АУДИОИСКУССТВА ТЕХНОЛОГИИ И ОБОРУДОВАНИЕ. МИКРОФОНЫ

Микрофон (от греческого μικρός - маленький, φωνη - звук) - электроакустический прибор, преобразовывающий звуковые колебания в колебания электрического тока, устройство ввода. Служит первичным звеном в цепочке звукозаписывающего тракта или звукоусиления.

В. Карп.

Технологии и оборудование аудиоискусства. Микрофоны.


Микрофоном называется устройство для преобразования акустических колебаний воздушной среды в электрические сигналы.

Микрофон является первым и одним из наиболее важных звеньев любого электроакустического тракта. Существуют различные типы микрофонов, которые находят широкое применение в системах радиовещания, телевидения, телефонии, озвучения, звукоусиления и записи звука.

Любой микрофон состоит из двух систем: акустико-механической и механоэлектрической.

Свойства акустико-механической системы в значительной степени зависят от того, воздействует ли звуковое давление на одну сторону диафрагмы (микрофон давления) или на обе стороны. А так же от того, симметрично ли это воздействие или на одну из сторон диафрагмы действуют колебания, непосредственно возбуждающие ее, а на вторую — прошедшие через какое-либо механическое или акустическое сопротивление или систему задержки времени. Значительное влияние на характеристики микрофона оказывает и его механоэлектрическая система.

Угольный микрофон. Исторически первым получил распространение угольный микрофон, который и до нашего времени используют в телефонии. Действие его основывается на изменении сопротивления между зернами угольного порошка при изменении давления на их совокупность.

Угольный микрофон работает следующим образом. При воздействии звукового давления на его диафрагму она начинает колебаться. В такт этим колебаниям изменяется и сила сжатия зерен угольного порошка, в связи с чем, изменяется сопротивление между электродами, а при постоянном электрическом напряжении изменяется и ток идущий через микрофон. Если, скажем, подключить микрофон к первичной обмотке трансформатора, то на зажимах его вторичной обмотки будет возникать переменное напряжение, форма кривой которого будет отображать форму кривой звукового давления, воздействующего на диафрагму микрофона.

Основное преимущество угольного микрофона — высокая чувствительность, позволяющая использовать его без усилителей. Его недостатки — нестабильность работы и шум из-за того, что полезный электрический сигнал вырабатывается при разрыве и восстановлении контактов между отдельными зернами порошка, большая неравномерность частотной характеристики и значительные нелинейные искажения.

Электромагнитный микрофон. После угольного микрофона на свет появился электромагнитный микрофон, который работает следующим образом. Перед полюсами (полюсными наконечниками) магнита располагают ферромагнитную диафрагму или скрепленный с ней якорь. При колебаниях диафрагмы под воздействием на нее звукового давления меняется магнитное сопротивление системы, а значит, и магнитный поток через витки обмотки, намотанной на магнитопровод этой системы. Благодаря этому на зажимах обмотки возникает переменное напряжение звуковой частоты, являющееся выходным сигналом микрофона.

Электромагнитный микрофон стабилен в работе. Однако ему свойственны такие недостатки как узкий частотный диапазон, большая неравномерность частотной характеристики и значительные нелинейные искажения.

Электродинамический микрофон. В противоположность электромагнитному микрофону чрезвычайно широкое распространение для целей озвучивания и звукоусиления получил электродинамический микрофон в двух модификациях — катушечной и ленточной.

Принцип действия электродинамического катушечного микрофона состоит в следующем: в кольцевом зазоре магнитной системы, имеющей постоянный магнит, находится подвижная катушка, скрепленная с диафрагмой. При воздействии на последнюю звукового давления, она вместе с подвижной катушкой начинает колебаться. В силу этого в витках катушки, перерезывающих магнитные силовые линии, возникает напряжение, являющееся выходным сигналом микрофона.

Такой микрофон стабилен, имеет довольно широкий частотный диапазон и сравнительно небольшую неравномерность частотной характеристики.

Устройство ленточного электродинамического микрофона несколько отличается от устройства катушечной модификации. Здесь магнитная система микрофона состоит из постоянного магнита  и полюсных наконечников, между которыми натянута легкая (обычно алюминиевая) тонкая (порядка 2 мкм) ленточка. При воздействии на обе ее стороны звукового давления возникает сила, под действием которой ленточка начинает колебаться, пересекая при этом магнитные силовые линии, вследствие чего на ее концах развивается напряжение. Поскольку сопротивление ленточки очень мало, то для уменьшения падения напряжения на соединительных проводниках, напряжение, развиваемое на концах ленточки, подается на первичную обмотку повышающего трансформатора, размещенного непосредственно вблизи ленточки. Напряжение на зажимах вторичной обмотки трансформатора является выходным напряжением микрофона.

Частотный диапазон этого микрофона довольно широк, а неравномерность частотной характеристики сравнительно невелика.

Конденсаторный микрофон. В электроакустических трактах высокого качества наибольшее распространение имеет конденсаторный микрофон.

Основным элементом такого микрофона является жестко натянутая мембрана, которая под воздействием звукового давления может колебаться относительно неподвижного электрода и является вместе с ним обкладками электрического конденсатора. Этот конденсатор включается в электрическую цепь последовательно с источником постоянного тока  и активным нагрузочным сопротивлением. При колебаниях мембраны емкость конденсатора меняется с частотой воздействующего на мембрану звукового давления, в связи, с чем в электрической цепи появляется переменный ток той же частоты и на нагрузочном сопротивлении возникает падение напряжения, являющееся выходным сигналом микрофона. Нагрузочное сопротивление должно быть большим, чтобы падение напряжения на нем не уменьшалось сильно на низких частотах, где емкостное сопротивление конденсатора очень велико и эксплуатация такого микрофона была бы невозможна из-за сравнительно небольшого сопротивления микрофонных линий и нагрузки. По этой причине почти у всех современных конденсаторных микрофонов предусмотрены конструктивно связанные с самим микрофоном усилители, имеющие малый коэффициент усиления (порядка единицы), высокое входное и низкое выходное сопротивления.

Конденсаторные микрофоны имеют самые высокие качественные показатели: широкий частотный диапазон, малую неравномерность частотной характеристики, низкие нелинейные и переходные искажения, высокую чувствительность и низкий уровень шумов.

Электретный микрофон. Это по существу, те же конденсаторные микрофоны, но постоянное напряжение для них обеспечивается не обычным источником, а электрическим зарядом мембраны или неподвижного электрода, материалы которых отличаются тем, что способны сохранять этот заряд длительное время.

Пьезоэлектрический микрофон. Действие таких микрофонов основано на том, что звуковое давление воздействует непосредственно или через диафрагму и скрепленный с ней стержень на пьезоэлектрический элемент. При деформации последнего на его обкладках вследствие пьезоэлектрического эффекта возникает напряжение, являющееся выходным сигналом микрофона.

Транзисторный микрофон. Действие транзисторных микрофонов  основывается на том, что под действием звукового давления на диафрагму и скрепленное с ней острие, являющееся одновременно эмиттером полупроводникового триода, изменяется сопротивление эмиттерного перехода через него.

Хотя транзисторные микрофоны с диафрагмой достаточно чувствительны, но они недостаточно стабильны и их частотные характеристики даже в сравнительно узком диапазоне частот неравномерны.

Стереофонический микрофон. Стереофонический микрофон представляет собой систему из двух микрофонов, конструктивно размещенных в общем корпусе на одной оси друг над другом.

Радиомикрофон. Радиомикрофон представляет собой систему, состоящую из микрофона, переносного малогабаритного передатчика и стационарного приемника. Основой такого микрофона чаще всего являются динамический катушечный или электретный микрофон. Передатчик либо совмещают в одном корпусе с микрофоном, либо выполняют карманного типа. Он излучает энергию радиочастот в УКВ диапазоне на одной из фиксированных частот.

Вследствие влияния дополнительных преобразований в системе «передатчик — эфир — приемник» качественные параметры радиомикрофона уступают параметрам обычного микрофона.

Ларингофон. Для приема речи в условиях окружающего шума применяют ларингофоны. Эти приборы воспринимают механические колебания гортани, возникающие при речеобразовании. Для этого ларингофоны  (обычно пара) прижимаются к шее в области гортани. По принципу преобразования сигнала ранее применялись угольные ларингофоны, а в настоящее время — электромагнитные. Отличие их от соответствующих микрофонов в том, что в них нет диафрагм, на которые воздействует звуковое давление, а подвижный элемент вследствие инерции перемещается относительно корпуса колеблющегося в такт с колебанием гортани, к которой он прилегает.

Классификация и основные параметры микрофонов.

Микрофоны в зависимости от назначения делятся на профессиональные и бытовые. Первые из них используют при профессиональной звукозаписи, в радиовещании, телевидении, системах звукоусиления, для акустических измерений и т.д. Бытовые микрофоны используют при домашней звукозаписи.

По способу преобразования колебаний микрофоны делятся: на электродинамические (ленточные и катушечные), электростатические (конденсаторные и электретные), электромагнитные, угольные и т.д.

По диапазону воспринимаемых частот — на узкополосные (речевые) и широкополосные (музыкальные).

По направленности — на ненаправленные (круговые), двусторонненаправленные (восьмеричные или косинусоидальные), односторонненаправленные (кардиоидные, суперкардиоидные, гиперкардиоидные) и остронаправленные.

По помехозащищенности — на шумозащищенные и обычного исполнения.

По электроакустическим параметрам микрофоны разделяют на четыре группы сложности: нулевую (высшую), первую, вторую и третью. Микрофоны нулевой, первой и второй групп сложности предназначены для звукопередачи, звукозаписи и звукоусиления музыки и речи, микрофоны третьей группы сложности — только для речи.

Кроме того, по некоторым параметрам микрофоны подразделяются на устройства высшей и первой категории качества.

Основные параметры микрофонов: номинальный диапазон частот, модуль полного электрического сопротивления, чувствительность, типовая частотная характеристика чувствительности, характеристика направленности.

Номинальный диапазон частот — это диапазон частот, в котором микрофон воспринимает акустические колебания, и в котором нормируются его параметры. Для профессиональных студийных целей обычно стремятся использовать микрофоны нулевой группы сложности высшей категории качества, для которых нормируется диапазон частот от 20 до 20000 Гц. Микрофоны первой группы сложности должны иметь номинальный диапазон частот не менее 31,5 — 18000 Гц, второй группы 50 -15000 Гц, третьей группы 63 — 12500 Гц.

Модуль полного электрического сопротивления (называемого также выходным или внутренним) нормируется на частоте 1 кГц. Сопротивление может быть комплексным или активным. Если оно комплексное и, следовательно, зависимое от частоты, то приводят или модуль на частоте 1 кГц, или среднее значение по диапазону частот.

Чувствительность микрофона — это отношение напряжения на выходе микрофона к воздействующему на него звуковому давлению.

Неравномерность частотной характеристики определяется как разность между максимальным и минимальным уровнями чувствительности микрофона в номинальном диапазоне частот и выражается в децибелах.

Характеристика направленности — зависимость чувствительности микрофона в свободном поле на определенной частоте от угла между рабочей осью микрофона и направлением на источник звука.

 

При перепечатке данной статьи или ее цитировании ссылка на первоисточник обязательна: Копирайт © 2010 Вячеслав Карп — Зеркало сцены.

Print Friendly

Коментарии (0)

› Комментов пока нет.

Добавить комментарий

Pingbacks (0)

› No pingbacks yet.