мікрафон

Матэрыял з Вікіпедыі - вольнай энцыклапедыі
Перайсці да навігацыі перайсці да пошуку
Microphone studio.jpg

Мікрафон (ад грэч. Μικρός - маленькі, φωνη - голас) - электраакустычны прыбор, пераўтваральны акустычныя ваганні ў электрычны сігнал .

гісторыя

У тэлефонным апараце Бэла мікрафон, як асобны вузел, адсутнічаў, яго функцыю выконваў электрамагнітны капсуль , які сумяшчае ў сабе функцыі мікрафона і тэлефоннага капсуля. Першай прыладай, выкарыстоўвальным толькі ў якасці мікрафона стаў вугальны мікрафон Эдысана , аб вынаходстве якога таксама незалежна заяўлялі Генрых Махальский ў 1878 годзе і Павел Галубіцкі ў 1883 годзе . Дзеянне яго грунтуецца на змене супраціву паміж зернямі вугальнага парашка пры змене ціску на іх сукупнасць.

Конденсаторный мікрафон быў вынайдзены інжынерам Bell Labs Эдуардам вентылі (Edward Christopher Wente) у 1916 годзе . У ім гук ўздзейнічае на тонкую металічную мембрану, змяняючы адлегласць паміж мембранай і металічным корпусам. Тым самым ўтвараецца мембранай і корпусам кандэнсатар змяняе ёмістасць. Калі падвесці да пласцін пастаяннае напружанне, змена ёмістасці выкліча ток праз кандэнсатар, тым самым утвараючы электрычны сігнал ў вонкавым ланцугу.

Больш масавымі сталі дынамічныя мікрафоны , адрозныя ад вугальных значна лепшай лінейнасцю характарыстык і добрымі частотнымі ўласцівасцямі, а ад кандэнсатарныя - больш прымальнымі электрычнымі ўласцівасцямі. Першым дынамічным мікрафонам стаў стварыў ў 1924 годзе нямецкімі навукоўцамі Эрлах (Gerwin Erlach) і Шоттки электрадынамічны мікрафон істужачнага тыпу . Яны размясцілі ў магнітным полі гафраваную стужачку з вельмі тонкай (каля 2 мкм) алюмініевай фальгі. Такія мікрафоны дагэтуль ужываюцца ў студыйнай гуказапісу дзякуючы надзвычай шырокім частотным характарыстыках, аднак іх адчувальнасць невялікая, выходны супраціў вельмі мала (долі ома), што значна ўскладняе праектаванне узмацняльнікаў. Акрамя таго, дастатковая адчувальнасць дасягальная толькі пры значнай плошчы стужачкі (а значыць, і памерах магніта), у выніку такія мікрафоны маюць вялікія памеры і масу ў параўнанні з усімі астатнімі тыпамі.

П'езаэлектрычны мікрафон , сканструяваны савецкімі навукоўцамі С. Н. Ржевкиным і А. І. Якаўлевым у 1925 годзе , мае ў якасці датчыка гукавога ціску пласцінку з рэчыва, які валодае п'езаэлектрычнымі ўласцівасцямі. Праца ў якасці датчыка ціску дазволіла стварыць першыя гідрафоны і запісаць сверхнизкочастотные гукі, характэрныя для марскіх насельнікаў.

У 1931 году амерыканскія інжынеры вентылі і Тёрэс (Albert L. Thuras) вынайшлі дынамічны мікрафон з шпулькай , прылепленай да тонкай мембране з полістыролу або фальгі. У адрозненне ад істужачнага, ён меў істотна больш высокае выходны супраціў (дзясяткі ым і сотні кіло), мог быць выраблены ў меншых памерах і з'яўляецца зварачальным. Удасканаленне характарыстык менавіта гэтых мікрафонаў, у спалучэнні з удасканаленнем гукаўзмацняльнай і гуказапісвальнай апаратуры, дазволіла развіцца індустрыі гукапісу не толькі ў студыйных умовах. Стварэнне малых па памеры (нават нягледзячы на ​​масу пастаяннага магніта, неабходнага для працы мікрафона), а таксама надзвычай адчувальных і вузканакіраваных дынамічных мікрафонаў у заўважнай ступені змяніла ўяўленне аб прыватнасці і спарадзіла шэраг змяненняў у заканадаўстве (у прыватнасці, пра ўжыванне падслухоўваюць прылад).

Тады ж распрацаваныя электрамагнітныя мікрафоны, у адрозненне ад электрадынамічных, маюць замацаваны на мембране пастаянны магніт і нерухомую катушку. Дзякуючы адсутнасці цвёрдых патрабаванняў да масе шпулькі (характэрным для дынамічных мікрафонаў) такія мікрафоны рабіліся высокоомный, а таксама часам мелі многоотводные шпулькі, што рабіла іх больш універсальнымі. Такія мікрафоны, нароўні з п'езаэлектрычнымі, дазволілі стварыць эфектыўныя слыхавыя апараты, а таксама ларингофоны .

Электретный мікрафон , які стварыў японскім навукоўцам Ёгути ў пачатку 1920-х гадоў, па прынцыпе дзеяння і канструкцыі блізкі да кандэнсатарнай, аднак у якасці нерухомай абкладкі кандэнсатара і крыніцы пастаяннага напружання выступае пласціна з электрета . Доўгі час такія мікрафоны былі адносна дарогі, а іх вельмі высокае выходны супраціў (як і кандэнсатарныя, адзінкі Меган і вышэй) прымушала ўжываць выключна лямпавыя схемы. Стварэнне палявых транзістараў прывяло да з'яўлення надзвычай эфектыўных, мініяцюрных і лёгкіх электретных мікрафонаў, сумешчаных з сабраным у тым жа корпусе предусилителем на палявым транзістары.

прылада мікрафона

Прынцып дзеяння мікрафона з рухомай шпулькай
Капсуль мікрафона Актава МК-319

Прынцып працы мікрафона заключаецца ў тым, што ціск гукавых ваганняў паветра, вады ці цвёрдага рэчыва дзейнічае на тонкую мембрану мікрафона. У сваю чаргу, ваганні мембраны ўзбуджаюць электрычныя ваганні; у залежнасці ад тыпу мікрафона для гэтага выкарыстоўваюцца з'ява электрамагнітнай індукцыі, змена ёмістасці кандэнсатараў або п'езаэлектрычны эфект .

Ўласцівасці акустыка-механічнай сістэмы моцна залежаць ад таго, уздзейнічае ці гукавое ціск на адзін бок дыяфрагмы (мікрафон ціску) або на абодва бакі, а ў другім выпадку ад таго, сіметрычна Ці гэта ўздзеянне (мікрафон градыенту ціску) або на адну з бакоў дыяфрагмы дзейнічаюць ваганні, непасрэдна ўзбуджаюць яе, а на другую - якія прайшлі праз якое-небудзь механічнае або акустычнае супраціў або сістэму затрымкі часу (асіметрычны мікрафон градыенту ціску).

Вялікі ўплыў на характарыстыкі мікрафона аказвае яго механоэлектрическая частку.

класіфікацыя мікрафонаў

Тыпы мікрафонаў па прынцыпе дзеяння

Параўнальныя характарыстыкі асноўных тыпаў мікрафонаў (састарэлыя дадзеныя з « БСЭ » 1967 г.):

тып мікрафона Дыяпазон ўспрыманых частот, Гц Нераўнамернасць частотнай характарыстыкі, дб Восевая адчувальнасць на частаце за 1 000 Гц, ЬІ / Па
вугальны 300-3400 20 1000
Электрадынамічны катушечный тыпу 100-10 000 (1 класа)

30-15 000 (вышэйшага класа)

12 0,5

~ 1,0

Электрадынамічны істужачнага тыпу 50-10 000 (1 класа)

70-15 000 (вышэйшага класа)

10 1

1,5

конденсаторный 30-15 000 5 5
п'езаэлектрычны 100-5000 15 50
электрамагнітны 300-5000 20 5

Функцыянальныя віды мікрафонаў

характарыстыкі мікрафонаў

Ўмоўнае графічнае абазначэнне мікрафона на схемах

Мікрафоны любога тыпу ацэньваюцца наступнымі характарыстыкамі :

  1. адчувальнасць ;
  2. Частотная характарыстыка адчувальнасці;
  3. акустычная характарыстыка мікрафона [ Праясніць ] [ Крыніца? 227 дзён ];
  4. характарыстыка накіраванасці;
  5. ўзровень уласных шумоў мікрафона.

адчувальнасць

Адчувальнасць мікрафона вызначаецца стаўленнем напружання на выхадзе мікрафона да гукавога ціску Р 0, як правіла, у вольным гукавым поле [1] , гэта значыць пры адсутнасці ўплыву адлюстроўваюць паверхняў [2] . Пры распаўсюдзе сінусоіднай гукавой хвалі ў кірунку рабочай восі мікрафона гэты кірунак завецца восевай адчувальнасцю:

M 0 = U/P 0 (мВ/Па).

Рабочай воссю мікрафона з'яўляецца кірунак яго пераважнага выкарыстання і звычайна супадае з воссю сіметрыі мікрафона. Калі канструкцыя мікрафона не мае восі сіметрыі, то кірунак працоўнай восі паказваецца ў тэхнічных умовах. Адчувальнасць сучасных мікрафонаў складае ад 1-2 (дынамічныя мікрафоны) да 10-15 (кандэнсатарныя мікрафоны) ЬІ / Па. Чым больш гэтае значэнне, тым вышэй адчувальнасць мікрафона.

Такім чынам, мікрафон з адчувальнасцю -75 дб менш адчувальны, чым -54 дб, а з пазначэньнем 2 мв / Па меней адчувальны, чым 20 мв / Па. Для арыентоўкі: -54 дб гэта тое ж, што і 2,0 мв / Па. Таксама трэба ўлічыць, што калі ў мікрафона менш адчувальнасць, гэта зусім не азначае, што ён горш.

Частотная характарыстыка адчувальнасці

ЧХЧ мікрафонаў Актава МК-319 і Shure SM58

Частотная характарыстыка адчувальнасьці (ЧХЧ) - гэта залежнасць восевай адчувальнасці мікрафона ад частоты гукавых ваганняў ў свабодным полі. Нераўнамернасць ЧХЧ, як правіла, вымераюць у дэцыбелах як дваццаць лагарыфмаў (па падставе 10) адносіны адчувальнасці мікрафона на пэўнай частаце да адчувальнасці на апорнай частаце (у асноўным 1 кГц).

акустычная характарыстыка

Ўплыў гукавога поля мікрафона ацэньваецца акустычнай характарыстыкай, якая вызначаецца стаўленнем сілы, якая дзейнічае на дыяфрагму мікрафона, і гукавым ціскам ў вольным гукавым поле: A = F / P, а таму, што адчувальнасць мікрафона M = U / P можна прадставіць як U / P = U / F • F / P і выказаць праз А. Тады атрымаем: M = A • U / F. Стаўленне напружання на выхадзе мікрафона да сілы, якая дзейнічае на дыяфрагму U / F, характарызуе мікрафон як электрамеханічны пераўтваральнік. Акустычная характарыстыка вызначае характарыстыку накіраванасці мікрафона. Па выглядзе акустычнай характарыстыкі, а, такім чынам, і характарыстыкі накіраванасці, адрозніваюць тры тыпу мікрафонаў як прымачоў гуку: прымачы ціску; градыенту ціску; камбінаваныя.

характарыстыка накіраванасці

Накіраванасць мікрафонаў. Прадстаўленне ў палярных каардынатах
прымачы ціску
Polar pattern omnidirectional.png ненаправленную
прымачы градыенту ціску
Polar pattern figure eight.png двунаправленный
«Васьмёркі»
камбінаваныя
Polar pattern cardioid.png Кардиоида
Polar pattern hypercardioid.png Гиперкардиоида

Характарыстыкай накіраванасці называюць залежнасць адчувальнасці мікрафона ад кірунку падзення гукавой хвалі ў адносінах да восі мікрафона. Яна вызначаецца стаўленнем адчувальнасці Мα пры падзенні гукавой хвалі пад вуглом α адносна акустычнай восі мікрафона да яго восевай адчувальнасці:

φ = M α / M 0

Накіраванасць мікрафона азначае яго магчымае размяшчэнне адносна крыніц гуку. Калі адчувальнасць не залежыць ад кута падзення гукавой хвалі, гэта значыць φ = 1, то мікрафон называюць ненаправленным, і крыніцы гуку могуць размяшчацца вакол яго. А калі адчувальнасць залежыць ад кута, то крыніцы гуку павінны размяшчацца ў прасторавым вугле, у межах якога адчувальнасць мікрафона мала адрозніваецца ад восевай адчувальнасці.

ненаправленную мікрафоны

У ненаправленную мікрафон - прыёмнік ціску - сіла, якая дзейнічае на дыяфрагму, вызначаецца гукавым ціскам у паверхні дыяфрагмы. Гукавое поле можа дзейнічаць толькі на адзін бок дыяфрагмы. Другі бок канструктыўна абаронена. Калі памеры мікрафона малыя ў параўнанні з даўжынёй гукавой хвалі, то мікрафон не змяняе гукавога поля. Калі памеры сувымерныя з даўжынёй хвалі, тады за кошт дыфракцыі гукавых хваляў мікрафон набывае накіраванасць. На частотах ад 5000 Гц і ніжэй такія мікрафоны з'яўляюцца ненаправленную. Перавагай ненаправленную мікрафонаў з'яўляецца прастата канструкцыі, разліку капсуля і стабільнасці характарыстык з цягам часу. Ненаправленную капсулі часта выкарыстоўваюць у складзе вымяральных мікрафонаў, у побыце могуць быць выкарыстаны для запісу размовы людзей, якія сядзяць за круглым сталом.

Мікрафоны двухбаковага напрамкі

У мікрафон - прыёмнік градыенту ціску - сіла, якая дзейнічае на рухаецца сістэму мікрафона, вызначаецца рознасцю гукавых ціскаў на двух баках дыяфрагмы. Гэта значыць гукавое поле дзейнічае на два бакі дыяфрагмы. Характарыстыка накіраванасці мае выгляд васьмёркі.

Двухбаковыя мікрафоны зручныя, напрыклад, для запісу размовы двух суразмоўцаў, якія сядзяць адзін насупраць другога. Таксама іх прымяненне зручна ў студыях гуказапісу пры запісу голасу з адначасовай гульнёй на інструментах - так як яны добра адсякаюць гукі, якія прыходзяць несоосной з асноўным, а таксама пры некаторых спосабах запісу стэрэагуку (тэхналогія Блюмлейна ).

Мікрафоны аднабаковага напрамкі

Аднабаковая накіраванасць дасягаецца у мікрафон камбінаванага тыпу. Іх дыяграмы накіраванасці блізкія па форме да кардиоиде , таму нярэдка іх называюць кардиоидными. Мадыфікацыі мікрафонаў, якія маюць яшчэ меншую накіраванасць, чым кардиоидные, называюць суперкардиоидными і гиперкардиоидными, аднак гэтыя разнавіднасці, у адрозненне ад кардиоидного мікрафона, таксама адчувальныя да сігналаў з процілеглага боку.

Гэтыя мікрафоны маюць вызначаныя перавагі ў эксплуатацыі: крыніца гуку размяшчаецца з аднаго боку мікрафона ў межах досыць шырокага прасторавага кута, а гукі, якія распаўсюджваюцца за яго межамі, мікрафон не ўспрымае.

ўзровень шумоў

Эквівалентны ўзровень шуму (equivalent noise). У адпаведнасці з міжнароднымі стандартамі уласны ўзровень шуму мікрафона вызначаецца як узровень гукавога ціску, які стварае напружанне на выхадзе мікрафона, роўнае напрузе, які ўзнікае ў ім толькі за кошт уласных шумоў пры адсутнасці гукавога сігналу. Ён можа быць разлічаны па формуле

L = 20lg U ш / Sρ0,

дзе:

U ш - квадратны корань з рознасці квадратаў значэнняў напружання на выхадзе выпрабавальнага стэнда па ДАСТ 16123-88 (IEC 60268-4), вымеранае пры падлучаным мікрафоне і пры замене яго на рэзістар - эквівалент модуля супраціву падыспытнага мікрафона,

S - адчувальнасць мікрафона на частаце 1000 Гц, ρ0 = 2 × 10 -5 Па.

Спосабы вымярэння гэтага параметру некалькі адрозніваюцца ў розных стандартах, таму звычайна ў сучасных каталогах прыводзяцца два значэння эквівалентнага ўзроўню шумоў: па стандарту DIN 45 412 (IEC 60268-1) і па стандарту DIN 45 405 (CCIR 4683.). У першым выпадку пры вымярэннях выкарыстоўваецца узважваюць стандартная крывая А. У другім выпадку выкарыстоўваецца іншая форма узважваюць крывой (психометрическая крывая 468) і адрозненні ў методыцы, больш прыдатнай для вымяральных мікрафонаў.

Гукавыя мікрафоны фільтры

Для мікрафонаў існуюць розныя тыпы гукавых фільтраў: накладкі з паліурэтана,поп-фільтры , звукозаглушающие боксы і капсулі (рашоткі).

тыпы падлучэння

Правадныя мікрафоны з неразъёмным кабелем. Для каляровай маркіроўкі пераматаць ізастужкай

Большасць мікрафонаў падключаецца да гукавога абсталявання з дапамогай провада. Правадное злучэнне мікрафона да гукавога абсталявання можа быць неразъёмным або разъёмным. Разъёмное злучэнне ўжываюць часцей за ўсё. Доўгія гады падчас выступу на сцэне, канферэнцыях і да таго падобным ўжываліся менавіта правадныя мікрафоны, так як яны непатрабавальныя і простыя ў эксплуатацыі. Прафесійныя мікрафоны маюць трёхпроводное балансны падлучэнне (раздымы XLR ) для зніжэння навядзенняў і перашкод. Для працы кандэнсатарныя мікрафонаў гукавое абсталяванне павінна мець рэжым фантомнага сілкавання .

Таксама існуюць больш складаныя прылады - радиомикрофоны (бесправадныя мікрафоны, радыёсістэмы), - якія складаюць канкурэнцыю правадных мікрафонаў, хоць і не выцясняюць іх зусім (яны таксама прымяняюцца для выступу на сцэне, на канферэнцыях). Усярэдзіне такога мікрафона знаходзіцца радыёперадавальнік , які перадае па радыё гукі на размешчаны паблізу радыёпрымач ( рэсівер ) праз ўнутраную антэну (у некаторых бесправадных мікрафонаў таксама сустракаецца знешняя антэна; у прымача абавязкова маецца знешняя антэна). Рабочая частота приёмника 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 провода, 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 назначения. 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 ) [ Крыніца? 2315 дзён ].

Радиомикрофон з адмысловым радыёпрымачом

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] .

Гл. Таксама

нататкі

  1. «Под номинальной чувствительностью подразумевается чувствительность по свободному звуковому полю, устанавливаемая техническими условиями».
    ГОСТ Р 53566-2009 Микрофоны. Общие технические условия. Федеральное агентство по техническому регулированию и метрологии (1 декабря 2010). — (действующий стандарт) . Дата обращения: 24 февраля 2012. Архивировано 23 июня 2012 года.
  2. «Свободное поле: область звукового поля, в котором влияние отражающих поверхностей пренебрежимо мало».
    ГОСТ Р 53576-2009 Микрофоны. Методы измерения электроакустических параметров. Федеральное агентство по техническому регулированию и метрологии (1 декабря 2010). — (действующий стандарт) . Дата обращения: 24 февраля 2012. Архивировано 23 июня 2012 года.
  3. Кристофер Мэйнард и др. — Энциклопедия юного учёного. Космос. 2000, изд. «Росмэн» ISBN 5-8451-0106-9
  4. Цветные кольца идентификации для радиосистем

літаратура

  • Микрофон // Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона : в 86 т. (82 т. и 4 доп.). - СПб. , 1890-1907.
  • Микрофон // Фотокинотехника: Энциклопедия / Гл. рэд. Е. А. Иофис . — М. : Советская энциклопедия , 1981. — 447 с.
  • Сапожков М. А. Электроакустика. Падручнік для ВНУ. — 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. - за 16 000 экз.

спасылкі