Принцип работы микрофона

Немного теории

На слышимость разговора влияет достаточно много факторов и, главным образом, атмосферные:

• ветер;
• шум дождя, листвы;
• положение подслушиваемых собеседников — стоят ли они лицом друг к другу или расположены параллельно;
• громкость самого разговора.

Установлено, что громкость обычного  разговора в 60 децибел, пройдя дистанцию в 100м, ослабляется в среднем на  40дБ. Чтобы услышать о чем говорят, и были придуманы направленные микрофоны с высокой пороговой чувствительностью.

Существует 4 вида таких устройств:

1. Параболические, самые известные, где звук улавливается антенной в виде параболы диаметром от 20 до 50 см и фокусируется в ее центре, где улавливается стоящим там микрофоном. Чем больше антенна, тем выше чувствительность такого прибора. При всей простоте конструкции, у нее есть и недостатки. Она слишком громоздка и заметна и имеет плохую избирательность.

2. Микрофоны, использующие принцип бегущей волны или трубчатые состоят из трубки диаметром до 30 мм, в которой по всей длине вкруговую прорезаны щели. Звуковые волны, попадая в щели, потом суммируются микрофоном. Чем длиннее трубка, а длина ее может доходить и до метра, тем выше избирательность и чувствительность. Иногда их монтируют в зонт или трость.

3. Фазированная решётка представляет собой пластину, в определенных местах которой вмонтированы иногда до десятка микрофонов. Или звуководы, сигналы которых складываются в акустическом сумматоре. Приборы такого типа компактны и могут располагаться под одеждой или быть замаскированы под кейс. Недостаток — не может улавливать звук с больших расстояний.

4. Градиентные, представленные в продаже аппаратами первого порядка. Профессиональные, скрытные, миниатюрные. Состоят из двух стоящих рядом микрофонов. Звуковой сигнал не суммируется, а вычитается по направлению прихода сигнала. Системы более высоких порядков не продаются.

   Есть еще и такая редкая разновидность как органные или резонансные микрофоны. Конструкция представляет собой до десятка трубок различной длины и диаметра. Каждая из них улавливает звук в своем диапазоне, а затем он суммируется. Но это громоздкая и низко эффективная технология, которая не сильно популярна.

Какого бы типа не был прибор, сигнал от микрофона приходит на усилитель, а оттуда на наушники или записывающее устройство.

Преимущества и недостатки

Достоинства:

• отсутствие соединительных проводов;
• универсальность – можно подключать устройство через кабель;
• радиус действия около 10 м – петь можно не только в помещении, но и на улице;
• питание от аккумуляторов обеспечивает до 8 часов работы (зависит от уровня громкости и модели);
• доступная цена.

Недостатки:

• в бюджетных моделях нет встроенных динамиков;
• в зависимости от типа устройства расход батареек может быть разным – возникает необходимость иметь запасной комплект;
• не все имеют прямое подключение к записывающему устройству – некоторым требуется микшер;
• беспроводные устройства, работающие в диапазоне УВЧ (300 – 3000 МГц) имеют меньший радиус действия сигнала, поэтому лучше использовать технику с диапазоном ОВЧ (30 – 300 МГц).

Дополнительные функции

На сегодняшний день имеется множество моделей микрофонов, которые совмещают в себе несколько видов направленностей и дают возможность пользоваться каким-либо из них, по мере потребности, просто переключая положение.

Почти на всех современных микрофонах есть функция, предоставляющая возможность уменьшить уровень выходного сигнала (Pad/Trim). Как правило, на 6/12/18 db (помните, что увеличить/уменьшить на 6.02 db означает в два раза). Это весьма полезная функция в случаях работы с источниками звука с высоким звуковым давлением. Однако если звуковое давление превышает максимально возможную амплитуду движения мембраны микрофона, то эта уже не поможет, так как искажение сигнала будет иметь механическую природу.

Кроме этого имеются также встроенные фильтры для обрезания низких частот (40,60,80 Hz). Очень применимо при работе в гулких помещениях и особенно в случаях с прямым эфиром, когда “потом обрежем” не работает. На некоторых моделях можно даже выбирать крутизну среза, у других же она постоянна и определена производителем (так что стоит почитать техническую документацию)

Как правильно выбрать микрофон

При покупке устройства учитывают следующие критерии:

1. Назначение и направленность. Эти характеристики влияют на способ регистрации акустического сигнала с окружающего пространства. С учетом направленности выделяют такие виды: одно-, дву- и всенаправленные, а также полусферические.
2. Чувствительность. При записи вокала многие люди не соблюдают правильную дистанцию между микрофоном и постоянно отодвигаются от него. Чтобы сократить потери громкости, производители делают свои устройства чувствительными к подобным колебаниям.
3. Частотный диапазон. Свойство определяет, какие источники звука будут записываться с помощью устройства. Одни приборы фиксируют высокие частоты, другие – исключительно низкие.
4. Источник питания. Большинство устройств функционируют от фантомного питания +48В. Бюджетные модели используют энергию аудиокарты, а дорогие снабжаются автономным источником энергии.
5. Уровень шума. Дешевые модели улавливают много шума. Зарубежные производители указывают эту характеристику маркировкой Noise Floor.

Устройство и принцип работы

Под устройством и принципом работы понимают совокупность процессов и логические взаимосвязи ведущие в итоге к желаемому результату, в данном случае переменный ток, форма волны которого аналогична форме акустической волны. Отсюда, кстати, и берет свое начало всем хорошо знакомое понятие аналоговый звук.

Абсолютное большинство микрофонов, приеняемых сегодня в аудиоиндустрии относятся к одной из двух, получивших наиболее широкое распространение, технологий — динамические и конденсаторные.

1.1. Динамические микрофоны

Принцип работы динамического микрофона основан на физическом законе, который гласит – движение проводника в магнитном поле создает электрический ток. Это явление называется индукцией.

Устройство

Проводник, к которому прикреплена мембрана, помещен в постоянное магнитное поле. Изменения давления воздуха, как следствие распространения звуковой волны, заставляют мембрану двигаться в соответствии с амплитудой, фазой и частотой этой самой звуковой волны. Мембрана, в свою очередь, передает это движение проводнику. Движение проводника в постоянном магнитном поле создает электрический сигнал, который в точности описывает звуковую волну, создавшую это движение. Отсюда и название – аналоговый, так как возникший сигнал является аналогом звуковой волны.

Для облегчения механизма, а значит повышения подвижности, проводник изготавливают из тонкой проволоки, которая обмотана вокруг пластикового пустотелого стержня. Это увеличивает количество проводимого материала в магнитном поле, что, в свою очередь, увеличивает индукцию и чувствительность микрофона.

У данной конструкции есть свои преимущества и недостатки:

Преимущества:

Надежность

Способность работать с высокими звуковыми давлениями

Простая конструкция и относительно низкая цена

Недостатки:

Пониженная чувствительность к высоким частотам (спад АЧХ)

Относительно медленная реакция на резкие перепады в уровне звукового давления импульсы

Вышеперечисленные характерные аспекты могут быть как достоинствами, так и недостатками. Главное о них знать, а как их применить в свою пользу дело уже за вами.

1.2. Конденсаторные микрофоны

Принцип работы конденсаторного микрофона основан на свойстве конденсатора изменять эллектрическую емкость в зависимости от расстояния между его пластинами.

Устройство

В конденсаторном микрофоне одна из пластин подвижна и является мембраной. Она выполнена из тончайшего материала, с целью сделать ее как можно более легкой. Как правило, используется пластиковая пленка, на которую наносится тонкий слой золота или никеля. Вторая же пластина неподвижна. Звуковое давление, воздействуя на мембрану, заставляет ее двигаться в направлении второй пластины, что сокращает расстояние между ними и, как следствие, вызывает изменение емкости конденсатора. Электрический ток, возникающий вследствие этого, и есть сигнал, описывающий звуковую волну. Для создания электрического поля между двумя пластинами, необходимого для работы конденсатора, могут использоваться два способа: внешний источник (батарея или фантомное питание) или же покрытие одной из пластин поляризованным материалом (такие микрофоны называют электретными). Источник питания необходим так же для обеспечения работы предусилителя, установленного практически во всех конденсаторных микрофонах по причине очень слабого сигнала – амплитуда движения диафрагмы очень ограничена, что выражается в очень незначительных изменениях в напряжении, поэтому уровень сигнала требуется увеличить, прежде чем передавать его по кабелям.

Преимущества:

Более чувствительны, особенно в области высоких частот

Способны более быстро реагировать на резкие изменения в характеристике волн

Недостатки:

Требуют дополнительного источника питания

Более требовательны в обращении

Современные микрофоны

В конце 1970-х годов конденсаторные микрофоны вернулись в массовое производство. На Тульском электроакустическом заводе их производство достигло миллиона единиц в год. Именно динамичные и конденсаторные микрофоны являются наиболее распространенными на сегодняшний день.

Модели конденсаторов многие считают лучшими: они предназначены для передачи высоких частот и известны тем, что передают высококачественный звук. Но выбор той или иной модели микрофона во многом зависит от цели его использования.

«Например, динамические микрофоны чаще всего используются для живых выступлений, в то время как конденсаторные микрофоны почти всегда используются в оборудованных студиях звукозаписи. Это связано с тем, что для живого выступления требуется яркий звук, в то время как запись должна иметь более чистый звук, без посторонних шумов», — говорит директор по дизайну компании Rostec.

Самое главное при выборе микрофона — личные предпочтения певца, его исполнительская техника, особенности голоса. Микрофон — что-то индивидуальное и каждый певец в процессе работы находит «свою» марку и модель, и редко меняет этот выбор. Например, певица Адель предпочитает динамические микрофоны немецкой марки Sennheiser. В то время как Мария Кери предпочитает конденсаторную модель Shure KSM9, от американской компании Shure. А исполнители лейбла «Черная звезда» — такие как Клава Кока, Назима, Миша Марвин — предпочитают МК-117 Октавы.

Певица Клава Кока у микрофона Октавского завода / Пресс-служба Ростец
Копия микрофона МК-117 / Пресс-служба Ростех.

Другими ведущими мировыми производителями микрофонной техники являются Neumann, Beyerdynamic, AKG, Sony, DPA и многие другие. Российскому лидеру в этой области Октаве уже давно есть чем гордиться. Известно, что в микрофоне «Октава» Юрий Гагарин сказал свое знаменитое «Поехали!». Тульские микрофоны выбирали и выбирают многие известные отечественные исполнители, в частности, Владимир Высоцкий предпочитал работать с ними.

«Октава» также пользуется спросом за рубежом. Такие звезды, как Sting, Iron Maiden, U2 и Radiohead используют тульское микрофонное оборудование в профессиональных записях. Например, студия Electrical Audio, основанная в 1997 году в Чикаго, где Nirvana, Джимми Пейдж, PJ Harvey и Robert Plant записывали свои альбомы, сейчас использует микрофоны Octava.

Микрофон MKL-5000 / Пресс-служба Ростец

В сегодняшнем ассортименте оборудования — вокальные микрофоны для профессиональной студийной записи МК-117, ламповые микрофоны МКЛ-5000 в ретро стиле, который ценится за теплый звук, компактные микрофоны МК-012, которые используются в эфире, дубляже фильмов, усиление звука в театрах и студиях звукозаписи. Опыт работы с этим микрофоном показывает, что он является одним из лучших для записи акустических музыкальных инструментов.

МК-012 Микрофон / Пресс-служба Ростека

Звук этого микрофона был по достоинству оценен, например, фронтменом Radiohead Томом Йорком. Он записал вокал для альбома OK Computer с MK-012. Кстати, альбом достиг вершины британских чартов, что стало новым достижением для группы. Новинкой 2020 года является динамический вокальный микрофон MD-305, который предназначен для передачи голоса певца без искажений даже на высоких уровнях громкости.

Микрофон может стать востребованным в музыкальных учебных заведениях и концертных залах, говорит директор по маркетингу Октавского завода Любовь Стальнова. «Нам удалось создать универсальную модель, идеально подходящую для вокальной и голосовой работы, при этом имея возможность андер-игры на самых разнообразных музыкальных инструментах», — говорит она.

Обзор лучших моделей

На рынке представлены радиомикрофоны с динамиком, профессиональные устройства, маленькие переносные приборы (или мини-микрофоны), FM-микрофоны и другие модели. Рассмотрим рейтинг лучших устройств.

Sennheiser Memory Mic

Этот микрофон относится к категории петличных. Для того чтобы устройство можно было легко и быстро закрепить на одежде, в стандартную комплектацию входит специально предназначенная для этого прищепка. Стоит иметь в виду, что портативное устройство относится к классу люкс и стоит довольно дорого, поэтому микрофон доступен не для каждого. Направленность радиомикрофона является круговой. Микрофон может работать непрерывно в течение 4-х часов.

Ritmix RWM-221

В стандартную комплектацию входит 2 радиомикрофона. Они являются динамическими и однонаправленными. Для того чтобы регулировать громкость можно было максимально быстро и просто, на приемном блоке существуют специальные рычаги. Запитываются микрофоны посредством батареек типа АА и могут безостановочно работать на протяжении 8 часов.

UF – 6 UHF

Этот микрофон является настольным. В комплекте есть специальная тренога для установки прибора. Кроме того, присутствует специальный фильтр из поролона, который предназначен для защиты от ветра. Радиус действия устройства составляет 50 метров. В конструкцию включен специальный жидкокристаллический экран.

Chuanshengzhe CS – U2

В составе модели 2 микрофона, которые между собой связаны специальным радиоканалом. Для того чтобы устройство могло полноценно функционировать, оно нуждается в 4-х батарейках типа АА. Подставка микрофона снабжена специальным регулятором громкости.

Shure SLX24/SM58

Это устройство относится к категории профессиональных радиомикрофонов. Микрофоны оснащены уникальным капсюлем. В наличии 2 антенны. Звук распространяется максимально равномерно.

Ritmix RWM-222

Эта динамическая однонаправленная система включает в себя 2 микрофона. Диапазон воспринимаемых частот составляет 66-74 МГц, 87.5-92 МГц. Время беспрерывной работы составляет около 8 часов.

Defender MIC-155

Система относится к бюджетной категории и доступна для покупки представителями всех социальных и экономических слоев населения. В связи с тем, что в стандартную комплектацию входят 2 микрофона, система используется для организации домашнего караоке. Радиус работы составляет около 30 метров.

Sven MK-720 (SV-014827)

Модель предназначена для вокала. Для запитывания необходимы батарейки типа АА. Радиус работы составляет около 15 метров. На рукоятке микрофона есть специальная кнопка для переключения режимов.

Пошаговая инструкция и этапы изготовления микрофона для компьютера

Процедуру изготовления прибора условно можно разделить на несколько этапов.

Схемы и чертежи

Перед началом работы лучше набросать чертеж будущего изделия. Это облегчит последующую сборку. Поскольку это простой вариант, специализированные программы не нужны. Схему можно сделать на бумаге.

Микшер для микрофона

Микшер представляет собой регулятор громкости и амплитудно-частотных характеристик. Простейший можно купить за 3000-4000 руб. Если нет желания тратить на него деньги, можно использовать программные микшеры (например, VoiceMeeter Banana или похожий софт). Их возможности не уступают функциональности «железных» моделей.

Стойка

Если нет желания использовать петличку, для фиксации микрофона можно сделать стойку. Самый простой вариант – изготовить аксессуар из старой настольной лампы. Для этого отсоединяют плафон и на его место приделывают металлический хомутик, диаметр которого позволяет зафиксировать корпус самодельного микрофона.

Плюс такой стойки в том, что ее положение можно менять в соответствии с потребностями владельца.

Схемы распиновки гарнитуры с микрофоном

Распиновка зависит от гарнитуры. Блоки имеют от 2 до 4 элементов, каждая часть передает свой сигнал. Например, блок соединения имеет 2 элемента, он имеет провод, который предназначен для микрофона.

Если есть 3 элемента, то есть 3 провода:

Кабель подтягивается к вилке, посередине он разделен на 2 провода, каждый из которых идет к разному наушнику. Устройство имеет 4 элемента. В такой комбинации она различается на 2 типа. Первый блок состоит из 4 проводов (это наиболее распространенный случай в телефонах, планшетах, считывателях). Каналы разделены на левый, правый, общий и микрофонный.

Все современные модификации телефонов оснащены разъемами, в которых присутствуют 4 элемента (крепление с помощью гарнитуры и микрофона).

Распиновка одинакова для этих устройств:

• «Яблоко»;
• «Samsung».
• «Леново».

Типы штекеров и область применения

Разъемы делятся в зависимости от диаметра рабочей поверхности:

1. Микро-джек 2,5 мм. Небольшие портативные устройства, такие как телефоны, плееры и т.д., оснащены им.
2. Мини-джек 3,5. Они устанавливаются в бытовую технику: компьютеры, телевизоры и т.д.. Кроме того, распиновка разъема 3,5 очень проста.
3. Большой Джек 6.35. В основном используется в профессиональном оборудовании: электрические музыкальные инструменты, мощные акустические усилители, но может быть встроено и недорогое оборудование, такое как караоке-микрофоны, металлодетекторы.

В зависимости от количества выходов (контактов) «гнезда» делятся на «разъемы»:

1. Двухконтурная (TS). Они передают несбалансированный сигнал, например, моносигнал посылается в наушники или аудиозапись производится с помощью микрофона.
2. Три шпильки (TRS). Они могут использоваться для передачи либо несбалансированного сигнала, с контактами 2 и 3, соединенными перемычкой, либо симметричного сигнала.
3. Четырехконтактная резонансная стойка (TRRS). Они могут передавать видео и аудио информацию одновременно. Четырехконтактные разъемы в основном оснащены современными телефонами, планшетами, видеоплеерами и т.д.
4. Пять позиций (TRRRS). Необычный разъем, используемый Sony в смартфоне Xperia Z для одновременной работы двух микрофонов, один из которых работает на шумоподавление. Совместимость с TRRS.

Существуют также два типа разъемов: обычные разъемы, которые предназначены для определенного типа штепсельной вилки, и разъемы с переключателем — при вставке штепсельной вилки устройство переключается из одного положения в другое.

Довольно часто возникают ситуации, когда разборные китайские заглушки, которые были установлены на месте сломанного монолитного «домкрата», не вписываются полностью в рукав или закрепляются неправильно. Такие ситуации возможны, если диаметр втулки и плунжера не совпадают. Поэтому при выборе втулки данного типа рекомендуется проверять ее внешний диаметр с помощью измерительного прибора по всей рабочей длине.

Что такое электретный микрофон?

Динамические и конденсаторные модели – это решения, которые заслуживают особого внимания среди микрофонов. В настоящее время они доминируют на рынке, и это неудивительно. Динамические микрофоны достаточны для любительских приложений, в то время как емкостные модели используются как дома и в корпорациях, так и в профессиональных музыкальных студиях. Одной из разновидностей конденсаторных устройств является электретный микрофон.

Мало кто понимает, что электретные микрофоны сопровождают нас на каждом шагу. Эти небольшие аудиоустройства можно найти даже в смартфонах. Диафрагма или фиксированная оболочка микрофона изготовлена из электрета – диэлектрика с постоянной электрической поляризацией.

Различные виды микрофонов

• Угольный микрофон (а) 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 (д) 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.
   
• 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 (материала, способного сохранять поверхностный заряд в течение длительного времени).
   
• Пьезоэлектрический микрофон (е) 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 (т.е. при сжатии продуцирующего электрический заряд).
   
• Ленточный электродинамический микрофон (г) 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.
   
• Катушечный электродинамический микрофон (в) 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.
   
• Электромагнитный микрофон (б) Тогда же разработанные электромагнитные микрофоны, в отличие от электродинамических, имеют закреплённый на мембране постоянный магнит и неподвижную катушку.

Похожие записи:

Как выставить зажигание с помощью стробоскопа? Сигнализация действия защиты и автоматики Подключение потолочного светильника со светодиодами Маркировка smd компонентов: кодовые обозначения Как сделать веб-приложение для вашего собственного bluetooth low energy девайса? Как подключить усилитель в машине