1.11. Элементы электроакустического тракта Микрофон
Микрофон — электродинамический прибор, преобразующий акустические звуковые колебания воздушной среды в электрические сигналы. Микрофон является первым и одним из наиболее важных звеньев любого электроакустического тракта, характеристики которого оказывают огромное влияние на качество его работы.
Классификация микрофонов
Классифицируют микрофоны по трем основным признакам: типу приемника, типу преобразователя и по назначению. Типы приемника:
♦ приемники давления (ненаправленные, «круговые») — звук воздействует на подвижный элемент с одной стороны;
♦ приемники градиента или разности давлений (направленные), которые в свою очередь подразделяются на приемники:
с двумя симметричными акустическими входами (двунаправленные, косинусоидальные или «восьмерка»);
с двумя или более несимметричными акустическими входами (кардиоида).
Характеристики направленности указанных типов приемников приведены на рис. 1.13.
Ненаправленный микрофон имеет характеристику направленности в виде шара, в центре которого находится микрофон. Однако такими свойствами обладают микрофоны на низших и средних частотах, где их размеры намного меньше длины волны и соблюдаются условия обтекаемости. Ненаправленные микрофоны используют для приема сигналов, отраженных от поверхностей помещения (студии, концертные залы), т.е. для передачи общей акустической обстановки помещения.
Микрофоны с косинусоидальной характеристикой направленности (восьмерка). В области высоких частот длины волн звуковых колебаний становятся соизмеримыми с размерами микрофона, нарушается синфазность приема звуковых волн сторонами диафрагмы, чувствительность снижается. Применяются при записи дуэта, а также когда необходимо отстроиться от направленных источников шума.
Направленные и остронаправленные микрофоны используют для солистов, для четкого разделения отдельных групп музыкальных инструментов, а также для снижения величины реверберационной составляющей.
Для работы на открытом воздухе преимущественно используются динамические микрофоны, которые менее критичны к воздействию температуры и влажности воздуха, чем, например, конденсаторные.
Особую группу представляют остронаправленные микрофоны, которые используются в тех случаях, когда нет возможности приблизиться к источнику полезного сигнала.
Один из наиболее распространенных остронаправленных микрофонов — микрофон «бегущей волны» — представляет собой трубку (длиной около метра и даже более) с отверстиями, на заднем торце которой расположен ненаправленный или однонаправленный микрофон. Отверстия закрыты тканью или пористым материалом, акустическое сопротивление которого возрастает по мере приближения к капсюлю. Заметное обострение направленности начинается с частоты, для которой длина волны меньше удвоенной длины трубки. На низких частотах (ниже 150...200 Гц) характеристика направленности в основном определяется капсюлем и обычно близка к кардиоиде.
Другой тип остронаправленных микрофонов — рефлекторные микрофоны. В таких микрофонах капсюль с ненаправленной или однонаправленной характеристикой помещается в фокусе параболического отражателя. Звуковые волны, приходящие под углом к оси отражателя, рассеиваются рефлектором и не попадают на микрофон. Для наведения на удаленный источник полезного сигнала рефлектор снабжают «прицелом» — трубочкой, соосной с осью рефлектора. Направленность такого микрофона начинает проявляться с частот, длина волны которых равна диаметру рефлектора, причем АЧХ такого микрофона имеет подъем в сторону высоких частот с наклоном 6 дБ/окт.
По назначению микрофоны подразделяются на бытовые, профессиональные и спецназначения.
Профессиональные микрофоны в свою очередь подразделяются:
♦ для звукозаписи в студиях (студийные);
♦ для систем звукоусиления музыки и речи;
♦ для акустических измерений;
♦ для диспетчерской связи.
Основные параметры
1. Номинальный диапазон частот определяется допустимым спадом в области нижних и верхних частот. Частотная характеристика — зависимость осевой чувствительности от частоты.
2. Неравномерность АЧХ.
3. Чувствительность — отношение напряжения U в вольтах на выходе микрофона к звуковому давлению p в паскалях, воздействующему на его чувствительный элемент
4. Направленность и характеристика направленности — отношение чувствительности микрофона, измеряемой под различными углами к оси симметрии микрофона относительно нулевой азимутальной плоскости. Имеет частотную зависимость. Диаграмма направленности — это графическое изображение характеристики направленности.
5. Коэффициент нелинейных искажений.
6. Уровень предельного звукового давления, выражаемый в децибелах относительно рo = 2· 10-5 Па, при котором коэффициент гармонических искажений не превышает 0,5%.
7. Динамический диапазон.
8. Модуль полного электрического сопротивления (импеданс) в Омах, обычно нормируется на частоте 1 кГц.
По конструкции различают угольные (применяется около 100 лет), электромагнитные, электродинамические (катушечные и ленточные), электростатические (конденсаторные и электретные) и пьезокерамические микрофоны. Микрофоны стараются делать обтекаемой формы и малых размеров. Обтекаемая форма снижает отражения до минимума.