.

МИКРОФОНЫ

Хотя акустическими системами принято называть звуковые колонки, сам этот термин носит более широкий смысл. К акустическим системам можно отнести и рупор, усиливающий звук, и лабиринты в древних крепостях для подслушивания разговоров и, наконец, вполне современ­ный прибор для преобразования звуковых колебаний в электрические сигналы — микрофон.

Микрофоном комплектуются многие звукозаписыва­ющие устройства — например, магнитофоны или магнито­лы. Нередко он встроен в них и позволяет с удовлетвори­тельным качеством записывать речь и музыку на магнито­фонную ленту. Есть микрофоны размером с пшеничное зерно (их применяют шпионы и разведчики), а есть вполне внушительные аппараты для высококачественного преобра­зования звуковых сигналов и передачи электрических сигналов без проводов (радиомикрофоны).

Микрофон является единственным средством для первичного преобразования звуковых сигналов в элект­рические,  в профессиональных аудио  и видеостудиях. Конечно, там применяются дорогие микрофоны, которые очень редко доступны обычным пользователям бытовой радиоэлектроники. Однако уровень развития бытовых микрофонов достаточно высок, и последние выпускаются на все случаи жизни. Восхищаясь превосходно сделанными записями музыкальных и вокальных произведений, мы должны посто­янно помнить, что все они сделаны с применением микрофонов. К счастью, энергия звуковых колебаний довольно мала, поэтому колебания мембраны микрофо­нов незначительны, что позволяет легко добиться очень малых нелинейных искажений. Зато получение малых линейных искажений (плоской АЧХ в широком диапазо­не частот) — большая техническая проблема при разработ­ке бытовых микрофонов.

Микрофоны массового назначения по конструкции делятся на несколько типов:  

 динамические микрофоны 

ленточные микрофоны

конденсаторные микрофоны 

электретные, или пьезоэлектрические, микрофоны

 Наиболее распространены динамические микрофо­ны. Конструктивно они выполнены в виде катушки, размещенной в магнитном зазоре сильного постоянного магнита. Катушка обычно прикреплена к легкой и по­движной мембране, воспринимающей колебания воздуха, преобразующей их в механические колебания и переда­ющей последние катушке. Движение катушки в сильном магнитном поле создает на ее зажимах ЭДС самоиндук­ции.

Ленточные микрофоны имеют проводящую мембрану в виде тончайшей металлической или металлизированной ленты, также находящейся в поле сильного магнита. Мем­брана (она же и катушка) в виде ленты имеет слабые резонансные свойства и может чувствовать звуковые волны в очень широком диапазоне их частот. Поэтому микрофо­ны этого типа популярны при студийных записях. Однако ЭДС, создаваемая на концах ленты, очень мала: в конце концов, лента — это даже не один виток катушки, а лишь часть витка. Сигналы таких микрофонов нуждаются в большем усилении, что ведет к усложнению борьбы с шумами и наводками в усилителях.

Конденсаторный микрофон основан на известном явлении - появлении ЭДС на обкладках конденсатора при их механическом перемещении в электрическом поле. Как и ленточный микрофон, конденсаторный имеет обкладку в виде ленты и поэтому может восприни­мать звуковые колебания в широком диапазоне частот. Однако ЭДС конденсаторного микрофона может быть заметно большей, но при условии нагрузки на усилитель с большим входным сопротивлением. Конденсаторные микрофоны сейчас используются в основном как сту­дийные.

Электретный конденсаторный, или пьезоэлектричес­кий, микрофон — подлинная находка для простых быто­вых аудиоустройств. В нем мембрана связана с конденса­тором из диэлектрика с пьезоэлектрическим эффектом. Когда он получает механические колебания, на его зажи­мах возникает ЭДС (прямой пьезоэфект). Порою, она доходит до долей вольта, что требует малого усиления. Правда, как и у конденсаторного микрофона, усилитель должен обладать высоким входным сопротивлением хотя бы в сотни кОм. В принципе, качество электретных микрофонов обычно похуже, чем у динамических или ленточных, но многие фирмы выпускают вполне прилич­ные микрофоны этого класса с полосой частот от 50 Гц до 15-18 кГц.

Вне зависимости от конструкции микрофона он ха­рактеризуется следующими основными параметрами и характеристиками:

  • чувствительностью
  • частотной зависимостью чувствительности (АЧХ микрофона) или просто частотным диапазоном при заданном спаде чувствительности на границах диапазона частот
  • диаграммой направленности — т. е. зависимостью чувствительности от углового расположения ис­точника звука
  • сопротивлением нагрузки

По нашим стандартам чувствительность измеряется как отношение ЭДС микрофона к звуковому давлению (мВ/Па). Например, у одного из лучших наших микрофо­нов (динамического типа) МД-52Б она составляет 1,2 мВ/Па при полосе частот от 50 Гц до 15 кГц, неравно­мерности чувствительности в 12 дБ и номинальном сопро­тивлении нагрузки 250 Ом. Чувствительность зарубежных микрофонов обычно измеряется в логарифмических еди­ницах dBm (при этом 0 dBm = 1 мВт/Па) при частоте 1000 Гц и характеризует отношение отдаваемой микрофо­ном мощности к величине звукового давления. В качестве примера приведем данные стандартного микрофона F-V9 фирмы Sony. Этот недорогой динамичес­кий микрофон классического оформления (ручка с шаро­образной головкой) является однонаправленным микро­фоном, имеет чувствительность -59,8 dBm, частотный диапазон от 60 Гц до 12 000 Гц, выходное сопротивление 600 Ом. Габариты микрофона 140x51 мм, масса 140 г. Микрофон имеет кабель длиной 3 м и поставляется с переходником под гнезда различного размера. Этот микро­фон предназначен для универсального применения, в том числе в системах «Караоке».

Диаграмма направленности микрофона - это зависи­мость чувствительности от угла направления источника звука относительно оси микрофона. Диаграммы направ­ленности одного и того же микрофона могут различаться на разных частотах: обычно, чем выше частота звука, тем уже диаграмма направленности. За рубежом диаграммы направленности называют следующими терминами:

  • unidirectional — однонаправленная,
  • omnidirectional — всенаправленная ,
  • narrow — узконаправленная .

Диаграмма направленности микрофонов обычно указывается для частоты 1000 Гц, хотя она может существенно зависеть от частоты. Иногда разработчики дают семей­ство диаграмм направленности для ряда частот, но это скорее исключение, чем правило. Всенаправленные микрофоны с близкой к круговой диаграммой направленности обычно используются для записи звуков, которые могут приходить с разных сто­рон, - например, беседы за круглым столом нескольких человек. Однако чаще используются однонаправленные микрофоны, что позволяет ослабить лишние звуки сзади озвучиваемой сцены. В некоторых случаях просто необ­ходимы узконаправленные микрофоны — например, если вы снимаете телеобъективом соловья и хотите выделить его пение на фоне многих других звуков. Есть и микро­фоны с переключением диаграммы направленности.

Разработчики давно отошли от классического оформ­ления микрофона только в виде головки с длинной ручкой. Теперь есть миниатюрные микрофоны, встроенные в маг­нитолы и видеокамеры, микрофоны в виде застежки для галстука или в виде ручки, размещаемой в кармане. Мно­гие микрофоны имеют встроенный усилитель с питанием от гальванического элемента. Он увеличивает уровень выходного напряжения (мощности) микрофона, что суще­ственно снижает вероятность возникновения фона и помех из-за наводок на кабель микрофона, несущий сигналы малой величины. 

Определенные проблемы для записи звуков создают порывы ветра и воздух, выдыхаемый певцом или дикто­ром. Для уменьшения возникающих при этом призвуков на микрофон надевается специальная насадка из пено­пласта или иного пористого материала.

До сих пор для записи стереофонических звуков использовались два отдельных микрофона. Однако сейчас многие фирмы выпускают стереофонические сдвоенные микрофоны в виде единого компактного устройства. Де­ление звуков на левый и правый каналы осуществляется выбором соответствующих диаграмм направленности каж­дого микрофона. Стереомагнитофоны могут быть мини­атюрными — например, они встраиваются в современные видеокамеры с Hi-Fi стереофоническим качеством звуко­вого сопровождения.