Эффект близости (Апроксимация)

По своей природе метод использования градиента давления вызывает искажение частотного восприятия, называемое "эффектом близости" или "скачком низких частот": микрофон, помещенный достаточно близко к источнику звука вызывает выраженное звучание низкого диапазона. Расстояние, при котором вступает в силу подобное явление, зависит от разницы в длине прохождения сигнала до передней, а затем до задней поверхности диафрагмы. Низкочастотный скачок происходит всякий раз, когда источник звука находится настолько близко, что разница в путях прохождения сигнала является соизмеримой величиной по отношению к этому расстоянию, а также по причине убывания (распространяющихся от центра) сферических волн пропорционально квадрату их расстояния до источника.
Градиент давления состоит из двух компонентов. Одна из них является результатом фазовой разницы для двух волновых точек, разделенных расстоянием между передней и задней частями диафрагмы. Другая составляющая характеризует изменение интенсивности с расстоянием. В низкочастотной области микрофоны, использующие
метод градиента давления, достаточно чувствительны даже к небольшой разнице в фазах. В результате этого при очень близком источнике звука, провал в интенсивности может составлять большую величину. Собственно говоря, расстояние, при котором проявляются подобные аномалии, зависит от длины волны.

Для частот верхнего и среднего диапазонов эти расстояния достаточно малы, чтобы представлять практическую опасность; только в низкочастотной области, при рабочих расстояниях от микрофона до источника звука, этот эффект способен принимать существенные значения. Чем больше разница в путях прохождения, тем шире диапазон частот, для которых эффект близости будет иметь место.
Бинаправленные ленточные микрофоны, характеризующиеся существенной разницей в путях прохождения сигнала (при достижении равных значений чувствительности), должны считаться наиболее типичными представителями подобного рода эффекта. В отдельных случаях он уже проявляется на расстоянии в 50 см, становясь все более заметным с уменьшением расстояния. Однако все микрофоны направленного действия, которые используют метод градиента давления, способны проявлять этот эффект и под определенными углами воздействия.
Некоторые направленные микрофоны имеют своего рода компенсаторы для устранения или сглаживания эффекта близости, возникающего на определенном расстоянии. При этом смещения вперед или назад от этой фиксированной позиции вызывают изменения в соотношениях между низкими и средними частотами, которые не могут быть устранены простой регулировкой громкости. Более того, подобные перемещения также способны изменить отношение прямого и непрямого сигналов.

При профессиональном использовании микрофоны могут обладать очень незначительными размерами и быть необычайно легкими по весу; они могут легко фиксироваться на музыкальных инструментах или специальных держателях, позволяющих проводить отстройку нужного угла по направлению к источнику звука.

При этом, такое близкое расстояние до источника, при котором может происходить потеря чувствительности и присутствовать высокочастотные шумы, считается вполне приемлемым с точки зрения удовлетворительного качества.
Для кардиодного микрофона полезный угол реагирования представляет из себя широкий пространственный конус и составляет примерно 120 градусов со стороны активного приема. Величина полезного угла может быть расширена и до 180 градусов, но в этом случае будет наблюдаться некоторое снижение восприимчивости в граничных значениях.

Типы микрофонов.

Узконаправленные микрофоны.

Для реагирования в очень узком направлении микрофонная капсула помещается внутри сфокусированного звукового поля. Наиболее распространенным методом для такого решения является использование явления интерференции в "пистолетных" микрофонах, называемых также "линейными" микрофонами.
Наиболее ранние конструкции имели пучок из большого количества узких трубок различной длины с заключенной в специальный объем диафрагмой. Когда трубки направлялись на источник сигнала, звуковое давление (при движении вдоль этих трубок) проходило одинаковое расстояние вне зависимости от их длины и не оказывало влияние на звуковой сигнал. Однако для звуков, поступавших под углом к основному направлению, возникало большое количество путей различной протяженности.
Подобные линейные микрофоны нашли широкое применение при локальной работе в художественных и телевизионных фильмах. Они, в некоторой степени, чувствительны к посторонним низкочастотным шумам, однако при использовании НЧ фильтра (во всех случаях работы на открытом воздухе) влияние этих вредных помех сокращается значительно. Некоторые из микрофонов для удобства управления во время действия оборудованы специальной (как у пистолета) рукояткой.Ветровые экраны для таких микрофонов довольно громоздки по своим размерам и несколько стесняют движения оператора при художественной съемке и, кроме того, они могут случайно попасть в поле обзора камеры. Сильные порывы ветра, независимо от принятых мер защиты или окружающих экранов, могут вызвать даже кратковременное замирание всего сигнала. Иными словами, существенной разницы между линейными и персональными  микрофонами не существует, однако для использования на открытом воздухе предпочтение отдается линейным системам.

При использовании микрофонов внутри помещений или в залах с искусственно построенной "реальной" акустикой их направленные свойства несколько снижаются, так как случайная фаза реверберации не дает определенного режима подавления частот. Поэтому, для внутренних работ их восприятие не может быть лучше (или значительно хуже) обычного реагирования самой капсулы. Только в случае близкого расположения к источнику звука (что теряет смысл применения линейного улавливателя) можно пренебречь влиянием посторонней реверберации.

Однако, для глухих кино- и телестудий применение таких микрофонов может быть оправдано в случае, когда требуется на основном фоне шумного действия выделить отдельные звуковые моменты, что позволяет разместить микрофонные системы несколько дальше от источников, чем при использовании обычных направленных микрофонов. При этом, увеличение частотного реагирования для верхнего диапазона увеличивает разборчивость сигнала.

Микрофоны с менее длинным стволом, порядка 25 см, могут также применяться для работы внутри помещений. Но в этом случае, мы сталкиваемся со знакомой проблемой направленных микрофонов -эффектом близости.

К счастью, его конструкция предусматривает устранение этого эффекта благодаря длине самой трубки, а его остаточное влияние убирается низкочастотными компенсаторами. Некоторые микрофоны продаются в виде наборов, которые, в зависимости от обстоятельств, позволяют применять одну капсулу (как электростатический кардиоид) или вместе с интерферентной трубкой.
При улавливании очень слабых сигналов параболические отражатели имеют одно очень значительное преимущество: их направленные свойства основаны на акустическом усилении звука (в пределах 20 дБ) перед его попаданием на микрофон. Это обеспечивает намного лучшее отношение сигнала к шуму, чем в случае обычного микрофона с аналогичной капсулой, использующего для работы фазовое подавление. Поэтому рефлектор широко используется, например, при записи пения птиц, а также в тех случаях, где его громоздкие размеры и слабая низкочастотная
восприимчивость не являются принципиально существенными. Для высоких частот звук может быть буквально сконцентрирован в одну точку или при небольших отклонениях от оси, быть слегка не в фокусе, что позволяет несколько расширить лепесток диаграммы направленности; последний режим применяется более часто. Преимущество рефлекторных систем над линейными заключаются в том, что они одинаково ровно работают как внутри помещения, так и на открытом воздухе. При испытании в помещениях с высоким уровнем реверберации (подземный гараж) рефлекторные микрофоны, при расстоянии в два раза большем до источника звука, показали лучшие результаты восприимчивости, чем сразу две линейные системы.