard Sessler and Jim West at Bell laboratories in 1962.[20] The externally applied charge described above under condenser microphones is replaced by a permanent charge in an electret material. An electret is a ferroelectric material that has been permanently electrically charged or polarized. The name comes from electrostatic and magnet; a static charge is embedded in an electret by alignment of the static charges in the material, much the way a magnet is made by aligning the magnetic domains in a piece of iron.

Due to their good performance and ease of manufacture, hence low cost, the vast majority of microphones made today are electret microphones; a semiconductor manufacturer[21] estimates annual production at over one billion units. Nearly all cell-phone, computer, PDA and headset microphones are electret types. They are used in many applications, from high-quality recording and lavalier use to built-in microphones in small sound recording devices and telephones. Though electret microphones were once considered low quality, the best ones can now rival traditional condenser microphones in every respect and can even offer the long-term stability and ultra-flat response needed for a measurement microphone. Unlike other capacitor microphones, they require no polarizing voltage, but often contain an integrated preamplifier that does require power (often incorrectly called polarizing power or bias). This preamplifier is frequently phantom powered in sound reinforcement and studio applications. Monophonic microphones designed for personal computer (PC) use, sometimes called multimedia microphones, use a 3.5 mm plug as usually used, without power, for stereo; the ring, instead of carrying the signal for a second channel, carries power via a resistor from (normally) a 5 V supply in the computer. Stereophonic microphones use the same connector; there is no obvious way to determine which standard is used by equipment and microphones.

Only the best electret microphones rival good DC-polarized units in terms of noise level and quality; electret microphones lend themselves to inexpensive mass-production, while inherently expensive non-electret condenser microphones are made to higher quality.

Dynamic[edit]

The dynamic microphone (also known as the moving-coil microphone) works via electromagnetic induction. They are robust, relatively inexpensive and resistant to moisture. This, coupled with their potentially high gain before feedback, makes them ideal for on-stage use.

Dynamic microphones use the same dynamic principle as in a loudspeaker, only reversed. A small movable induction coil, positioned in the magnetic field of a permanent magnet, is attached to the diaphragm. When sound enters through the windscreen of the microphone, the sound wave moves the diaphragm. When the diaphragm vibrates, the coil moves in the magnetic field, producing a varying current in the coil through electromagnetic induction. A single dynamic membrane does not respond linearly to all audio frequencies. For this reason some microphones utilize multiple membranes for the different parts of the audio spectrum and then combine the resulting signals. Combining the multiple signals correctly is difficult; designs that do this are rare, and tend to be expensive. On the other hand, there are several designs that are more specifically aimed towards isolated parts of the audio spectrum. The AKG D 112, for example, is designed for bass response rather than treble.[22] In audio engineering several kinds of microphones are often used at the same time to get the best results.

Ribbon[edit]

Ribbon microphones use a thin, usually corrugated metal ribbon suspended in a magnetic field. The ribbon is electrically connected to the microphone's output, and its vibration within the magnetic field generates the electrical signal. Ribbon microphones are similar to moving coil microphones in the sense that both produce sound by means of magnetic induction. Basic ribbon microphones detect sound in a bi-directional (also called figure-eight, as in the diagram below) pattern because the ribbon is open on both sides. Also, because the ribbon is much less mass it responds to the air velocity rather than the sound pressure. Though the symmetrical front and rear pickup can be a nuisance in normal stereo recording, the high side rejection can be used to advantage by positioning a ribbon microphone horizontally, for example above cymbals, so that the rear lobe picks up sound only from the cymbals. Crossed figure 8, or Blumlein pair, stereo recording is gaining in popularity, and the figure-eight response of a ribbon microphone is ideal for that application.

Other directional patterns are produced by enclosing one side of the ribbon in an acoustic trap or baffle, allowing sound to reach only one side. The classic RCA Type 77-DX microphone has several externally adjustable positions of the internal baffle, allowing the selection of several response patterns ranging from "figure-eight" to "unidirectional". Such older ribbon microphones, some of which still provide high quality sound reproduction, were once valued for this reason, but a good low-frequency response could be obtained only when the ribbon was suspended very loosely, which made them relatively fragile. Modern ribbon materials, including new nanomaterials[23] have now been introduced that eliminate those concerns, and even improve the effective dynamic range of ribbon microphones at low frequencies. Protective wind screens can reduce the danger of damaging a vintage ribbon, and also reduce plosive artifacts in the recording. Properly designed wind screens produce negligible treble attenuation. In common with other classes of dynamic microphone, ribbon microphones don't require phantom power; in fact, this voltage can damage some older ribbon microphones. Some new modern ribbon microphone designs incorporate a preamplifier and, therefore, do require phantom power, and circuits of modern passive ribbon microphones, i.e., those without the aforementioned preamplifier, are specifically designed to resist damage to the ribbon and transformer by phantom power. Also there are new ribbon materials available that are immune to wind blasts and phantom power.

Carbon[edit]

The carbon microphone was the earliest type of microphone. The carbon button microphone (or sometimes just a button microphone), uses a capsule or button containing carbon granules pressed between two metal plates like the Berliner and Edison microphones. A voltage is applied across the metal plates, causing a small current to flow through the carbon. One of the plates, the diaphragm, vibrates in sympathy with incident sound waves, applying a varying pressure to the carbon. The changing pressure deforms the granules, causing the contact area between each pair of adjacent granules to change, and this causes the electrical resistance of the mass of granules to change. The changes in resistance cause a corresponding change in the current flowing through the microphone, producing the electrical signal. Carbon microphones were once commonly used in telephones; they have extremely low-quality sound reproduction and a very limited frequency response range, but are very robust devices. The Boudet microphone, which used relatively large carbon balls, was similar to the granule carbon button microphones.[24]

Unlike other microphone types, the carbon microphone can also be used as a type of amplifier, using a small amount of sound energy to control a larger amount of electrical energy. Carbon microphones found use as early telephone repeaters, making long distance phone calls possible in the era before vacuum tubes. These repeaters worked by mechanically coupling a magnetic telephone receiver to a carbon microphone: the faint signal from the receiver was transferred to the microphone, where it modulated a stronger electric current, producing a stronger electrical signal to send down the line. One illustration of this amplifier effect was the oscillation caused by feedback, resulting in an audible squeal from the old "candlestick" telephone if its earphone was placed near the carbon microphone.

Piezoelectric[edit]

A crystal microphone or piezo microphone[25] uses the phenomenon of piezoelectricity—the ability of some materials to produce a voltage when subjected to pressure—to convert vibrations into an electrical signal. An example of this is potassium sodium tartrate, which is a piezoelectric crystal that works as a transducer, both as a microphone and as a slimline loudspeaker component. Crystal microphones were once commonly supplied with vacuum tube (valve) equipment, such as domestic tape recorders. Their high output impedance matched the high input impedance (typically about 10 megohms) of the vacuum tube input stage well. They were difficult to match to early transistor equipment, and were quickly supplanted by dynamic microphones for a time, and later small electret condenser devices. The high impedance of the crystal microphone made it very susceptible to handling noise, both from the microphone itself and from the connecting cable.

Piezoelectric transducers are often used as contact microphones to amplify sound from acoustic musical instruments, to sense drum hits, for triggering electronic samples, and to record sound in challenging environments, such as underwater under high pressure. Saddle-mounted pickups on acoustic guitars are generally piezoelectric devices that contact the strings passing over the saddle. This type of microphone is different from magnetic coil pickups commonly visible on typical electric guitars, which use magnetic induction, rather than mechanical coupling, to pick up vibration.

Fiber optic[edit]

A fiber optic microphone converts acoustic waves into electrical signals by sensing changes in light intensity, instead of sensing changes in capacitance or magnetic fields as with conventional microphones. [26][27]

During operation, light from a laser source travels through an optical fiber to illuminate the surface of a reflective diaphragm. Sound vibrations of the diaphragm modulate the intensity of light reflecting off the diaphragm in a specific direction. The modulated light is then transmitted over a second optical fiber to a photo detector, which transforms the intensity-modulated light into analog or digital audio for transmission or recording. Fiber optic microphones possess high dynamic and frequency range, similar to the best high fidelity conventional microphones.

Fiber optic microphones do not react to or influence any electrical, magnetic, electrostatic or radioactive fields (this is called EMI/RFI immunity). The fiber optic microphone design is therefore ideal for use in areas where conventional microphones are ineffective or dangerous, such as inside industrial turbines or in magnetic resonance imaging (MRI) equipment environments.

Fiber optic microphones are robust, resistant to environmental changes in heat and moisture, and can be produced for any directionality or impedance matching. The distance between the microphone's light source and its photo detector may be up to several kilometers without need for any preamplifier or other electrical device, making fiber optic microphones suitable for industrial and surveillance acoustic monitoring.

Fiber optic microphones are used in very specific application areas such as for infrasound monitoring and noise-canceling. They have proven especially useful in medical applications, such as allowing radiologists, staff and patients within the powerful and noisy magnetic field to converse normally, inside the MRI suites as well as in remote control rooms.[28] Other uses include industrial equipment monitoring and audio calibration and measurement, high-fidelity recording and law enforcement.[29]

Laser[edit]

Laser microphones are often portrayed in movies as spy gadgets, because they can be used to pick up sound at a distance from the microphone equipment. A laser beam is aimed at the surface of a window or other plane surface that is affected by sound. The vibrations of this surface change the angle at which the beam is reflected, and the motion of the laser spot from the returning beam is detected and converted to an audio signal.

In a more robust and expensive implementation, the returned light is split and fed to an interferometer, which detects movement of the surface by changes in the optical path length of the reflected beam. The former implementation is a tabletop experiment; the latter requires an extremely stable laser and precise optics.

A new type of laser microphone is a device that uses a laser beam and smoke or vapor to detect sound vibrations in free air. On 25 August 2009, U.S. patent 7,580,533 issued for a Particulate Flow Detection Microphone based on a laser-photocell pair with a moving stream of smoke or vapor in the laser beam's path. Sound pressure waves cause disturbances in the smoke that in turn cause variations in the amount of laser light reaching the photo detector. A prototype of the device was demonstrated at the 127th Audio Engineering Society convention in New York City from 9 through 12 October 2009.

Liquid[edit]

Early microphones did not produce intelligible speech, until Alexander Graham Bell made improvements including a variable-resistance microphone/transmitter. Bell's liquid transmitter consisted of a metal cup filled with water with a small amount of sulfuric acid added. A sound wave caused the diaphragm to move, forcing a needle to move up and down in the water. The electrical resistance between the wire and the cup was then inversely proportional to the size of the water meniscus around the submerged needle. Elisha Gray filed a caveat for a version using a brass rod instead of the needle. Other minor variations and improvements were made to the liquid microphone by Majoranna, Chambers, Vanni, Sykes, and Elisha Gray, and one version was patented by Reginald Fessenden in 1903. These were the first working microphones, but they were not practical for commercial application. The famous first phone conversation between Bell and Watson took place using a liquid microphone.

MEMS[edit]

The MEMS (MicroElectrical-Mechanical System) microphone is also called a microphone chip or silicon microphone. A pressure-sensitive diaphragm is etched directly into a silicon wafer by MEMS processing techniques, and is usually accompanied with integrated preamplifier. Most MEMS microphones are variants of the condenser microphone design. Digital MEMS microphones have built in analog-to-digital converter (ADC) circuits on the same CMOS chip making the chip a digital microphone and so more readily integrated with modern digital products. Major manufacturers producing MEMS silicon microphones are Wolfson Microelectronics (WM7xxx) now Cirrus Logic,[30] InvenSense (product line sold by Analog Devices [31]), Akustica (AKU200x), Infineon (SMM310 product), Knowles Electronics, Memstech (MSMx), NXP Semiconductors (division bought by Knowles [32]), Sonion MEMS, Vesper, AAC Acoustic Technologies,[33] and Omron.[34]

More recently[when?], there has been increased interest and research into making piezoelectric MEMS microphones which are a significant architectural and material change from existing condenser style MEMS designs.[35]

Speakers as microphones[edit]

A loudspeaker, a transducer that turns an electrical signal into sound waves, is the functional opposite of a microphone. Since a conventional speaker is constructed much like a dynamic microphone (with a diaphragm, coil and magnet), speakers can actually work "in reverse" as microphones. The resulting signal typically offers reduced quality including limited high-end frequency response and poor sensitivity. In practical use, speakers are sometimes used as microphones in applications where high quality and sensitivity are not needed such as intercoms, walkie-talkies or video game voice chat peripherals, or when conventional microphones are in short supply.

However, there is at least one practical application that exploits those weaknesses: the use of a medium-size woofer placed closely in front of a "kick drum" (bass drum) in a drum set to act as a microphone. A commercial product example is the Yamaha Subkick, a 6.5-inch (170 mm) woofer shock-mounted into a 10" drum shell used in front of kick drums. Since a relatively massive membrane is unable to transduce high frequencies while being capable of tolerating strong low-frequency transients, the speaker is often ideal for picking up the kick drum while reducing bleed from the nearby cymbals and snare drums. Less commonly, microphones themselves can be used as speakers, but due to their low power handling and small transducer sizes, a tweeter is the most practical application. One instance of such an application was the STC microphone-derived 4001 super-tweeter, which was successfully used in a number of high quality loudspeaker systems from the late 1960s to the mid-70s.

Capsule design and directivity[edit]

The inner elements of a microphone are the primary source of differences in directivity. A pressure microphone uses a diaphragm between a fixed internal volume of air and the environment, and responds uniformly to pressure from all directions, so it is said to be omnidirectional. A pressure-gradient microphone uses a diaphragm that is at least partially open on both sides. The pressure difference between the two sides produces its directional characteristics. Other elements such as the external shape of the microphone and external devices such as interference tubes can also alter a microphone's directional response. A pure pressure-gradient microphone is equally sensitive to sounds arriving from front or back, but insensitive to sounds arriving from the side because sound arriving at the front and back at the same time creates no gradient between the two. The characteristic directional pattern of a pure pressure-gradient microphone is like a figure-8. Other polar patterns are derived by creating a capsule that combines these two effects in different ways. The cardioid, for instance, features a partially closed backside, so its response is a combination of pressure and pressure-gradient characteristics.[36]

Polar patterns[edit]

(Microphone facing top of page in diagram, parallel to page):

A microphone's directionality or polar pattern indicates how sensitive it is to sounds arriving at different angles about its central axis. The polar patterns illustrated above represent the locus of points that produce the same signal level output in the microphone if a given sound pressure level (SPL) is generated from that point. How the physical body of the microphone is oriented relative to the diagrams depends on the microphone design. For large-membrane microphones such as in the Oktava (pictured above), the upward direction in the polar diagram is usually perpendicular to the microphone body, commonly known as "side fire" or "side address". For small diaphragm microphones such as the Shure (also pictured above), it usually extends from the axis of the microphone commonly known as "end fire" or "top/end address".

Some microphone designs combine several principles in creating the desired polar pattern. This ranges from shielding (meaning diffraction/dissipation/absorption) by the housing itself to electronically combining dual membranes.

Omnidirectional[edit]

An omnidirectional (or nondirectional) microphone's response is generally considered to be a perfect sphere in three dimensions. In the real world, this is not the case. As with directional microphones, the polar pattern for an "omnidirectional" microphone is a function of frequency. The body of the microphone is not infinitely small and, as a consequence, it tends to get in its own way with respect to sounds arriving from the rear, causing a slight flattening of the polar response. This flattening increases as the diameter of the microphone (assuming it's cylindrical) reaches the wavelength of the frequency in question. Therefore, the smallest diameter microphone gives the best omnidirectional characteristics at high frequencies.

The wavelength of sound at 10 kHz is 1.4" (3.5 cm). The smallest measuring microphones are often 1/4" (6 mm) in diameter, which practically eliminates directionality even up to the highest frequencies. Omnidirectional microphones, unlike cardioids, do not employ resonant cavities as delays, and so can be considered the "purest" microphones in terms of low coloration; they add very little to the original sound. Being pressure-sensitive they can also have a very flat low-frequency response down to 20 Hz or below. Pressure-sensitive microphones also respond much less to wind noise and plosives than directional (velocity sensitive) microphones.

An example of a nondirectional microphone is the round black eight ball.[37]

Unidirectional[edit]

A unidirectional microphone is primarily sensitive to sounds from only one direction. The diagram above illustrates a number of these patterns. The microphone faces upwards in each diagram. The sound intensity for a particular frequency is plotted for angles radially from 0 to 360°. (Professional diagrams show these scales and include multiple plots at different frequencies. The diagrams given here provide only an overview of typical pattern shapes, and their names.)

Cardioid, hypercardioid, supercardioid, subcardioid[edit]

University Sound US664A dynamic supercardioid microphone

The most common unidirectional microphone is a cardioid microphone, so named because the sensitivity pattern is "heart-shaped", i.e. a cardioid. The cardioid family of microphones are commonly used as vocal or speech microphones, since they are good at rejecting sounds from other directions. In three dimensions, the cardioid is shaped like an apple centred around the microphone which is the "stem" of the apple. The cardioid response reduces pickup from the side and rear, helping to avoid feedback from the monitors. Since these directional transducer microphones achieve their patterns by sensing pressure gradient, putting them very close to the sound source (at distances of a few centimeters) results in a bass boost due to the increased gradient. This is known as the proximity effect.[38] The SM58 has been the most commonly used microphone for live vocals for more than 50 years[39] demonstrating the importance and popularity of cardioid mics.

A cardioid microphone is effectively a superposition of an omnidirectional and a figure-8 microphone; for sound waves coming from the back, the negative signal from the figure-8 cancels the positive signal from the omnidirectional element, whereas for sound waves coming from the front, the two add to each other. A hyper-cardioid microphone is similar, but with a slightly larger figure-8 contribution leading to a tighter area of front sensitivity and a smaller lobe of rear sensitivity. A super-cardioid microphone is similar to a hyper-cardioid, except there is more front pickup and less rear pickup. While any pattern between omni and figure 8 is possible by adjusting their mix, common definitions state that a hypercardioid is produced by combining them at a 3:1 ratio, producing nulls at 109.5°, while supercardioid is produced with about a 5:3 ratio, with nulls at 126.9°. The sub-cardioid microphone has no null points. It is produced with about 7:3 ratio with 3-10 dB level between the front and back pickup.[40][41]

Bi-directional[edit]

"Figure 8" or bi-directional microphones receive sound equally from both the front and back of the element. Most ribbon microphones are of this pattern. In principle they do not respond to sound pressure at all, only to the change in pressure between front and back; since sound arriving from the side reaches front and back equally there is no difference in pressure and therefore no sensitivity to sound from that direction. In more mathematical terms, while omnidirectional microphones are scalar transducers responding to pressure from any direction, bi-directional microphones are vector transducers responding to the gradient along an axis normal to the plane of the diaphragm. This also has the effect of inverting the output polarity for sounds arriving from the back side.

Shotgun and parabolic[edit]

An Audio-Technica shotgun microphone The interference tube of a shotgun microphone. The capsule is at the base of the tube. A Sony parabolic reflector, without a microphone. The microphone would face the reflector surface and sound captured by the reflector would bounce towards the microphone.

Shotgun microphones are the most highly directional of simple first-order unidirectional types. At low frequencies they have the classic polar response of a hypercardioid but at medium and higher frequencies an interference tube gives them an increased forward response. This is achieved by a process of cancellation of off-axis waves entering the longitudinal array of slots. A consequence of this technique is the presence of some rear lobes that vary in level and angle with frequency, and can cause some coloration effects. Due to the narrowness of their forward sensitivity, shotgun microphones are commonly used on television and film sets, in stadiums, and for field recording of wildlife.

Boundary or "PZM"[edit]

Several approaches have been developed for effectively using a microphone in less-than-ideal acoustic spaces, which often suffer from excessive reflections from one or more of the surfaces (boundaries) that make up the space. If the microphone is placed in, or very close to, one of these boundaries, the reflections from that surface have the same timing as the direct sound, thus giving the microphone a hemispherical polar pattern and improved intelligibility. Initially this was done by placing an ordinary microphone adjacent to the surface, sometimes in a block of acoustically transparent foam. Sound engineers Ed Long and Ron Wickersham developed the concept of placing the diaphragm parallel to and facing the boundary.[42] While the patent has expired, "Pressure Zone Microphone" and "PZM" are still active trademarks of Crown International, and the generic term "boundary microphone" is preferred. While a boundary microphone was initially implemented using an omnidirectional element, it is also possible to mount a directional microphone close enough to the surface to gain some of the benefits of this technique while retaining the directional properties of the element. Crown's trademark on this approach is "Phase Coherent Cardioid" or "PCC," but there are other makers who employ this technique as well.

Application-specific designs[edit]

A lavalier microphone is made for hands-free operation. These small microphones are worn on the body. Originally, they were held in place with a lanyard worn around the neck, but more often they are fastened to clothing with a clip, pin, tape or magnet. The lavalier cord may be hidden by clothes and either run to an RF transmitter in a pocket or clipped to a belt (for mobile use), or run directly to the mixer (for stationary applications).

A wireless microphone transmits the audio as a radio or optical signal rather than via a cable. It usually sends its signal using a small FM radio transmitter to a nearby receiver connected to the sound system, but it can also use infrared waves if the transmitter and receiver are within sight of each other.

A contact microphone picks up vibrations directly from a solid surface or object, as opposed to sound vibrations carried through air. One use for this is to detect sounds of a very low level, such as those from small objects or insects. The microphone commonly consists of a magnetic (moving coil) transducer, contact plate and contact pin. The contact plate is placed directly on the vibrating part of a musical instrument or other surface, and the contact pin transfers vibrations to the coil. Contact microphones have been used to pick up the sound of a snail's heartbeat and the footsteps of ants. A portable version of this microphone has recently been developed. A throat microphone is a variant of the contact microphone that picks up speech directly from a person's throat, which it is strapped to. This lets the device be used in areas with ambient sounds that would otherwise make the speaker inaudible.

A parabolic microphone uses a parabolic reflector to collect and focus sound waves onto a microphone receiver, in much the same way that a parabolic antenna (e.g. satellite dish) does with radio waves. Typical uses of this microphone, which has unusually focused front sensitivity and can pick up sounds from many meters away, include nature recording, outdoor sporting events, eavesdropping, law enforcement, and even espionage. Parabolic microphones are not typically used for standard recording applications, because they tend to have poor low-frequency response as a side effect of their design.

A stereo microphone integrates two microphones in one unit to produce a stereophonic signal. A stereo microphone is often used for broadcast applications or field recording where it would be impractical to configure two separate condenser microphones in a classic X-Y configuration (see microphone practice) for stereophonic recording. Some such microphones have an adjustable angle of coverage between the two channels.

A noise-canceling microphone is a highly directional design intended for noisy environments. One such use is in aircraft cockpits where they are normally installed as boom microphones on headsets. Another use is in live event support on loud concert stages for vocalists involved with live performances. Many noise-canceling microphones combine signals received from two diaphragms that are in opposite electrical polarity or are processed electronically. In dual diaphragm designs, the main diaphragm is mounted closest to the intended source and the second is positioned farther away from the source so that it can pick up environmental sounds to be subtracted from the main diaphragm's signal. After the two signals have been combined, sounds other than the intended source are greatly reduced, substantially increasing intelligibility. Other noise-canceling designs use one diaphragm that is affected by ports open to the sides and rear of the microphone, with the sum being a 16 dB rejection of sounds that are farther away. One noise-canceling headset design using a single diaphragm has been used prominently by vocal artists such as Garth Brooks and Janet Jackson.[43] A few noise-canceling microphones are throat microphones.

Stereo microphone techniques[edit]

Various standard techniques are used with microphones used in sound reinforcement at live performances, or for recording in a studio or on a motion picture set. By suitable arrangement of one or more microphones, desirable features of the sound to be collected can be kept, while rejecting unwanted sounds.

Powering[edit]

Microphones containing active circuitry, such as most condenser microphones, require power to operate the active components. The first of these used vacuum-tube circuits with a separate power supply unit, using a multi-pin cable and connector. With the advent of solid-state amplification, the power requirements were greatly reduced and it became practical to use the same cable conductors and connector for audio and power. During the 1960s several powering methods were developed, mainly in Europe. The two dominant methods were initially defined in German DIN 45595 as de:Tonaderspeisung or T-power and DIN 45596 for phantom power. Since the 1980s, phantom power has become much more common, because the same input may be used for both powered and unpowered microphones. In consumer electronics such as DSLRs and camcorders, "plug-in power" is more common, for microphones using a 3.5 mm phone plug connector. Phantom, T-power and plug-in power are described in international standard IEC 61938.[44]

Connectors[edit]

A microphone with a USB connector

The most common connectors used by microphones are:

  • Male XLR connector on professional microphones
  • ¼ inch (sometimes referred to as 6.35 mm) phone connector on less expensive musician's microphones, using an unbalanced 1/4 inch (6.3 mm) TS phone connector. Harmonica microphones commonly use a high impedance 1/4 inch (6.3 mm) TS connection to be run through guitar amplifiers.
  • 3.5 mm (sometimes referred to as 1/8 inch mini) stereo (and also come in varieties known as mono) mini phone plug on prosumer camera, recorder and computer microphones.
  • USB allows direct connection to PCs. Electronics in these microphones powered over the USB connection performs preamplification and AD conversion before the digital audio data is transferred via the USB interface.

Some microphones use other connectors, such as a 5-pin XLR, or mini XLR for connection to portable equipment. Some lavalier (or "lapel", from the days of attaching the microphone to the news reporters suit lapel) microphones use a proprietary connector for connection to a wireless transmitter, such as a radio pack. Since 2005, professional-quality microphones with USB connections have begun to appear, designed for direct recording into computer-based software.

Impedance-matching[edit]

Microphones have an electrical characteristic called impedance, measured in ohms (Ω), that depends on the design. In passive microphones, this value describes the electrical resistance of the magnet coil (or similar mechanism). In active microphones, this value describes the output resistance of the amplifier circuitry. Typically, the rated impedance is stated.[45] Low impedance is considered under 600 Ω. Medium impedance is considered between 600 Ω and 10 kΩ. High impedance is above 10 kΩ. Owing to their built-in amplifier, condenser microphones typically have an output impedance between 50 and 200 Ω.[46]

The output of a given microphone delivers the same power whether it is low or high impedance[citation needed]. If a microphone is made in high and low impedance versions, the high impedance version has a higher output voltage for a given sound pressure input, and is suitable for use with vacuum-tube guitar amplifiers, for instance, which have a high input impedance and require a relatively high signal input voltage to overcome the tubes' inherent noise. Most professional microphones are low impedance, about 200 Ω or lower. Professional vacuum-tube sound equipment incorporates a transformer that steps up the impedance of the microphone circuit to the high impedance and voltage needed to drive the input tube. External matching transformers are also available that can be used in-line between a low impedance microphone and a high impedance input.

Low-impedance microphones are preferred over high impedance for two reasons: one is that using a high-impedance microphone with a long cable results in high frequency signal loss due to cable capacitance, which forms a low-pass filter with the microphone output impedance[citation needed]. The other is that long high-impedance cables tend to pick up more hum (and possibly radio-frequency interference (RFI) as well). Nothing is damaged if the impedance between microphone and other equipment is mismatched; the worst that happens is a reduction in signal or change in frequency response.

Some microphones are designed not to have their impedance matched by the load they are connected to.[47] Doing so can alter their frequency response and cause distortion, especially at high sound pressure levels. Certain ribbon and dynamic microphones are exceptions, due to the designers' assumption of a certain load impedance being part of the internal electro-acoustical damping circuit of the microphone.[48][dubious – discuss]

Digital microphone interface[edit]

Neumann D-01 digital microphone and Neumann DMI-8 8-channel USB Digital Microphone Interface

The AES42 standard, published by the Audio Engineering Society, defines a digital interface for microphones. Microphones conforming to this standard directly output a digital audio stream through an XLR or XLD male connector, rather than producing an analog output. Digital microphones may be used either with new equipment with appropriate input connections that conform to the AES42 standard, or else via a suitable interface box. Studio-quality microphones that operate in accordance with the AES42 standard are now available from a number of microphone manufacturers.

Measurements and specifications[edit]

A comparison of the far field on-axis frequency response of the Oktava 319 and the Shure SM58

Because of differences in their construction, microphones have their own characteristic responses to sound. This difference in response produces non-uniform phase and frequency responses. In addition, microphones are not uniformly sensitive to sound pressure, and can accept differing levels without distorting. Although for scientific applications microphones with a more uniform response are desirable, this is often not the case for music recording, as the non-uniform response of a microphone can produce a desirable coloration of the sound. There is an international standard for microphone specifications,[45] but few manufacturers adhere to it. As a result, comparison of published data from different manufacturers is difficult because different measurement techniques are used. The Microphone Data Website has collated the technical specifications complete with pictures, response curves and technical data from the microphone manufacturers for every currently listed microphone, and even a few obsolete models, and shows the data for them all in one common format for ease of comparison.[3]. Caution should be used in drawing any solid conclusions from this or any other published data, however, unless it is known that the manufacturer has supplied specifications in accordance with IEC 60268-4.

A frequency response diagram plots the microphone sensitivity in decibels over a range of frequencies (typically 20 Hz to 20 kHz), generally for perfectly on-axis sound (sound arriving at 0° to the capsule). Frequency response may be less informatively stated textually like so: "30 Hz–16 kHz ±3 dB". This is interpreted as meaning a nearly flat, linear, plot between the stated frequencies, with variations in amplitude of no more than plus or minus 3 dB. However, one cannot determine from this information how smooth the variations are, nor in what parts of the spectrum they occur. Note that commonly made statements such as "20 Hz–20 kHz" are meaningless without a decibel measure of tolerance. Directional microphones' frequency response varies greatly with distance from the sound source, and with the geometry of the sound source. IEC 60268-4 specifies that frequency response should be measured in plane progressive wave conditions (very far away from the source) but this is seldom practical. Close talking microphones may be measured with different sound sources and distances, but there is no standard and therefore no way to compare data from different models unless the measurement technique is described.

The self-noise or equivalent input noise level is the sound level that creates the same output voltage as the microphone does in the absence of sound. This represents the lowest point of the microphone's dynamic range, and is particularly important should you wish to record sounds that are quiet. The measure is often stated in dB(A), which is the equivalent loudness of the noise on a decibel scale frequency-weighted for how the ear hears, for example: "15 dBA SPL" (SPL means sound pressure level relative to 20 micropascals). The lower the number the better. Some microphone manufacturers state the noise level using ITU-R 468 noise weighting, which more accurately represents the way we hear noise, but gives a figure some 11–14 dB higher. A quiet microphone typically measures 20 dBA SPL or 32 dB SPL 468-weighted. Very quiet microphones have existed for years for special applications, such the Brüel & Kjaer 4179, with a noise level around 0 dB SPL. Recently some microphones with low noise specifications have been introduced in the studio/entertainment market, such as models from Neumann and Røde that advertise noise levels between 5–7 dBA. Typically this is achieved by altering the frequency response of the capsule and electronics to result in lower noise within the A-weighting curve while broadband noise may be increased.

The maximum SPL the microphone can accept is measured for particular values of total harmonic distortion (THD), typically 0.5%. This amount of distortion is generally inaudible,[citation needed] so one can safely use the microphone at this SPL without harming the recording. Example: "142 dB SPL peak (at 0.5% THD)". The higher the value, the better, although microphones with a very high maximum SPL also have a higher self-noise.

The clipping level is an important indicator of maximum usable level, as the 1% THD figure usually quoted under max SPL is really a very mild level of distortion, quite inaudible especially on brief high peaks. Clipping is much more audible. For some microphones the clipping level may be much higher than the max SPL.

The dynamic range of a microphone is the difference in SPL between the noise floor and the maximum SPL. If stated on its own, for example "120 dB", it conveys significantly less information than having the self-noise and maximum SPL figures individually.

Sensitivity indicates how well the microphone converts acoustic pressure to output voltage. A high sensitivity microphone creates more voltage and so needs less amplification at the mixer or recording device. This is a practical concern but is not directly an indication of the microphone's quality, and in fact the term sensitivity is something of a misnomer, "transduction gain" being perhaps more meaningful, (or just "output level") because true sensitivity is generally set by the noise floor, and too much "sensitivity" in terms of output level compromises the clipping level. There are two common measures. The (preferred) international standard is made in millivolts per pascal at 1 kHz. A higher value indicates greater sensitivity. The older American method is referred to a 1 V/Pa standard and measured in plain decibels, resulting in a negative value. Again, a higher value indicates greater sensitivity, so −60  dB is more sensitive than −70 dB.

Measurement microphones[edit]

Some microphones are intended for testing speakers, measuring noise levels and otherwise quantifying an acoustic experience. These are calibrated transducers and are usually supplied with a calibration certificate that states absolute sensitivity against frequency. The quality of measurement microphones is often referred to using the designations "Class 1," "Type 2" etc., which are references not to microphone specifications but to sound level meters.[49] A more comprehensive standard[50] for the description of measurement microphone performance was recently adopted.

Measurement microphones are generally scalar sensors of pressure; they exhibit an omnidirectional response, limited only by the scattering profile of their physical dimensions. Sound intensity or sound power measurements require pressure-gradient measurements, which are typically made using arrays of at least two microphones, or with hot-wire anemometers.

Calibration[edit]

To take a scientific measurement with a microphone, its precise sensitivity must be known (in volts per pascal). Since this may change over the lifetime of the device, it is necessary to regularly calibrate measurement microphones. This service is offered by some microphone manufacturers and by independent certified testing labs. All microphone calibration is ultimately traceable to primary standards at a national measurement institute such as NPL in the UK, PTB in Germany and NIST in the United States, which most commonly calibrate using the reciprocity primary standard. Measurement microphones calibrated using this method can then be used to calibrate other microphones using comparison calibration techniques.

Depending on the application, measurement microphones must be tested periodically (every year or several months, typically) and after any potentially damaging event, such as being dropped (most such microphones come in foam-padded cases to reduce this risk) or exposed to sounds beyond the acceptable level.

A microphone array is any number of microphones operating in tandem. There are many applications:

Typically, an array is made up of omnidirectional microphones distributed about the perimeter of a space, linked to a computer that records and interprets the results into a coherent form.

Windscreens[edit]

Microphone with its windscreen removed.

Windscreens (or windshields – the terms are interchangeable) provide a method of reducing the effect of wind on microphones. While pop-screens give protection from unidirectional blasts, foam “hats” shield wind into the grille from all directions, and blimps / zeppelins / baskets entirely enclose the microphone and protect its body as well. The latter is important because, given the extreme low frequency content of wind noise, vibration induced in the housing of the microphone can contribute substantially to the noise output.

The shielding material used – wire gauze, fabric or foam – is designed to have a significant acoustic impedance. The relatively low particle-velocity air pressure changes that constitute sound waves can pass through with minimal attenuation, but higher particle-velocity wind is impeded to a far greater extent. Increasing the thickness of the material improves wind attenuation but also begins to compromise high frequency audio content. This limits the practical size of simple foam screens. While foams and wire meshes can be partly or wholly self-supporting, soft fabrics and gauzes require stretching on frames, or laminating with coarser structural elements.

Since all wind noise is generated at the first surface the air hits, the greater the spacing between shield periphery and microphone capsule, the greater the noise attenuation. For an approximately spherical shield, attenuation increases by (approximately) the cube of that distance. Thus larger shields are always much more efficient than smaller ones.[51] With full basket windshields there is an additional pressure chamber effect, first explained by Joerg Wuttke,[52] which, for two-port (pressure gradient) microphones, allows the shield/microphone combination to act as a high-pass acoustic filter.

Since turbulence at a surface is the source of wind noise, reducing gross turbulence can add to noise reduction. Both aerodynamically smooth surfaces, and ones that prevent powerful vortices being generated, have been used successfully. Historically, artificial fur has proved very useful for this purpose since the fibres produce micro-turbulence and absorb energy silently. If not matted by wind and rain, the fur fibres are very transparent acoustically, but the woven or knitted backing can give significant attenuation. As a material it suffers from being difficult to manufacture with consistency, and to keep in pristine condition on location. Thus there is an interest (DPA 5100, Rycote Cyclone) to move away from its use.[53]

In the studio and on stage, pop-screens and foam shields can be useful for reasons of hygiene, and protecting microphones from spittle and sweat. They can also be useful coloured idents. On location the basket shield can contain a suspension system to isolate the microphone from shock and handling noise.

Stating the efficiency of wind noise reduction is an inexact science, since the effect varies enormously with frequency, and hence with the bandwidth of the microphone and audio channel. At very low frequencies (10–100 Hz) where massive wind energy exists, reductions are important to avoid overloading of the audio chain – particularly the early stages. This can produce the typical “wumping” sound associated with wind, which is often syllabic muting of the audio due to LF peak limiting. At higher frequencies – 200 Hz to ~3 kHz – the aural sensitivity curve allows us to hear the effect of wind as an addition to the normal noise floor, even though it has a far lower energy content. Simple shields may allow the wind noise to be 10 dB less apparent; better ones can achieve nearer to a 50 dB reduction. However the acoustic transparency, particularly at HF, should also be indicated, since a very high level of wind attenuation could be associated with very muffled audio.

  • Various microphone covers

  • Two recordings being made—a blimp is being used on the left. An open-cell foam windscreen is being used on the right.

  • "Dead cat" and a "dead kitten" windscreens. The dead kitten covers a stereo microphone for a DSLR camera. The difference in name is due to the size of the fur.

See also[edit]

Further reading[edit]

  • Corbett, Ian. Mic It!: Microphones, Microphone Techniques, and Their Impact on the Final Mix. CRC Press, 2014.
  • Eargle, John. The Microphone Book. Taylor & Francis, 2004.

References[edit]

  1. ^ Zimmer, Ben (29 July 2010). "How Should 'Microphone' be Abbreviated?". The New York Times. Retrieved 10 September 2010. 
  2. ^ Montgomery, Henry C (1959). "Amplification and High Fidelity in the Greek Theater". The Classical Journal. 54 (6): 242–245. JSTOR 3294133. 
  3. ^ McVeigh, Daniel (2000). "An Early History of the Telephone: 1664–1866: Robert Hooke's Acoustic Experiments and Acoustic Inventions". Archived from the original on 2003-09-03. 
  4. ^ MacLeod, Elizabeth 1999 Alexander Graham Bell: an inventive life. Kids Can Press, Toronto
  5. ^ Paul J. Nahin (2002). Oliver Heaviside: The Life, Work, and Times of an Electrical Genius of the Victorian Age. JHU Press. p. 67. 
  6. ^ Bob Estreich. "David Edward Hughes". 
  7. ^ a b Huurdeman, Anton (2003). The Worldwide History of Telecommunications. John Wiley & Sons. 
  8. ^ "David Hughes". Retrieved 2012-12-17. 
  9. ^ "David Edward Hughes: Concertinist and Inventor" (PDF). Archived from the original (PDF) on 2013-12-31. Retrieved 2012-12-17. 
  10. ^ "A brief history of microphones" (PDF). Retrieved 2012-12-17. 
  11. ^ "Lee De Forest – (1873–1961)". Television International Magazine. 2011-01-17. Archived from the original on 2011-01-17. Retrieved Dec 4, 2013. 
  12. ^ Cory, Troy (2003-01-21). ""Radio Boys" & "The SMART-DAAF BOYS"". Archived from the original on January 21, 2003. 
  13. ^ Fagen, M.D. A History of Engineering and Science in the Bell System: The Early Years (1875–1925). New York: Bell Telephone Laboratories, 1975
  14. ^ Hennessy, Brian 2005 The Emergence of Broadcasting in Britain Devon Southerleigh
  15. ^ Robjohns, Hugh (2001). "A Brief History of Microphones" (PDF). Microphone Data Book. Archived from the original (PDF) on 2010-11-25. 
  16. ^ "1931 Harry F. Olson and Les Anderson, RCA Model 44 Ribbon Microphone". Mix Magazine. Sep 1, 2006. Archived from the original on 2008-03-24. Retrieved 10 April 2013. 
  17. ^ "History – The evolution of an audio revolution". Shure Americas. Archived from the original on 2012-09-15. Retrieved 13 April 2013. 
  18. ^ "Bell Laboratories and The Development of Electrical Recording". Stokowski.org (Leopold Stokowski site). 
  19. ^ Institute BV Amsterdam, SAE. "Microphones". Practical Creative Media Education. Retrieved 2014-03-07. 
  20. ^ Sessler, G.M.; West, J.E. (1962). "Self-biased condenser microphone with high capacitance". Journal of the Acoustical Society of America. 34 (11): 1787–1788. doi:10.1121/1.1909130. 
  21. ^ [1] Archived August 19, 2010, at the Wayback Machine.
  22. ^ "AKG D 112 – Large-diaphragm dynamic microphone for bass instruments"
  23. ^ "Local firms strum the chords of real music innovation". Mass High Tech: the Journal of New England Technology. February 8, 2008. 
  24. ^ "Boudet's Microphone". Machine-History.com. 
  25. ^ Seung S. Lee, Woon Seob Lee (14 February 2008). "Piezoelectric microphone built on circular diaphragm" (PDF). ScienceDirect. Sensors and Actuators A 144 (2008) 367–373 (Department of Mechanical Engineering, Korea Advanced Institute of Science and Technology, 373-1 Guseong-dong, Yuseong-gu, Daejeon, Republic of Korea). Archived from the original on 17 July 2013. Retrieved 3 March 2017. 
  26. ^ Paritsky, Alexander; Kots, A. (1997). "Fiber optic microphone as a realization of fiber optic positioning sensors". Proc. of International Society for Optical Engineering (SPIE). 3110: 408–409. doi:10.1117/12.281371. 
  27. ^ US patent 6462808, Alexander Paritsky and Alexander Kots, "Small optical microphone/sensor", issued 2002-10-08 
  28. ^ Karlin, Susan. "Case Study: Can You Hear Me Now?". rt-image.com. Valley Forge Publishing. Archived from the original on 2011-07-15. 
  29. ^ Goulde, Berg. "Microphones For Computer". Microphone top gear. Retrieved 3 March 2017. 
  30. ^ "Cirrus Logic Completes Acquisition of Wolfson Microelectronics". MarketWatch.com. Retrieved 2014-08-21. 
  31. ^ "Analog Devices To Sell Microphone Product Line To InvenSense". MarketWatch.com. Retrieved 2015-11-27. 
  32. ^ "Knowles Completes Acquisition of NXP's Sound Solutions Business". Knowles. Retrieved 2011-07-05. 
  33. ^ "MEMS Microphone Will Be Hurt by Downturn in Smartphone Market". Seeking Alpha. Retrieved 2009-08-23. 
  34. ^ "OMRON to Launch Mass-production and Supply of MEMS Acoustic Sensor Chip -World's first MEMS sensor capable of detecting the lower limit of human audible frequencies-". Retrieved 2009-11-24. 
  35. ^ "MEMS Mics Taking Over". EETimes. 
  36. ^ Bartlett, Bruce. "How A Cardioid Microphone Works". 
  37. ^ History & Development of Microphone. Lloyd Microphone Classics.
  38. ^ Proximity Effect. Geoff Martin, Introduction to Sound Recording.
  39. ^ "History – The evolution of an audio revolution". Shure. Retrieved 2013-07-30. 
  40. ^ Dave Berners (December 2005). "Ask the Doctors: The Physics of Mid-Side (MS) Miking". Universal Audio WebZine. Universal Audio. Retrieved 2013-07-30. 
  41. ^ "Directional Patterns of Microphones". Retrieved 2013-07-30. 
  42. ^ (US 4361736 )
  43. ^ Crown Audio. Tech Made Simple. The Crown Differoid Microphone Archived May 10, 2012, at the Wayback Machine.
  44. ^ "Multimedia systems - Guide to the recommended characteristics of analogue interfaces to achieve interoperability". webstore.iec.ch. IEC 61938:2013. Retrieved 3 March 2017. 
  45. ^ a b International Standard IEC 60268-4
  46. ^ Eargle, John; Chris Foreman (2002). Audio Engineering for Sound Reinforcement. Milwaukee: Hal Leonard Corporation. p. 66. ISBN 0-634-04355-2. 
  47. ^ [2] Archived April 28, 2010, at the Wayback Machine.
  48. ^ Robertson, A. E.: "Microphones" Illiffe Press for BBC, 1951–1963
  49. ^ IEC Standard 61672 and ANSI S1.4
  50. ^ IEC 61094
  51. ^ "Blasted microphones" (PDF). 
  52. ^ "Joerg Wuttke - Microphones and Wind". 
  53. ^ "Rycote Cyclone". 

External links[edit]

Acoustic, sound, vibration Automotive, transportation Chemical Electric, magnetic, radio Environment, weather,moisture Flow, fluid velocity Ionising radiation,subatomic particles Navigation instruments Position, angle,displacement Optical, light, imaging Pressure Force, density, level Thermal, heat,temperature Proximity, presence Sensor technology Related

en.wikipedia.org

Микрофон — Википедия

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.

  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

ЧувствительностьПравить

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 чувствительностиПравить

  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 определённой частоте к чувствительности на опорной частоте (в основном 1 кГц).

Акустическая характеристикаПравить

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 приёмников звука: приёмники давления; градиента давления; комбинированные.

Характеристика направленностиПравить

Направленность микрофонов. Представление в полярных координатах
приёмники давления
  Ненаправленный
приёмники градиента давления
  Двунаправленный«Восьмёрка»
комбинированные
  Кардиоида
  Гиперкардиоида

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, то есть 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 микрофоныПравить

В ненаправленных микрофонах — приёмниках 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 счёт дифракции звуковых волн микрофон приобретает 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 направленияПравить

В микрофонах — приёмниках 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 восьмёрки.

Двусторонние микрофоны удобны, например, для записи разговора двух собеседников, сидящих друг напротив друга. Также их применение удобно в студиях звукозаписи при записи голоса с одновременной игрой на инструментах — так как они хорошо отсекают звуки, приходящие несоосно с основным, а также при некоторых способах записи стереозвука (технология Блюмлейна).

Микрофоны одностороннего направленияПравить

Односторонняя направленность достигается в микрофонах комбинированного типа. Их диаграммы направленности близки по форме к кардиоиде, поэтому нередко их называют кардиоидными. Модификации микрофонов, имеющих ещё 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 определённые 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 шумовПравить

Эквивалентный уровень шума (equivalent noise). В соответствии с международными стандартами собственный уровень шума микрофона определяется как уровень звукового давления, который создает напряжение на выходе микрофона, равное напряжению, возникающему в нём только за счёт собственных шумов при отсутствии звукового сигнала. Он может быть рассчитан по формуле

LpЭ=20lg Uш/Sρ0,

где:

Uш — квадратный корень из разности квадратов значений напряжения на выходе испытательного стенда по ГОСТ 16123-88 (IEC 60268-4), измеренное при подключенном микрофоне и при замене его на резистор – эквивалент модуля сопротивления испытуемого микрофона,

S — чувствительность микрофона на частоте 1000 Гц, ρ0=2,10−5Па.

Способы измерения этого параметра несколько отличаются в разных стандартах, поэтому обычно в современных каталогах приводятся два значения эквивалентного уровня шумов: по стандарту DIN 45 412 (IEC 60268-1) и по стандарту DIN 45 405 (CCIR 468-3). В первом случае при измерениях используется взвешивающая стандартная кривая А. Во втором случае используется другая форма взвешивающей кривой (психометрическая кривая 468) и отличия в методике, более подходящей для измерительных микрофонов.

  Проводные микрофоны с неразъёмным кабелем. Для цветовой маркировки перемотаны изолентой

Большинство микрофонов подключается к звуковому оборудованию посредством кабеля. Кабели могут быть либо неразъёмными, 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 1027 дней].

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].

  Радиомикрофон со специальным радиоприёмником

ru-m.wiki.ng

Микрофон — Википедия (с комментариями)

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Микрофо́н (от греч. μικρός — маленький, φωνη — голос) — электроакустический прибор, преобразующий акустические колебания в элект­рические коле­бания.

История

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.

Устройство микрофона

Принцип работы микрофона заключается в том, что давление звуковых колебаний воздуха, воды или твёрдого вещества действует на тонкую мембрану микрофона. В свою очередь, колебания мембраны возбуждают электрические колебания; в зависимости от типа микрофона для этого используются явление электромагнитной индукции, изменение ёмкости конденсаторов или пьезоэлектрический эффект.

Свойства акустико-механической системы сильно зависят от того, воздействует ли звуковое давление на одну сторону диафрагмы (микрофон давления) или на обе стороны, а во втором случае от того, симметрично ли это воздействие (микрофон градиента давления) или на одну из сторон диафрагмы действуют колебания, непосредственно возбуждающие её, а на вторую — прошедшие через какое-либо механическое или акустическое сопротивление или систему задержки времени (асимметричный микрофон градиента давления).

Большое влияние на характеристики микрофона оказывает его механоэлектрическая часть.

Классификация микрофонов

Типы микрофонов по принципу действия

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

Характеристики микрофонов

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

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 определённой 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 приёмников звука: приёмники давления; градиента давления; комбинированные.

Характеристика направленности

Направленность микрофонов. Представление в полярных координатах
приемники давления
Ненаправленный
приемники градиента давления
Двунаправленный«Восьмерка»
комбинированные
Кардиоида
Гиперкардиоида

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, то есть 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 — приёмниках 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 счёт дифракции звуковых волн микрофон приобретает 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 — приёмниках 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 восьмёрки.

Двусторонние микрофоны удобны, например, для записи разговора двух собеседников, сидящих друг напротив друга. Также их применение удобно в студиях звукозаписи при записи голоса с одновременной игрой на инструментах — так как они хорошо отсекают звуки, приходящие несоосно с основным, а также при некоторых способах записи стереозвука (технология Блюмлейна).

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 ещё 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 определённые 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

Эквивалентный уровень шума (equivalent noise). В соответствии с международными стандартами собственный уровень шума микрофона определяется как уровень звукового давления, который создает напряжение на выходе микрофона, равное напряжению, возникающему в нём только за счет собственных шумов при отсутствии звукового сигнала. Он может быть рассчитан по формуле

LpЭ=20lg Uш/Sρ0,

где:

Uш — квадратный корень из разности квадратов значений напряжения на выходе испытательного стенда по ГОСТ 16123-88 (IEC 60268-4), измеренное при подключенном микрофоне и при замене его на резистор – эквивалент модуля сопротивления испытуемого микрофона,

S — чувствительность микрофона на частоте 1000 Гц, ρ0=2,10−5Па.

Способы измерения этого параметра несколько отличаются в разных стандартах, поэтому обычно в современных каталогах приводятся два значения эквивалентного уровня шумов: по стандарту DIN 45 412 (IEC 60268-1) и по стандарту DIN 45 405 (CCIR 468-3). В первом случае при измерениях используется взвешивающая стандартная кривая А. Во втором случае используется другая форма взвешивающей кривой (психометрическая кривая 468) и отличия в методике, более подходящей для измерительных микрофонов.

Защита для микрофонов

Для микрофонов существуют различные типы защиты: накладки из полиуретана, поп-фильтры, звукозаглушающие боксы и капсюли (решётки).

  • Microphone and cover.JPG

    Микрофон со снятой защитой.

  • Dead cat Dead Kitten.JPG

    «Дохлая кошка» и «дохлый котёнок». Дохлая кошка закрывает стереомикрофон для DSLR-камеры. Названия отличаются из-за разных размеров.

  • Микрофонная решётка (капсюль).jpg

    Микрофонная решётка (капсюль), защищающая микрофон от ветра и т. п.

Типы подключения

Большинство микрофонов подключается к звуковому оборудованию посредством кабеля. Кабели могут быть либо неразъёмными, либо разъёмными. Последние применяются чаще всего. Долгие годы во время выступления на сцене, конференциях и т.п. применялись именно проводные микрофоны, т.к. 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 (это ведь не мобильный телефон!), 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, 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)К:Википедия:Статьи без источников (тип: не указан)[источник не указан 1029 дней].

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

Напишите отзыв о статье "Микрофон"

Примечания

  1. ↑ «Под номинальной чувствительностью подразумевается чувствительность по свободному звуковому полю, устанавливаемая техническими условиями».[protect.gost.ru/document.aspx?control=7&id=176057 ГОСТ Р 53566-2009 Микрофоны. Общие технические условия.] (рус.). Федеральное агентство по техническому регулированию и метрологии (1 декабря 2010). — (действующий стандарт). Проверено 24 февраля 2012. [www.webcitation.org/68dA9nlg6 Архивировано из первоисточника 23 июня 2012].
  2. ↑ «Свободное поле: область звукового поля, в котором влияние отражающих поверхностей пренебрежимо мало».[protect.gost.ru/document.aspx?control=7&id=176039 ГОСТ Р 53576-2009 Микрофоны. Методы измерения электроакустических параметров.] (рус.). Федеральное агентство по техническому регулированию и метрологии (1 декабря 2010). — (действующий стандарт). Проверено 24 февраля 2012. [www.webcitation.org/68dAAdY0Z Архивировано из первоисточника 23 июня 2012].
  3. ↑ Кристофер Мэйнард и др. — Энциклопедия юного ученого. Космос. 2000, изд. «Росмэн» ISBN 5-8451-0106-9
  4. ↑ [www.musiclife.kiev.ua/shop/tsvetnoe-koltso-jts-color-ring.html Цветные кольца идентификации для радиосистем]

Литература

  • Микрофон // Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона : в 86 т. (82 т. и 4 доп.). — СПб., 1890—1907.
  • Микрофон // Фотокинотехника: Энциклопедия / Главный редактор Е. А. Иофис. — М.: Советская энциклопедия, 1981.
  • 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.
  • Фурдуев В. В. Акустические основы вещания. — М.: Государственное издательство литературы по вопросам связи и радио, 1960.
  • Дольник А. Г., Эфрусси М. М. Микрофоны. — 2 изд.. — М.: Энергия, 1967.
  • Б.Я. Меерзон. Основы звукорежиссуры и оборудование студий звукозаписи. — 2-е изд.. — М.: Гуманитарный институт телевидения и радиовещания имени М.А. Литовчина, 2012. — С. 80—81. — 2 с. — ISBN 978-5-942237-029-9.

Ссылки

Отрывок, характеризующий Микрофон

– Как посол приказал, на ваших на зверьях, – сказал Балага. – Ну, слышишь, Балага! Зарежь всю тройку, а чтобы в три часа приехать. А? – Как зарежешь, на чем поедем? – сказал Балага, подмигивая. – Ну, я тебе морду разобью, ты не шути! – вдруг, выкатив глаза, крикнул Анатоль. – Что ж шутить, – посмеиваясь сказал ямщик. – Разве я для своих господ пожалею? Что мочи скакать будет лошадям, то и ехать будем. – А! – сказал Анатоль. – Ну садись. – Что ж, садись! – сказал Долохов. – Постою, Федор Иванович. – Садись, врешь, пей, – сказал Анатоль и налил ему большой стакан мадеры. Глаза ямщика засветились на вино. Отказываясь для приличия, он выпил и отерся шелковым красным платком, который лежал у него в шапке. – Что ж, когда ехать то, ваше сиятельство? – Да вот… (Анатоль посмотрел на часы) сейчас и ехать. Смотри же, Балага. А? Поспеешь? – Да как выезд – счастлив ли будет, а то отчего же не поспеть? – сказал Балага. – Доставляли же в Тверь, в семь часов поспевали. Помнишь небось, ваше сиятельство. – Ты знаешь ли, на Рожество из Твери я раз ехал, – сказал Анатоль с улыбкой воспоминания, обращаясь к Макарину, который во все глаза умиленно смотрел на Курагина. – Ты веришь ли, Макарка, что дух захватывало, как мы летели. Въехали в обоз, через два воза перескочили. А? – Уж лошади ж были! – продолжал рассказ Балага. – Я тогда молодых пристяжных к каурому запрег, – обратился он к Долохову, – так веришь ли, Федор Иваныч, 60 верст звери летели; держать нельзя, руки закоченели, мороз был. Бросил вожжи, держи, мол, ваше сиятельство, сам, так в сани и повалился. Так ведь не то что погонять, до места держать нельзя. В три часа донесли черти. Издохла левая только.

Анатоль вышел из комнаты и через несколько минут вернулся в подпоясанной серебряным ремнем шубке и собольей шапке, молодцовато надетой на бекрень и очень шедшей к его красивому лицу. Поглядевшись в зеркало и в той самой позе, которую он взял перед зеркалом, став перед Долоховым, он взял стакан вина. – Ну, Федя, прощай, спасибо за всё, прощай, – сказал Анатоль. – Ну, товарищи, друзья… он задумался… – молодости… моей, прощайте, – обратился он к Макарину и другим. Несмотря на то, что все они ехали с ним, Анатоль видимо хотел сделать что то трогательное и торжественное из этого обращения к товарищам. Он говорил медленным, громким голосом и выставив грудь покачивал одной ногой. – Все возьмите стаканы; и ты, Балага. Ну, товарищи, друзья молодости моей, покутили мы, пожили, покутили. А? Теперь, когда свидимся? за границу уеду. Пожили, прощай, ребята. За здоровье! Ура!.. – сказал он, выпил свой стакан и хлопнул его об землю. – Будь здоров, – сказал Балага, тоже выпив свой стакан и обтираясь платком. Макарин со слезами на глазах обнимал Анатоля. – Эх, князь, уж как грустно мне с тобой расстаться, – проговорил он. – Ехать, ехать! – закричал Анатоль. Балага было пошел из комнаты. – Нет, стой, – сказал Анатоль. – Затвори двери, сесть надо. Вот так. – Затворили двери, и все сели. – Ну, теперь марш, ребята! – сказал Анатоль вставая. Лакей Joseph подал Анатолю сумку и саблю, и все вышли в переднюю. – А шуба где? – сказал Долохов. – Эй, Игнатка! Поди к Матрене Матвеевне, спроси шубу, салоп соболий. Я слыхал, как увозят, – сказал Долохов, подмигнув. – Ведь она выскочит ни жива, ни мертва, в чем дома сидела; чуть замешкаешься, тут и слезы, и папаша, и мамаша, и сейчас озябла и назад, – а ты в шубу принимай сразу и неси в сани. Лакей принес женский лисий салоп. – Дурак, я тебе сказал соболий. Эй, Матрешка, соболий! – крикнул он так, что далеко по комнатам раздался его голос. Красивая, худая и бледная цыганка, с блестящими, черными глазами и с черными, курчавыми сизого отлива волосами, в красной шали, выбежала с собольим салопом на руке. – Что ж, мне не жаль, ты возьми, – сказала она, видимо робея перед своим господином и жалея салопа. Долохов, не отвечая ей, взял шубу, накинул ее на Матрешу и закутал ее. – Вот так, – сказал Долохов. – И потом вот так, – сказал он, и поднял ей около головы воротник, оставляя его только перед лицом немного открытым. – Потом вот так, видишь? – и он придвинул голову Анатоля к отверстию, оставленному воротником, из которого виднелась блестящая улыбка Матреши. – Ну прощай, Матреша, – сказал Анатоль, целуя ее. – Эх, кончена моя гульба здесь! Стешке кланяйся. Ну, прощай! Прощай, Матреша; ты мне пожелай счастья. – Ну, дай то вам Бог, князь, счастья большого, – сказала Матреша, с своим цыганским акцентом. У крыльца стояли две тройки, двое молодцов ямщиков держали их. Балага сел на переднюю тройку, и, высоко поднимая локти, неторопливо разобрал вожжи. Анатоль и Долохов сели к нему. Макарин, Хвостиков и лакей сели в другую тройку. – Готовы, что ль? – спросил Балага. – Пущай! – крикнул он, заматывая вокруг рук вожжи, и тройка понесла бить вниз по Никитскому бульвару. – Тпрру! Поди, эй!… Тпрру, – только слышался крик Балаги и молодца, сидевшего на козлах. На Арбатской площади тройка зацепила карету, что то затрещало, послышался крик, и тройка полетела по Арбату. Дав два конца по Подновинскому Балага стал сдерживать и, вернувшись назад, остановил лошадей у перекрестка Старой Конюшенной. Молодец соскочил держать под уздцы лошадей, Анатоль с Долоховым пошли по тротуару. Подходя к воротам, Долохов свистнул. Свисток отозвался ему и вслед за тем выбежала горничная. – На двор войдите, а то видно, сейчас выйдет, – сказала она. Долохов остался у ворот. Анатоль вошел за горничной на двор, поворотил за угол и вбежал на крыльцо. Гаврило, огромный выездной лакей Марьи Дмитриевны, встретил Анатоля. – К барыне пожалуйте, – басом сказал лакей, загораживая дорогу от двери. – К какой барыне? Да ты кто? – запыхавшимся шопотом спрашивал Анатоль. – Пожалуйте, приказано привесть. – Курагин! назад, – кричал Долохов. – Измена! Назад! Долохов у калитки, у которой он остановился, боролся с дворником, пытавшимся запереть за вошедшим Анатолем калитку. Долохов последним усилием оттолкнул дворника и схватив за руку выбежавшего Анатоля, выдернул его за калитку и побежал с ним назад к тройке.

Марья Дмитриевна, застав заплаканную Соню в коридоре, заставила ее во всем признаться. Перехватив записку Наташи и прочтя ее, Марья Дмитриевна с запиской в руке взошла к Наташе. – Мерзавка, бесстыдница, – сказала она ей. – Слышать ничего не хочу! – Оттолкнув удивленными, но сухими глазами глядящую на нее Наташу, она заперла ее на ключ и приказав дворнику пропустить в ворота тех людей, которые придут нынче вечером, но не выпускать их, а лакею приказав привести этих людей к себе, села в гостиной, ожидая похитителей. Когда Гаврило пришел доложить Марье Дмитриевне, что приходившие люди убежали, она нахмурившись встала и заложив назад руки, долго ходила по комнатам, обдумывая то, что ей делать. В 12 часу ночи она, ощупав ключ в кармане, пошла к комнате Наташи. Соня, рыдая, сидела в коридоре. – Марья Дмитриевна, пустите меня к ней ради Бога! – сказала она. Марья Дмитриевна, не отвечая ей, отперла дверь и вошла. «Гадко, скверно… В моем доме… Мерзавка, девчонка… Только отца жалко!» думала Марья Дмитриевна, стараясь утолить свой гнев. «Как ни трудно, уж велю всем молчать и скрою от графа». Марья Дмитриевна решительными шагами вошла в комнату. Наташа лежала на диване, закрыв голову руками, и не шевелилась. Она лежала в том самом положении, в котором оставила ее Марья Дмитриевна. – Хороша, очень хороша! – сказала Марья Дмитриевна. – В моем доме любовникам свидания назначать! Притворяться то нечего. Ты слушай, когда я с тобой говорю. – Марья Дмитриевна тронула ее за руку. – Ты слушай, когда я говорю. Ты себя осрамила, как девка самая последняя. Я бы с тобой то сделала, да мне отца твоего жалко. Я скрою. – Наташа не переменила положения, но только всё тело ее стало вскидываться от беззвучных, судорожных рыданий, которые душили ее. Марья Дмитриевна оглянулась на Соню и присела на диване подле Наташи. – Счастье его, что он от меня ушел; да я найду его, – сказала она своим грубым голосом; – слышишь ты что ли, что я говорю? – Она поддела своей большой рукой под лицо Наташи и повернула ее к себе. И Марья Дмитриевна, и Соня удивились, увидав лицо Наташи. Глаза ее были блестящи и сухи, губы поджаты, щеки опустились. – Оставь… те… что мне… я… умру… – проговорила она, злым усилием вырвалась от Марьи Дмитриевны и легла в свое прежнее положение. – Наталья!… – сказала Марья Дмитриевна. – Я тебе добра желаю. Ты лежи, ну лежи так, я тебя не трону, и слушай… Я не стану говорить, как ты виновата. Ты сама знаешь. Ну да теперь отец твой завтра приедет, что я скажу ему? А? Опять тело Наташи заколебалось от рыданий. – Ну узнает он, ну брат твой, жених! – У меня нет жениха, я отказала, – прокричала Наташа. – Всё равно, – продолжала Марья Дмитриевна. – Ну они узнают, что ж они так оставят? Ведь он, отец твой, я его знаю, ведь он, если его на дуэль вызовет, хорошо это будет? А? – Ах, оставьте меня, зачем вы всему помешали! Зачем? зачем? кто вас просил? – кричала Наташа, приподнявшись на диване и злобно глядя на Марью Дмитриевну. – Да чего ж ты хотела? – вскрикнула опять горячась Марья Дмитриевна, – что ж тебя запирали что ль? Ну кто ж ему мешал в дом ездить? Зачем же тебя, как цыганку какую, увозить?… Ну увез бы он тебя, что ж ты думаешь, его бы не нашли? Твой отец, или брат, или жених. А он мерзавец, негодяй, вот что! – Он лучше всех вас, – вскрикнула Наташа, приподнимаясь. – Если бы вы не мешали… Ах, Боже мой, что это, что это! Соня, за что? Уйдите!… – И она зарыдала с таким отчаянием, с каким оплакивают люди только такое горе, которого они чувствуют сами себя причиной. Марья Дмитриевна начала было опять говорить; но Наташа закричала: – Уйдите, уйдите, вы все меня ненавидите, презираете. – И опять бросилась на диван. Марья Дмитриевна продолжала еще несколько времени усовещивать Наташу и внушать ей, что всё это надо скрыть от графа, что никто не узнает ничего, ежели только Наташа возьмет на себя всё забыть и не показывать ни перед кем вида, что что нибудь случилось. Наташа не отвечала. Она и не рыдала больше, но с ней сделались озноб и дрожь. Марья Дмитриевна подложила ей подушку, накрыла ее двумя одеялами и сама принесла ей липового цвета, но Наташа не откликнулась ей. – Ну пускай спит, – сказала Марья Дмитриевна, уходя из комнаты, думая, что она спит. Но Наташа не спала и остановившимися раскрытыми глазами из бледного лица прямо смотрела перед собою. Всю эту ночь Наташа не спала, и не плакала, и не говорила с Соней, несколько раз встававшей и подходившей к ней. На другой день к завтраку, как и обещал граф Илья Андреич, он приехал из Подмосковной. Он был очень весел: дело с покупщиком ладилось и ничто уже не задерживало его теперь в Москве и в разлуке с графиней, по которой он соскучился. Марья Дмитриевна встретила его и объявила ему, что Наташа сделалась очень нездорова вчера, что посылали за доктором, но что теперь ей лучше. Наташа в это утро не выходила из своей комнаты. С поджатыми растрескавшимися губами, сухими остановившимися глазами, она сидела у окна и беспокойно вглядывалась в проезжающих по улице и торопливо оглядывалась на входивших в комнату. Она очевидно ждала известий об нем, ждала, что он сам приедет или напишет ей. Когда граф взошел к ней, она беспокойно оборотилась на звук его мужских шагов, и лицо ее приняло прежнее холодное и даже злое выражение. Она даже не поднялась на встречу ему. – Что с тобой, мой ангел, больна? – спросил граф. Наташа помолчала. – Да, больна, – отвечала она. На беспокойные расспросы графа о том, почему она такая убитая и не случилось ли чего нибудь с женихом, она уверяла его, что ничего, и просила его не беспокоиться. Марья Дмитриевна подтвердила графу уверения Наташи, что ничего не случилось. Граф, судя по мнимой болезни, по расстройству дочери, по сконфуженным лицам Сони и Марьи Дмитриевны, ясно видел, что в его отсутствие должно было что нибудь случиться: но ему так страшно было думать, что что нибудь постыдное случилось с его любимою дочерью, он так любил свое веселое спокойствие, что он избегал расспросов и всё старался уверить себя, что ничего особенного не было и только тужил о том, что по случаю ее нездоровья откладывался их отъезд в деревню.

Со дня приезда своей жены в Москву Пьер сбирался уехать куда нибудь, только чтобы не быть с ней. Вскоре после приезда Ростовых в Москву, впечатление, которое производила на него Наташа, заставило его поторопиться исполнить свое намерение. Он поехал в Тверь ко вдове Иосифа Алексеевича, которая обещала давно передать ему бумаги покойного. Когда Пьер вернулся в Москву, ему подали письмо от Марьи Дмитриевны, которая звала его к себе по весьма важному делу, касающемуся Андрея Болконского и его невесты. Пьер избегал Наташи. Ему казалось, что он имел к ней чувство более сильное, чем то, которое должен был иметь женатый человек к невесте своего друга. И какая то судьба постоянно сводила его с нею. «Что такое случилось? И какое им до меня дело? думал он, одеваясь, чтобы ехать к Марье Дмитриевне. Поскорее бы приехал князь Андрей и женился бы на ней!» думал Пьер дорогой к Ахросимовой. На Тверском бульваре кто то окликнул его. – Пьер! Давно приехал? – прокричал ему знакомый голос. Пьер поднял голову. В парных санях, на двух серых рысаках, закидывающих снегом головашки саней, промелькнул Анатоль с своим всегдашним товарищем Макариным. Анатоль сидел прямо, в классической позе военных щеголей, закутав низ лица бобровым воротником и немного пригнув голову. Лицо его было румяно и свежо, шляпа с белым плюмажем была надета на бок, открывая завитые, напомаженные и осыпанные мелким снегом волосы. «И право, вот настоящий мудрец! подумал Пьер, ничего не видит дальше настоящей минуты удовольствия, ничто не тревожит его, и оттого всегда весел, доволен и спокоен. Что бы я дал, чтобы быть таким как он!» с завистью подумал Пьер. В передней Ахросимовой лакей, снимая с Пьера его шубу, сказал, что Марья Дмитриевна просят к себе в спальню. Отворив дверь в залу, Пьер увидал Наташу, сидевшую у окна с худым, бледным и злым лицом. Она оглянулась на него, нахмурилась и с выражением холодного достоинства вышла из комнаты. – Что случилось? – спросил Пьер, входя к Марье Дмитриевне. – Хорошие дела, – отвечала Марья Дмитриевна: – пятьдесят восемь лет прожила на свете, такого сраму не видала. – И взяв с Пьера честное слово молчать обо всем, что он узнает, Марья Дмитриевна сообщила ему, что Наташа отказала своему жениху без ведома родителей, что причиной этого отказа был Анатоль Курагин, с которым сводила ее жена Пьера, и с которым она хотела бежать в отсутствие своего отца, с тем, чтобы тайно обвенчаться. Пьер приподняв плечи и разинув рот слушал то, что говорила ему Марья Дмитриевна, не веря своим ушам. Невесте князя Андрея, так сильно любимой, этой прежде милой Наташе Ростовой, променять Болконского на дурака Анатоля, уже женатого (Пьер знал тайну его женитьбы), и так влюбиться в него, чтобы согласиться бежать с ним! – Этого Пьер не мог понять и не мог себе представить. Милое впечатление Наташи, которую он знал с детства, не могло соединиться в его душе с новым представлением о ее низости, глупости и жестокости. Он вспомнил о своей жене. «Все они одни и те же», сказал он сам себе, думая, что не ему одному достался печальный удел быть связанным с гадкой женщиной. Но ему всё таки до слез жалко было князя Андрея, жалко было его гордости. И чем больше он жалел своего друга, тем с большим презрением и даже отвращением думал об этой Наташе, с таким выражением холодного достоинства сейчас прошедшей мимо него по зале. Он не знал, что душа Наташи была преисполнена отчаяния, стыда, унижения, и что она не виновата была в том, что лицо ее нечаянно выражало спокойное достоинство и строгость. – Да как обвенчаться! – проговорил Пьер на слова Марьи Дмитриевны. – Он не мог обвенчаться: он женат. – Час от часу не легче, – проговорила Марья Дмитриевна. – Хорош мальчик! То то мерзавец! А она ждет, второй день ждет. По крайней мере ждать перестанет, надо сказать ей. Узнав от Пьера подробности женитьбы Анатоля, излив свой гнев на него ругательными словами, Марья Дмитриевна сообщила ему то, для чего она вызвала его. Марья Дмитриевна боялась, чтобы граф или Болконский, который мог всякую минуту приехать, узнав дело, которое она намерена была скрыть от них, не вызвали на дуэль Курагина, и потому просила его приказать от ее имени его шурину уехать из Москвы и не сметь показываться ей на глаза. Пьер обещал ей исполнить ее желание, только теперь поняв опасность, которая угрожала и старому графу, и Николаю, и князю Андрею. Кратко и точно изложив ему свои требования, она выпустила его в гостиную. – Смотри же, граф ничего не знает. Ты делай, как будто ничего не знаешь, – сказала она ему. – А я пойду сказать ей, что ждать нечего! Да оставайся обедать, коли хочешь, – крикнула Марья Дмитриевна Пьеру. Пьер встретил старого графа. Он был смущен и расстроен. В это утро Наташа сказала ему, что она отказала Болконскому. – Беда, беда, mon cher, – говорил он Пьеру, – беда с этими девками без матери; уж я так тужу, что приехал. Я с вами откровенен буду. Слышали, отказала жениху, ни у кого не спросивши ничего. Оно, положим, я никогда этому браку очень не радовался. Положим, он хороший человек, но что ж, против воли отца счастья бы не было, и Наташа без женихов не останется. Да всё таки долго уже так продолжалось, да и как же это без отца, без матери, такой шаг! А теперь больна, и Бог знает, что! Плохо, граф, плохо с дочерьми без матери… – Пьер видел, что граф был очень расстроен, старался перевести разговор на другой предмет, но граф опять возвращался к своему горю. Соня с встревоженным лицом вошла в гостиную. – Наташа не совсем здорова; она в своей комнате и желала бы вас видеть. Марья Дмитриевна у нее и просит вас тоже. – Да ведь вы очень дружны с Болконским, верно что нибудь передать хочет, – сказал граф. – Ах, Боже мой, Боже мой! Как всё хорошо было! – И взявшись за редкие виски седых волос, граф вышел из комнаты. Марья Дмитриевна объявила Наташе о том, что Анатоль был женат. Наташа не хотела верить ей и требовала подтверждения этого от самого Пьера. Соня сообщила это Пьеру в то время, как она через коридор провожала его в комнату Наташи. Наташа, бледная, строгая сидела подле Марьи Дмитриевны и от самой двери встретила Пьера лихорадочно блестящим, вопросительным взглядом. Она не улыбнулась, не кивнула ему головой, она только упорно смотрела на него, и взгляд ее спрашивал его только про то: друг ли он или такой же враг, как и все другие, по отношению к Анатолю. Сам по себе Пьер очевидно не существовал для нее. – Он всё знает, – сказала Марья Дмитриевна, указывая на Пьера и обращаясь к Наташе. – Он пускай тебе скажет, правду ли я говорила. Наташа, как подстреленный, загнанный зверь смотрит на приближающихся собак и охотников, смотрела то на того, то на другого. – Наталья Ильинична, – начал Пьер, опустив глаза и испытывая чувство жалости к ней и отвращения к той операции, которую он должен был делать, – правда это или не правда, это для вас должно быть всё равно, потому что… – Так это не правда, что он женат! – Нет, это правда. – Он женат был и давно? – спросила она, – честное слово? Пьер дал ей честное слово. – Он здесь еще? – спросила она быстро. – Да, я его сейчас видел. Она очевидно была не в силах говорить и делала руками знаки, чтобы оставили ее.

Пьер не остался обедать, а тотчас же вышел из комнаты и уехал. Он поехал отыскивать по городу Анатоля Курагина, при мысли о котором теперь вся кровь у него приливала к сердцу и он испытывал затруднение переводить дыхание. На горах, у цыган, у Comoneno – его не было. Пьер поехал в клуб.

wiki-org.ru

Бинауральная запись — Википедия

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 7 июня 2014; проверки требуют 10 правок. Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 7 июня 2014; проверки требуют 10 правок.

Бинауральная запись (лат. bi — два + auris — ухо) — метод звуковой записи, при котором используется специальное расположение микрофонов, предназначенное для последующего прослушивания через наушники. Обычно при этом методе записи используется специальный манекен, повторяющий анатомическое строение человеческой головы (иногда вплоть до ушей). Учитывая то, что строение внешнего уха у каждого человека индивидуально и он привыкает слышать окружающий мир с таким строением с раннего детства, использование отличающихся по строению ушей при записи может привести к неправильному восприятию записи слушателем.

Термин «бинауральный» не стоит путать со словом «стерео». Обычная стереозапись не учитывает натуральное расстояние между ушами, «звуковую тень» и отражения звука от головы и ушных раковин, хотя они вносят свои изменения в распространение звука (акустическую временную разницу и акустическую уровневую разницу). Из-за того, что обычные звуковые колонки при воспроизведении вносят свои изменения в звучание бинауральной записи, нужно использовать наушники либо использовать подавление помех от звуковых колонок. Для прослушивания через обычные звуковые колонки или наушники используют манекен без ушных раковин (для прослушивания используют манекен). Основное правило для идеальной бинауральной записи — записывающая и воспроизводящая цепи от микрофона и до мозга слушателя должны использовать идентичные ушные раковины (точные копии ушных раковин слушающего) и одинаковую «тень от головы».Очень часто используется в АСМР Видео.

Манекен для бинауральной записи; второй микрофон заслонён.

При самом простом методе записи два микрофона расположены примерно в 18 см друг от друга и направлены в разные стороны. Этот метод не даст настоящей бинауральной записи. Данное расстояние между микрофонами — это грубое значение для среднего расстояния между человеческими ушными каналами, но этого недостаточно. Более точный метод записи требует специального оборудования. Типичное бинауральное устройство записи состоит из двух высокочувствительных микрофонов, прикреплённых к макету головы и находящихся внутри форм, имитирующих ушные раковины. Это позволяет полностью записать искажения звука, происходящие, когда звук огибает человеческую голову и отражается от внешнего и внутреннего уха. Бинауральные «внутриушные микрофоны» могут быть подключены к записывающему устройству, что позволяет обойтись без манекена, используя в его роли голову автора записи.

Диск Джеклина

Кроме того, существует метод бинауральной записи звука с использованием диска Джеклина (англ.). В этом случае расстояние между мембранами микрофонов составляет 35 см, что даёт «широкую» базу. Угол отклонения осей микрофонов относительно плоскости диска Джеклина составляет 30 градусов, что в сумме равно 60 градусам. Опыты записи музыки в исполнении различных музыкальных составов показывают хорошую стерео базу, хорошие планы и объективную локализацию источников звука (при прослушивании в наушниках). При этом, для достижения хорошего результата записи необходим правильный акустический баланс внутри самого музыкального ансамбля и возможность выбора наиболее оптимальной точки в пространстве для местоположения самого диска Джеклина.

ru.wikipedia.org

Радиомикрофон - Википедия

Микрофо́н (от греч. μικρός — маленький, φωνη — голос) — электроакустический прибор, преобразующий акустические колебания в элект­рический сигнал.

История[ | ]

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.

, 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.

Устройство микрофона[ | ]

Принцип действия микрофона с подвижной катушкой

Принцип работы микрофона заключается в том, что давление звуковых колебаний воздуха, воды или твёрдого вещества действует на тонкую мембрану микрофона. В свою очередь, колебания мембраны возбуждают электрические колебания; в зависимости от типа микрофона для этого используются явление электромагнитной индукции, изменение ёмкости конденсаторов или пьезоэлектрический эффект.

Свойства акустико-механической системы сильно зависят от того, воздействует ли звуковое давление на одну сторону диафрагмы (микрофон давления) или на обе стороны, а во втором случае от того, симметрично ли это воздействие (микрофон градиента давления) или на одну из сторон диафрагмы действуют колебания, непосредственно возбуждающие её, а на вторую — прошедшие через какое-либо механическое или акустическое сопротивление или систему задержки времени (асимметричный микрофон градиента давления).

Большое влияние на характеристики микрофона оказывает его механоэлектрическая часть.

Классификация микрофонов[ | ]

Типы микрофонов по принципу действия[ | ]

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[ | ]

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

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 определённой 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 приёмников звука: приёмники давления; градиента давления; комбинированные.

Характеристика направленности[ | ]

Направленность микрофонов. Представление в полярных координатах
приёмники давления
Ненаправленный
приёмники градиента давления
Двунаправленный«Восьмёрка»
комбинированные
Кардиоида
Гиперкардиоида

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, то есть 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 — приёмниках 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 счёт дифракции звуковых волн микрофон приобретает 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 — приёмниках 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 восьмёрки.

Двусторонние микрофоны удобны, например, для записи разговора двух собеседников, сидящих друг напротив друга. Также их применение удобно в студиях звукозаписи при записи голоса с одновременной игрой на инструментах — так как они хорошо отсекают звуки, приходящие несоосно с основным, а также при некоторых способах записи стереозвука (технология Блюмлейна).

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 ещё 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 определённые 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[ | ]

Эквивалентный уровень шума (equivalent noise). В соответствии с международными стандартами собственный уровень шума микрофона определяется как уровень звукового давления, который создает напряжение на выходе микрофона, равное напряжению, возникающему в нём только за счёт собственных шумов при отсутствии звукового сигнала. Он может быть рассчитан по формуле

LpЭ=20lg Uш/Sρ0,

где:

Uш — квадратный корень из разности квадратов значений напряжения на выходе испытательного стенда по ГОСТ 16123-88 (IEC 60268-4), измеренное при подключенном микрофоне и при замене его на резистор – эквивалент модуля сопротивления испытуемого микрофона,

S — чувствительность микрофона на частоте 1000 Гц, ρ0=2,10−5Па.

Способы измерения этого параметра несколько отличаются в разных стандартах, поэтому обычно в современных каталогах приводятся два значения эквивалентного уровня шумов: по стандарту DIN 45 412 (IEC 60268-1) и по стандарту DIN 45 405 (CCIR 468-3). В первом случае при измерениях используется взвешивающая стандартная кривая А. Во втором случае используется другая форма взвешивающей кривой (психометрическая кривая 468) и отличия в методике, более подходящей для измерительных микрофонов.

Защита для микрофонов[ | ]

Для микрофонов существуют различные типы защиты: накладки из полиуретана, поп-фильтры, звукозаглушающие боксы и капсюли (решётки).

  • Микрофон со снятой защитой.

  • «Дохлая кошка» и «дохлый котёнок». Дохлая кошка закрывает стереомикрофон для DSLR-камеры. Названия отличаются из-за разных размеров.

  • Микрофонная решётка (капсюль), защищающая микрофон от ветра и тому подобного.

Типы подключения[ | ]

Проводные микрофоны с неразъёмным кабелем. Для цветовой маркировки перемотаны изолентой

Большинство микрофонов подключается к звуковому оборудованию посредством кабеля. Кабели могут быть либо неразъёмными, 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 (это ведь не мобильный телефон!), 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 844 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].

Радиомикрофон со специальным радиоприёмником

См. также[ | ]

Примечания[ | ]

Литература[ | ]

  • Микрофон // Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона : в 86 т. (82 т. и 4 доп.). — СПб., 1890—1907.
  • Микрофон // Фотокинотехника: Энциклопедия / Гл. ред. Е. А. Иофис. — М.: Советская энциклопедия, 1981.
  • 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.
  • Фурдуев В. В. Акустические основы вещания. — М.: Государственное издательство литературы по вопросам связи и радио, 1960.
  • Дольник А. Г., Эфрусси М. М. Микрофоны. — 2 изд.. — М.: Энергия, 1967.
  • Б. Я. Меерзон. Основы звукорежиссуры и оборудование студий звукозаписи. — 2-е изд.. — М.: Гуманитарный институт телевидения и радиовещания имени М.А. Литовчина, 2012. — С. 80—81. — 2 с. — ISBN 978-5-942237-029-9.

Ссылки[ | ]

encyclopaedia.bid

Микрофон — Википедия

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.

  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

ЧувствительностьПравить

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 чувствительностиПравить

  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 определённой частоте к чувствительности на опорной частоте (в основном 1 кГц).

Акустическая характеристикаПравить

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 приёмников звука: приёмники давления; градиента давления; комбинированные.

Характеристика направленностиПравить

Направленность микрофонов. Представление в полярных координатах
приёмники давления
  Ненаправленный
приёмники градиента давления
  Двунаправленный«Восьмёрка»
комбинированные
  Кардиоида
  Гиперкардиоида

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, то есть 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 микрофоныПравить

В ненаправленных микрофонах — приёмниках 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 счёт дифракции звуковых волн микрофон приобретает 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 направленияПравить

В микрофонах — приёмниках 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 восьмёрки.

Двусторонние микрофоны удобны, например, для записи разговора двух собеседников, сидящих друг напротив друга. Также их применение удобно в студиях звукозаписи при записи голоса с одновременной игрой на инструментах — так как они хорошо отсекают звуки, приходящие несоосно с основным, а также при некоторых способах записи стереозвука (технология Блюмлейна).

Микрофоны одностороннего направленияПравить

Односторонняя направленность достигается в микрофонах комбинированного типа. Их диаграммы направленности близки по форме к кардиоиде, поэтому нередко их называют кардиоидными. Модификации микрофонов, имеющих ещё 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 определённые 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 шумовПравить

Эквивалентный уровень шума (equivalent noise). В соответствии с международными стандартами собственный уровень шума микрофона определяется как уровень звукового давления, который создает напряжение на выходе микрофона, равное напряжению, возникающему в нём только за счёт собственных шумов при отсутствии звукового сигнала. Он может быть рассчитан по формуле

LpЭ=20lg Uш/Sρ0,

где:

Uш — квадратный корень из разности квадратов значений напряжения на выходе испытательного стенда по ГОСТ 16123-88 (IEC 60268-4), измеренное при подключенном микрофоне и при замене его на резистор – эквивалент модуля сопротивления испытуемого микрофона,

S — чувствительность микрофона на частоте 1000 Гц, ρ0=2,10−5Па.

Способы измерения этого параметра несколько отличаются в разных стандартах, поэтому обычно в современных каталогах приводятся два значения эквивалентного уровня шумов: по стандарту DIN 45 412 (IEC 60268-1) и по стандарту DIN 45 405 (CCIR 468-3). В первом случае при измерениях используется взвешивающая стандартная кривая А. Во втором случае используется другая форма взвешивающей кривой (психометрическая кривая 468) и отличия в методике, более подходящей для измерительных микрофонов.

  Проводные микрофоны с неразъёмным кабелем. Для цветовой маркировки перемотаны изолентой

Большинство микрофонов подключается к звуковому оборудованию посредством кабеля. Кабели могут быть либо неразъёмными, 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 1027 дней].

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].

  Радиомикрофон со специальным радиоприёмником

pywb-hypothesis.herokuapp.com

Микрофон — Википедия

Микрофо́н (от греч. μικρός — маленький, φωνη — голос) — электроакустический прибор, преобразующий акустические колебания в элект­рический сигнал.

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.

Принцип действия микрофона с подвижной катушкой

Принцип работы микрофона заключается в том, что давление звуковых колебаний воздуха, воды или твёрдого вещества действует на тонкую мембрану микрофона. В свою очередь, колебания мембраны возбуждают электрические колебания; в зависимости от типа микрофона для этого используются явление электромагнитной индукции, изменение ёмкости конденсаторов или пьезоэлектрический эффект.

Свойства акустико-механической системы сильно зависят от того, воздействует ли звуковое давление на одну сторону диафрагмы (микрофон давления) или на обе стороны, а во втором случае от того, симметрично ли это воздействие (микрофон градиента давления) или на одну из сторон диафрагмы действуют колебания, непосредственно возбуждающие её, а на вторую — прошедшие через какое-либо механическое или акустическое сопротивление или систему задержки времени (асимметричный микрофон градиента давления).

Большое влияние на характеристики микрофона оказывает его механоэлектрическая часть.

Типы микрофонов по принципу действия[править | править код]

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
  • Микрофон для скрытого ношения
  • Ларингофон
  • Гидрофон
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[править | править код]

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[править | править код]

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 определённой частоте к чувствительности на опорной частоте (в основном 1 кГц).

Акустическая характеристика[править | править код]

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 приёмников звука: приёмники давления; градиента давления; комбинированные.

Характеристика направленности[править | править код]

Направленность микрофонов. Представление в полярных координатах
приёмники давления
Ненаправленный
приёмники градиента давления
Двунаправленный«Восьмёрка»
комбинированные
Кардиоида
Гиперкардиоида

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, то есть 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[править | править код]

В ненаправленных микрофонах — приёмниках 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 счёт дифракции звуковых волн микрофон приобретает 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[править | править код]

В микрофонах — приёмниках 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 восьмёрки.

Двусторонние микрофоны удобны, например, для записи разговора двух собеседников, сидящих друг напротив друга. Также их применение удобно в студиях звукозаписи при записи голоса с одновременной игрой на инструментах — так как они хорошо отсекают звуки, приходящие несоосно с основным, а также при некоторых способах записи стереозвука (технология Блюмлейна).

Микрофоны одностороннего направления[править | править код]

Односторонняя направленность достигается в микрофонах комбинированного типа. Их диаграммы направленности близки по форме к кардиоиде, поэтому нередко их называют кардиоидными. Модификации микрофонов, имеющих ещё 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 определённые 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[править | править код]

Эквивалентный уровень шума (equivalent noise). В соответствии с международными стандартами собственный уровень шума микрофона определяется как уровень звукового давления, который создает напряжение на выходе микрофона, равное напряжению, возникающему в нём только за счёт собственных шумов при отсутствии звукового сигнала. Он может быть рассчитан по формуле

LpЭ=20lg Uш/Sρ0,

где:

Uш — квадратный корень из разности квадратов значений напряжения на выходе испытательного стенда по ГОСТ 16123-88 (IEC 60268-4), измеренное при подключенном микрофоне и при замене его на резистор – эквивалент модуля сопротивления испытуемого микрофона,

S — чувствительность микрофона на частоте 1000 Гц, ρ0=2,10−5Па.

Способы измерения этого параметра несколько отличаются в разных стандартах, поэтому обычно в современных каталогах приводятся два значения эквивалентного уровня шумов: по стандарту DIN 45 412 (IEC 60268-1) и по стандарту DIN 45 405 (CCIR 468-3). В первом случае при измерениях используется взвешивающая стандартная кривая А. Во втором случае используется другая форма взвешивающей кривой (психометрическая кривая 468) и отличия в методике, более подходящей для измерительных микрофонов.

Для микрофонов существуют различные типы защиты: накладки из полиуретана, поп-фильтры, звукозаглушающие боксы и капсюли (решётки).

  • Микрофон со снятой защитой.

  • «Дохлая кошка» и «дохлый котёнок». Дохлая кошка закрывает стереомикрофон для DSLR-камеры. Названия отличаются из-за разных размеров.

  • Микрофонная решётка (капсюль), защищающая микрофон от ветра и тому подобного.

Проводные микрофоны с неразъёмным кабелем. Для цветовой маркировки перемотаны изолентой

Большинство микрофонов подключается к звуковому оборудованию посредством кабеля. Кабели могут быть либо неразъёмными, 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 1026 дней].

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].

Радиомикрофон со специальным радиоприёмником
  • Микрофон // Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона : в 86 т. (82 т. и 4 доп.). — СПб., 1890—1907.
  • Микрофон // Фотокинотехника: Энциклопедия / Гл. ред. Е. А. Иофис. — М.: Советская энциклопедия, 1981.
  • 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.
  • Фурдуев В. В. Акустические основы вещания. — М.: Государственное издательство литературы по вопросам связи и радио, 1960.
  • Дольник А. Г., Эфрусси М. М. Микрофоны. — 2 изд.. — М.: Энергия, 1967.
  • Б. Я. Меерзон. Основы звукорежиссуры и оборудование студий звукозаписи. — 2-е изд.. — М.: Гуманитарный институт телевидения и радиовещания имени М.А. Литовчина, 2012. — С. 80—81. — 2 с. — ISBN 978-5-942237-029-9.
  • Нисбетт А. Применение микрофонов. — М.: Искусство, 1981. — 173 с. — 16 000 экз.

ru.bywiki.com


Смотрите также