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ENCICLOPEDIA DELLA RADIOELETTRONICA ED ELETTRICA Microfoni moderni e loro applicazioni. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica
Enciclopedia della radioelettronica e dell'elettrotecnica / Audio Un microfono è un attributo indispensabile dei sistemi di amplificazione del suono, delle apparecchiature di registrazione del suono amatoriale e professionale, degli studi di trasmissione radiofonica e televisiva. Con lo sviluppo dei sistemi multimediali, è ormai diventato un componente esterno standard per molti computer. Questo articolo descrive il design dei microfoni, le loro caratteristiche più importanti, come scegliere il microfono migliore per condizioni applicative specifiche. In questo articolo cercheremo di descrivere un approccio generale alla scelta di un microfono, in base alla sua struttura interna e al suo scopo, oltre a rispondere ad alcune domande che potrebbero sorgere dagli appassionati di registrazione e da chiunque non abbia conoscenze specifiche in questo settore. Per fare ciò, descrivendo i loro vari design e tipi, forniremo esempi di modelli sia nazionali che esteri. Cos'è un microfono? Un microfono è un dispositivo elettroacustico che converte le vibrazioni sonore acustiche dell'aria in segnali elettrici. È il primo anello in ogni percorso di registrazione del suono, amplificazione del suono, comunicazione vocale. Le sue caratteristiche e condizioni operative determinano in gran parte la qualità del segnale lungo tutto il percorso. Molti tipi di distorsioni dei segnali audio (non lineari, transitori, caratteristiche della trasmissione delle condizioni acustiche e della prospettiva) e varie interferenze (vento, vibrazione, acustica) spesso non possono essere eliminate dalla successiva elaborazione del segnale senza un significativo deterioramento dei componenti utili. In un microfono, quando le vibrazioni sonore vengono convertite in segnali elettrici, si verificano vari processi fisici correlati. In accordo con ciò, il microfono può essere considerato come una serie di collegamenti funzionali. Il primo collegamento è acustico, il ricevitore delle onde sonore. La pressione sonora (oscillatoria) generata dalla sorgente sonora agisce sull'ingresso (o sugli ingressi) acustico. Come risultato dell'interazione tra il ricevitore e il campo sonoro, si forma una forza meccanica, che dipende dalla frequenza del segnale sonoro, dalle dimensioni e dalla forma del corpo del microfono e dai suoi input acustici, dalla distanza tra loro, dall'angolo di incidenza dell'onda sonora rispetto all'asse acustico del microfono, e la natura del campo sonoro. Il tipo di ricevitore determina un parametro così importante come la caratteristica di direttività (CH). Il secondo collegamento è acustico-meccanico, serve a far corrispondere la forza generata dal ricevitore in un dato intervallo di frequenze con il valore della velocità vibrazionale (per i microfoni dinamici) o dello spostamento (per quelli a condensatore) dell'elemento mobile dell'elemento elettromeccanico del microfono trasduttore. Le proprietà di questo collegamento sono determinate dalla disposizione reciproca, dalle dimensioni e dalla dipendenza dalla frequenza degli elementi acustico-meccanici in esso inclusi, che in senso costruttivo rappresentano vari interstizi, fessure, fori, volumi, elementi porosi situati all'interno della capsula microfonica. Questo collegamento determina la risposta in frequenza della sensibilità del microfono (FCH) e contribuisce in larga misura a formare il CL in un'ampia gamma di frequenze. Il terzo collegamento - elettromeccanico, è un trasduttore elettromeccanico che opera in un microfono in modalità generatore e converte la vibrazione meccanica di un elemento in movimento (la sua velocità o spostamento) in una forza elettromotrice (EMF). L'efficienza del convertitore è caratterizzata dal coefficiente di accoppiamento elettromeccanico. Il convertitore determina la sensibilità del microfono. Il quarto collegamento è elettrico. Svolge la funzione di abbinare il convertitore al successivo dispositivo di amplificazione (ad esempio, nei microfoni a condensatore, abbina la grande capacità della capsula con un ingresso a impedenza relativamente bassa del successivo dispositivo di amplificazione). In alcuni modelli di microfoni, il collegamento elettrico corregge anche la risposta in frequenza dei microfoni. I tipi di ricevitore e trasduttore sono gli elementi che definiscono i microfoni. I collegamenti acustico-meccanici ed elettrici sono corrispondenti, il cui compito principale è garantire perdite minime del segnale utile e ottenere la risposta in frequenza richiesta del segnale di uscita. I microfoni sono generalmente classificati in base a tre caratteristiche principali: tipo di ricevitore, tipo di trasduttore e scopo (condizioni operative). Come sono classificati i microfoni? Il tipo di ricevitore determina una delle caratteristiche principali di un microfono: la caratteristica direzionale. La caratteristica di direttività è la dipendenza della sensibilità di un microfono ad una data frequenza dall'angolo di incidenza dell'onda sonora. Per tipo di ricevitore, i microfoni sono suddivisi nei seguenti gruppi. Ricevitori di pressione (non direzionali, "ordine zero", "circolari"). In essi il suono colpisce l'elemento in movimento (membrana, diaframma) solo da un lato. Di conseguenza, alle basse e medie frequenze, dove le dimensioni del microfono sono ridotte rispetto alla lunghezza d'onda del suono, la sensibilità del microfono praticamente non cambia a diversi angoli di incidenza del suono. Ricevitori di pressione a gradiente o differenziale (direzionali). Sono di due tipi: Le differenze nella forma dell'HH dei ricevitori unidirezionali sono determinate sia dal grado di asimmetria degli ingressi sia dal valore dei parametri acustico-meccanici della struttura interna del collegamento acustico-meccanico. Le caratteristiche di direttività (diagrammi) di questi tipi di ricevitori sono presentate graficamente in Fig. 1.
Caratteristiche di sensibilità del microfono: 1 - omnidirezionale (non direzionale), 2 - bidirezionale, 3-5 - cardioide Sulla fig. 2 illustra schematicamente il principio di costruzione dei microfoni omnidirezionali (a), bilateralmente direzionali (b) e unidirezionali (c).
I microfoni combinati, o microfoni con XH variabile, sono talvolta distinti in un gruppo speciale. In questi microfoni, è possibile ottenere quasi tutti gli HH della famiglia (vedi Fig. 1) mediante una combinazione di segnali elettrici provenienti da due ricevitori: omnidirezionale (curva 1) e bilateralmente direzionale (curva 2), o da due microfoni cardioidi dispiegati di 180° (combinati elettricamente), nonché una variazione dell'entità della tensione di polarizzazione sulle metà di un elettrodo fisso o membrane nei microfoni a condensatore a doppia membrana. Un gruppo speciale è rappresentato dai microfoni altamente direzionali, che vengono utilizzati nei casi in cui non è possibile avvicinarsi alla sorgente del segnale utile. L'HN acuto in essi si realizza in molti modi diversi. I "bigradienti" o "bicardioidi" (gradienti di secondo ordine) sono microfoni costituiti da due capsule identiche, distanziate nello spazio e posizionate coassialmente con un HN a "figura otto" o "cardioide", incluso in antifase. La gamma di frequenza di tali ricevitori è estremamente limitata. I più comuni tra i microfoni ad alta direzionalità sono i microfoni ad "onda viaggiante" (di interferenza), costituiti da un tubo con fori o fessure, all'estremità posteriore del quale si trova una capsula microfonica omnidirezionale o unidirezionale (Fig. 3).
I fori (fessure) nel tubo vengono chiusi con un panno o materiale poroso, la cui impedenza acustica aumenta man mano che si avvicina all'innesco. L'esacerbazione della CN si ottiene a causa dell'interferenza delle onde sonore parziali che passano attraverso i fori del tubo. Quando il fronte sonoro si sposta parallelamente all'asse del tubo, tutte le onde parziali arrivano all'elemento in movimento contemporaneamente, in fase. Quando il suono si propaga perpendicolarmente all'asse, queste onde raggiungono la capsula con un diverso ritardo, determinato dalla distanza dal foro corrispondente alla capsula, mentre si verifica una compensazione parziale o totale della pressione agente sull'elemento in movimento. Un notevole aggravamento di HN in tali microfoni inizia a una frequenza in cui la lunghezza del tubo è più della metà della lunghezza dell'onda sonora; con un aumento della frequenza di HN, diventa ancora più aggravato. Pertanto, anche con una lunghezza significativa di tali microfoni, che possono raggiungere un metro o anche di più, la risposta in frequenza a frequenze inferiori a 150 ... 200 Hz è determinata solo dalla capsula ed è solitamente vicina a un cardioide o supercardioide. Il terzo tipo di microfoni altamente direzionali effettivamente riscontrato è il riflesso. In questi microfoni, una capsula con CI omnidirezionale o unidirezionale è posta al fuoco di un riflettore parabolico (Fig. 4).
Allo stesso tempo, a causa delle proprietà della parabola, le onde sonore dopo la riflessione si concentrano nel fuoco della parabola, nella posizione dell'elemento mobile della capsula, e la raggiungono in fase. Le onde sonore che arrivano ad angolo rispetto all'asse della parabola vengono disperse dal riflettore senza raggiungere il microfono. Nel sistema riflesso, l'IC è ancora più dipendente dalla frequenza rispetto al sistema di interferenza e cambia da quasi omnidirezionale alle basse frequenze (con un diametro del riflettore inferiore alla lunghezza d'onda del suono) a un lobo stretto alle alte frequenze. La risposta in frequenza di tali microfoni ha un aumento verso le alte frequenze con una pendenza di circa 6 dB per ottava, che di solito è compensata elettricamente o da uno speciale design della capsula. In quali gruppi sono suddivisi i microfoni per tipo di trasduttore? In base al tipo di trasduttore elettromeccanico, i microfoni si dividono in carbonio, elettromagnetico, piezoelettrico, elettrodinamico (dinamico) e condensatore (elettrostatico). I microfoni professionali (ad eccezione dei microfoni per la comunicazione e il suono nei veicoli) utilizzano solitamente gli ultimi due tipi di trasduttore. Pertanto, li considereremo in modo più dettagliato. I microfoni dinamici, a loro volta, sono divisi in bobina e nastro. Schematicamente, il loro dispositivo più semplice è mostrato in Fig. 5 (rispettivamente a e b). Nella prima variante, una bobina cilindrica senza cornice (di regola, a due e, meno spesso, a quattro strati) è posta nello spazio anulare del circuito magnetico, in cui viene creato un campo magnetico uniforme della direzione radiale. La bobina è incollata a un diaframma a cupola con un collare ondulato che funge da sospensione. Quando il diaframma (realizzato in materiale polimerico) oscilla sotto l'azione della pressione sonora, il filo della bobina attraversa il campo magnetico del traferro (che di solito è largo 0,4 ... 0,6 mm) e nella bobina viene indotto un campo elettromagnetico. I magneti microfonici permanenti sono realizzati con materiali speciali ad alta induzione residua e forza coercitiva. Il valore della resistenza attiva di una tale bobina in vari modelli varia solitamente da 20 ... 600 Ohm.
a) microfono dinamico b) microfono a nastro 1 - diaframma a cupola con collare ondulato, 2 - bobina cilindrica, 3 - magnete, 4 - circuito magnetico, 5 - nastro ondulato, 6 - gap magnetico Di norma, con questo tipo di trasduttore, i microfoni vengono realizzati omnidirezionali o con direttività unidirezionale. In quest'ultimo caso vengono aperti dei fori nel caso del sistema magnetico, sigillato con seta o altro materiale poroso, che implementa una resistenza acustica attiva al secondo ingresso. Per espandere la gamma verso le basse frequenze in tali microfoni, vengono solitamente utilizzati volumi chiusi aggiuntivi, collegati all'interno con un magnete tramite tubi e fori di diverse sezioni. Un microfono omnidirezionale MD-83, così come i microfoni MD-97 e MD-91 con direttività unidirezionale - per i sistemi di amplificazione del suono del parlato, attualmente prodotti da Microfon-M LLC (San Pietroburgo) possono servire da esempio di tale uso domestico microfoni. . Per compensare l'interferenza elettromagnetica (AC hum) nei microfoni a bobina, una bobina antifonale è solitamente inclusa in serie con la bobina mobile, che è avvolta, di regola, su un sistema magnetico. Le bobine sono accese in modo tale che le tensioni di fondo indotte su di esse, eccitate in entrambe le bobine, si compensino reciprocamente. In un convertitore a nastro (Fig. 5, b), un nastro metallico ondulato (per garantire una maggiore flessibilità) (solitamente alluminio) spesso diversi micron viene utilizzato come elemento mobile, posto in un campo magnetico tra le espansioni polari di un magnete permanente, la distanza tra le quali è solitamente dell'ordine di 1,5...2 mm. Il nastro funge sia da conduttore di corrente che da sistema di trasduttore mobile. Con questo tipo di trasduttore viene solitamente implementato un microfono con un HN "otto" (a causa della completa simmetria del trasduttore), non direzionale (con un labirinto acustico che copre un lato del nastro), meno spesso - diretto unilateralmente. Il nastro, a differenza della bobina, ha una resistenza elettrica estremamente bassa dell'ordine di 0,1 ... 0,3 Ohm e la tensione del segnale alla sua uscita è di soli 20 ... 30 μV a una pressione di 1 Pa, cavi microfonici. Pertanto, la tensione sviluppata dal nastro viene preliminarmente aumentata per mezzo di un trasformatore elevatore posto nell'alloggiamento del microfono in uno schermo di permalloy. I tecnici del suono notano la naturalezza, la morbidezza e la trasparenza della trasmissione del timbro di molti strumenti musicali, in particolare archi e piatti, che sono speciali per i microfoni a nastro. Ciò è dovuto alla leggerezza dell'elemento mobile: il nastro e, di conseguenza, a piccole distorsioni transitorie. Inoltre, nei microfoni dinamici, è teoricamente possibile utilizzare un trasduttore ortodinamico, ma finora non ha trovato applicazione nei modelli di microfono prodotti in serie. Pertanto, non ha senso soffermarsi qui sul suo design. I microfoni a condensatore (elettrostatici) (CM) hanno due elettrodi: mobili e fissi, che formano le piastre del condensatore (Fig. 6). L'elettrodo mobile è una membrana costituita da una lamina metallica o da un film polimerico metallizzato spesso diversi micron. Sotto l'azione della pressione sonora, oscilla rispetto a un elettrodo fisso, il che porta a un cambiamento nella capacità della capsula (condensatore) rispetto allo stato di riposo. In CM, il valore della variazione di capacità, e quindi il segnale elettrico in uscita, deve corrispondere alla pressione sonora. Il grado di conformità della tensione di uscita con la pressione sonora in ampiezza e frequenza determina la risposta in frequenza e la gamma dinamica di un particolare microfono. Una parte integrante di qualsiasi CM è un nodo che abbina l'impedenza elettrica del convertitore con il successivo dispositivo di amplificazione. Questo collegamento elettrico KM può essere di tipo ad alta e bassa frequenza. Con un tipo di conversione ad alta frequenza, la capsula KM è collegata al circuito del generatore ad alta frequenza (dell'ordine di diversi MHz). In questo caso si ottiene una modulazione di frequenza del segnale RF e solo dopo la demodulazione si forma un segnale di frequenza audio. Questa inclusione della capsula non richiede una tensione di polarizzazione, è caratterizzata da un basso livello di rumore proprio del microfono. Tuttavia, il circuito ad alta frequenza nel microfono non ha trovato ampia applicazione, principalmente a causa della complessità della stabilizzazione della frequenza, e si trova raramente nei modelli industriali di microfoni nella gamma audio. Nell'ulteriore presentazione dei principi di funzionamento e delle varietà di CM, intendiamo CM con un collegamento a bassa frequenza, che include i modelli CM più moderni. In essi la conversione della pressione sonora in segnale elettrico avviene con polarizzazione esterna o interna (electret). CM in un sistema con polarizzazione esterna (Fig. 6) forma un condensatore piatto da elettrodi con una capacità di 10 ... 100 pF con un traferro di 20 ... 40 μm, che attraverso una resistenza di circa 0,5 ... 2 GΩ viene caricato da una fonte di tensione esterna UP. Quando la membrana vibra sotto l'azione della pressione sonora o della differenza di pressione, l'entità della carica delle piastre dovuta alla grande costante di tempo della catena RC rimane invariata. L'entità della componente variabile della tensione risultante dalle vibrazioni della membrana e la corrispondente variazione di capacità è proporzionale allo spostamento della membrana.
a) microfono omnidirezionale: b) microfono con direttività bidirezionale 1 - film metallizzato, 2 - guarnizione isolante calibrata, 3 - elettrodo fisso Circa vent'anni fa, all'estero e nel nostro Paese, iniziò la produzione industriale di microfoni a condensatore electret, che non necessitano di una sorgente esterna di tensione polarizzante; utilizzano come membrana un film di elettrete polimerico, metallizzato dall'esterno. Questo film è polarizzato con uno dei metodi noti e ha la proprietà di mantenere una carica superficiale costante per lungo tempo. Pertanto, invece di una fonte esterna, viene utilizzata una fonte interna. Altrimenti, il funzionamento di un tale convertitore non è fondamentalmente diverso da un CM convenzionale. All'inizio degli anni '80, NIIRPA ha sviluppato una serie di microfoni a condensatore unidirezionali e non direzionali, ma attualmente la maggior parte di essi è stata interrotta per vari motivi. Recentemente, durante lo sviluppo di nuovi modelli di microfoni, il materiale elettrete viene applicato in un modo o nell'altro a un elettrodo fisso, il che consente di utilizzare come membrana film metallici e polimerici più sottili, che hanno parametri meccanici significativamente più elevati rispetto a un film elettrete. Ciò consente, a parità di sensibilità della capsula, di avere una più ampia gamma di frequenze nominali di ricezione direzionale, estesa sia verso il basso (a causa di una diminuzione dello spessore, e quindi della rigidità flessionale della membrana), sia verso l'alto (a causa della ad una diminuzione della massa della membrana) frequenze sonore. Un esempio di tali microfoni professionali è il microfono electret cardioide a membrana singola MKE-13M ("Microphone-M") e il lavalier omnidirezionale MKE-400 ("Nevaton") prodotto dalle imprese di San Pietroburgo, che non sono inferiori nelle loro caratteristiche ai migliori modelli di aziende straniere (includendo KM con una fonte di tensione esterna) e sono più popolari negli studi dell'Europa occidentale che in Russia.
a) microfono a membrana singola: b) microfono a doppia membrana 1 - membrana 2 - elettrodo fisso 3 - traferro 4-5 - aperture di canali acustici 6 - anello isolante 7 - guarnizioni calibrate Un design semplificato delle capsule KM è mostrato in Fig. 7. Dalle figure si può vedere che un microfono a condensatore a membrana singola (diaframma piccolo), con un'opportuna scelta dei parametri di progettazione, può essere unidirezionale (Fig. 7, a), non direzionale (in questo caso, slot 7 deve essere chiuso), così come bilaterale ( Fig. 7b). In un microfono a doppia membrana (DKM o grande diaframma doppio), entrambe le membrane possono essere elettricamente attive (Fig. 7b). Senza entrare nel dettaglio della fisica dei processi che avvengono nel DKM, che si trova nella letteratura specializzata, possiamo dire che ciascuna metà della capsula del DKM rappresenta, in termini acustici e meccanici, un microfono separato con una caratteristica di direttività cardioide , il cui secondo ingresso acustico non avviene attraverso una fessura, come in un microfono a membrana singola, e attraverso la seconda membrana (opposta), e i massimi di sensibilità di questi microfoni sono ruotati di 180°. Tale microfono è anche chiamato acusticamente combinato. Oltre all'acustico, DKM implementa anche la combinazione elettrica. Quindi, applicando una tensione di polarizzazione ad una delle membrane (attiva), e la seconda (passiva) cortocircuitando ad un elettrodo fisso, è possibile ottenere, con la giusta scelta dei parametri di progetto, un microfono con una caratteristica unilaterale curva vicino a un cardioide. Applicando alla seconda membrana una tensione polarizzante di uguale intensità e segno, si ottiene un microfono omnidirezionale. Quando alla seconda membrana viene applicata una tensione polarizzante di uguale grandezza e di segno opposto, si ottiene una direttività bidirezionale ("otto"). In casi intermedi, se necessario, è possibile ottenere qualsiasi CN (vedi Fig. 1). Come esempio di tali microfoni con XH commutabile, si possono citare C414B-ULS (AKG), U87i e U89i (Neumann), nonché il MK51 domestico (Nevaton). Quali sono le principali caratteristiche e parametri dei microfoni che servono come criteri per sceglierli e perché? Quando si scelgono i microfoni per determinate condizioni di lavoro, è necessario tenere conto dell'intero insieme di requisiti tecnici e operativi, in base alle caratteristiche specifiche del loro utilizzo. A questo proposito, è necessario comprendere chiaramente cosa determinano le caratteristiche tecniche dei microfoni. Le principali caratteristiche tecniche da considerare nella scelta dei microfoni sono le seguenti: 1. L'intervallo di frequenza nominale, che, insieme alla risposta in frequenza irregolare della sensibilità, misurata in dB, funge da criterio per la corretta trasmissione dello spettro del segnale utile. 2. Sensibilità in campo libero, che di solito è normalizzata a una frequenza di 1000 Hz e misurata in mV / Pa, nonché il parametro associato a questo valore - il livello di pressione sonora equivalente (per CM), dovuto al rumore del microfono e normalizzato in dB rispetto al livello zero: ro = 2x10-5 Pa. Poiché ogni sistema di conversione e amplificazione del segnale contiene sempre il proprio rumore, e il microfono è il collegamento iniziale di tale sistema, il valore del segnale utile che crea determina il rapporto segnale-rumore dell'intero sistema. Pertanto, ridurre la sensibilità del microfono è un fattore indesiderabile. Va inoltre tenuto presente che la volontà di aumentare l'ampiezza della gamma di frequenze riprodotte dal microfono porta ad una diminuzione del valore assoluto della sua sensibilità. D'altra parte, quanto più ampia è la gamma di frequenze del microfono, tanto più difficile è ottenere una risposta in frequenza stabile al suo interno. 3. La caratteristica di direttività determina la selettività spaziale, cioè l'ampiezza dell'angolo solido in cui il segnale acustico utile non presenta disuniformità di ampiezza significativa. XN ad una distanza fissa dalla sorgente di segnale utile determina il rapporto segnale utile/rumore acustico ad una distanza relativamente ravvicinata dalla sorgente di segnale utile, cioè entro il raggio del boom. Strettamente correlato a XH è il concetto di coefficiente di direttività, che determina le proprietà direzionali di un microfono nel campo lontano (rispetto alla sorgente). La sua sensibilità a una sorgente sonora utile situata lungo l'asse del microfono è parecchie volte superiore rispetto a sorgenti di rumore distribuite attorno al microfono (a un campo diffuso), o, in altre parole, con lo stesso rapporto segnale/rumore all'ingresso del microfono , un microfono direzionale può essere localizzato in tempi più lontani da una sorgente utile rispetto a uno omnidirezionale. In una certa approssimazione, possiamo supporre che un microfono omnidirezionale di piccole dimensioni trasversali (rispetto alla lunghezza d'onda del suono) percepisca abbastanza accuratamente il segnale utile in un angolo solido di 150...180°. Con dimensioni maggiori di un microfono omnidirezionale, la sua curva caratteristica dipende fortemente dalla frequenza, restringendosi notevolmente alle alte frequenze, quindi l'angolo di copertura in questo caso non può essere considerato maggiore di 90°. Per un microfono cardioide con frequenza costante HH, l'angolo di copertura è di 120°, per un microfono supercardioide - 90°, un microfono ipercardioide - 60°, un microfono direzionale a due vie (con una "figura di otto" HH) la copertura l'angolo è di 60° su ciascun lato. È anche utile (ad esempio, per il calcolo dei sistemi di amplificazione del suono) sapere che il coefficiente di direttività (di un microfono con "cerchio" e "otto" HN è 1, con "ipercardioide" HN - 4, "supercardioide" - 3,7, "cardioide" - 3 , e per microfoni altamente direzionali, in media nell'intervallo, può raggiungere 5-7. 4. Il livello di pressione sonora limite, espresso in dB relativo a ro = 2x10-5 Pa, è il livello al quale il coefficiente di distorsione armonica non supera lo 0,5% o altro valore stabilito nella documentazione tecnica. Questo parametro mostra i limiti della linearità dell'ampiezza caratteristica del microfono e, insieme al livello di rumore proprio, determina la gamma dinamica del microfono, e quindi il percorso nel suo insieme. 5. Il modulo di resistenza elettrica totale (impedenza), in ohm, normalmente normalizzato a una frequenza di 1000 Hz, determina la quantità di carico (resistenza di ingresso dell'amplificatore o del telecomando) su cui opera il microfono. Di norma, per evitare la perdita di un segnale utile, il valore del carico dovrebbe superare l'impedenza del microfono di 5-10 volte sull'intera gamma di frequenze. 6. Le dimensioni complessive, il peso, il tipo di connettore e altre caratteristiche del design consentono di giudicare la possibilità di utilizzare il microfono in determinate condizioni. L'intera serie di requisiti per un particolare microfono è determinata dal suo scopo. In quali gruppi sono divisi i microfoni per scopo? Su appuntamento, i microfoni sono divisi in tre grandi gruppi:
Anche i microfoni professionali differiscono in modo significativo nello scopo:
Inoltre, i microfoni differiscono notevolmente nel loro design, a seconda delle condizioni del loro attacco e della loro posizione rispetto alla sorgente del segnale:
È estremamente difficile fornire raccomandazioni specifiche sulla scelta dei microfoni senza tenere conto di condizioni specifiche, poiché un microfono con una determinata soluzione e scopo progettuale (ad esempio, un microfono a condensatore a banda larga per la registrazione del suono negli studi) può essere scarsamente compatibile o anche del tutto inaccettabile per altre condizioni e finalità (ad esempio , in sistemi di conferenza o come manuale per solisti). È possibile indicare solo regole generali da seguire quando si sceglie un microfono per uno scopo o per l'altro. Gli studi di radiodiffusione, così come gli studi di registrazione del suono (televisivi, cinematografici, di registrazione) di musica e discorsi artistici dovrebbero essere dotati di microfoni a banda larga con i più alti parametri elettroacustici. Pertanto, in condizioni di studio, di norma vengono utilizzati microfoni a condensatore, che hanno un'ampia frequenza e gamma dinamica, spesso con un XH commutabile (doppia membrana, il cui dispositivo è discusso sopra). Oltre ai vantaggi elencati, i CM da studio hanno una sensibilità 5-10 volte maggiore rispetto a quelli dinamici e praticamente non presentano distorsioni transitorie udibili, poiché la risonanza del sistema mobile CM si trova vicino al limite superiore della gamma di frequenza nominale e ha un fattore di qualità molto basso. Pertanto, negli studi di registrazione e nei sistemi di amplificazione del suono musicale, i piccoli KM cardioidi, come KM84, KM184 (Neumann), C460B (AKG), da quelli domestici - MKE-13M ("Microphone-M") vengono sempre più utilizzati come universali microfoni strumentali. Gli svantaggi dei CM includono la necessità di una fonte di tensione costante, che di solito è un alimentatore di rete, nonché il fatto che i CM non tollerano bene l'umidità, nonché un brusco cambiamento di temperatura. Quest'ultimo è dovuto al fatto che l'impedenza di ingresso dell'amplificatore KM integrato ha un valore di 0,5 ... 2 GΩ, quindi, in condizioni di elevata umidità e rugiada, questa resistenza diminuisce al variare della temperatura dell'aria, che porta ad un "blocco" delle basse frequenze e ad un aumento del rumore. Pertanto, CM viene utilizzato raramente all'aperto e in installazioni portatili. In condizioni di studio, l'uso di CM non causa alcuna difficoltà. I microfoni con direttività unidirezionale vengono utilizzati con un ampio angolo di posizione degli artisti e durante la registrazione con più microfoni per una netta separazione dei singoli gruppi di strumenti musicali, nonché nei casi in cui è necessario ridurre l'influenza del rumore estraneo o ridurre il componente di riverbero nel segnale registrato. Un microfono con una direttività bidirezionale viene utilizzato durante la registrazione di un duetto, dialogo, cantante e accompagnatore, durante la registrazione di piccole composizioni musicali (quartetto d'archi), e anche quando è necessario scordare fonti direzionali di rumore o forti riflessi dal soffitto e pavimento. In questo caso il microfono è orientato con una zona di minima sensibilità a sorgenti di rumore o superfici riflettenti. Il microfono a forma di otto viene utilizzato anche nei casi in cui si desidera evidenziare in modo specifico le basse frequenze della voce di un solista o di uno strumento musicale separato, posizionando in questo caso il microfono in prossimità dell'esecutore. Qui si utilizza il cosiddetto "effetto di zona vicina", associato alla manifestazione della sfericità di un'onda sonora a distanza ravvicinata dalla sorgente sonora, quando il primo e il secondo ingresso acustico del microfono sono interessati da pressioni sonore che sono diverso non solo in fase, ma anche in ampiezza. Questo effetto è più evidente con i microfoni "otto" ed è completamente assente in quelli omnidirezionali. I microfoni omnidirezionali vengono utilizzati per trasmettere l'ambiente acustico generale della stanza durante la registrazione con più microfoni, nonché durante la registrazione di discorsi, canti, musica in stanze fortemente ovattate, durante la registrazione di varie riunioni e conversazioni a tavola rotonda. Recentemente, per tali registrazioni sono stati sempre più utilizzati microfoni "a strato limite", in cui la membrana di dimensioni molto ridotte si trova parallela al piano del tavolo a una distanza molto ridotta dalla sua superficie e il microfono stesso è progettato come un piccolo oggetto piatto, che, posto su un tavolo o sul pavimento, è praticamente una continuazione della sua superficie. A causa di ciò, i riflessi dalla superficie del tavolo non cadono sulla membrana di tale microfono e la curva caratteristica di tale microfono è determinata dalla direzione e dalle dimensioni della superficie su cui giace il microfono ed è vicina a un emisfero nella gamma sonora. Come esempio di tali microfoni "a strato limite", si può citare C562BL (AKG) e dai modelli domestici - MK403 ("Nevaton"). I CM omnidirezionali sono anche usati come lavalier integrati nei mobili o registratori per misurazioni acustiche. I microfoni negli studi, ad eccezione dei casi speciali sopra menzionati, sono solitamente montati su supporti da pavimento o su braccio. Poiché il microfono non viene spostato o toccato durante la registrazione e i supporti creano un buon assorbimento degli urti dal pavimento, di norma non ci sono requisiti speciali per i microfoni da studio in termini di suscettibilità alle vibrazioni. Molti dei principi della registrazione del suono, che richiedono un posizionamento accurato del microfono, tenendo conto dell'ambiente dell'esecutore, in televisione sono determinati principalmente dai requisiti visivi. Quindi, il microfono che entra nell'inquadratura dovrebbe essere piccolo, con una superficie che escluda l'abbagliamento, garantito per riprodurre fedelmente il colore della televisione. Fuori dall'inquadratura, i microfoni vengono utilizzati su supporti mobili. Poiché il movimento del microfono si verifica frequentemente durante la trasmissione, vengono prese misure speciali per proteggerlo da correnti d'aria, vibrazioni (ammortizzatori esterni, protezione dal vento). Distanze relativamente grandi dalle sorgenti sonore e un elevato livello di rumore richiedono l'uso di microfoni direzionali e spesso altamente direzionali. Per le videocamere, di norma, vengono utilizzati microfoni leggeri e relativamente piccoli con una caratteristica leggermente affilata rispetto a quella cardioide, strutturalmente compatibile con la fotocamera, spesso con l'uso di misure speciali nella progettazione del microfono per ridurre l'interferenza delle vibrazioni che si verifica quando la fotocamera viene spostata durante la registrazione video. Ad esempio, i microfoni MKE-24 e MKE-25 ("Microphone-M"). Un altro gruppo di microfoni professionali è per i sistemi di amplificazione del suono per la musica e il discorso artistico nelle sale da concerto e nei teatri e per la trasmissione da queste strutture. La caratteristica principale del funzionamento dei microfoni nei sistemi di amplificazione del suono (C3U) è la possibilità della loro autoeccitazione a seguito del verificarsi di feedback acustici parassiti a determinate frequenze, dovuti al segnale sonoro dall'altoparlante (diretto) o riflesso dalle pareti del soffitto, altre superfici sul microfono. Questo fenomeno di solito limita la quantità di pressione sonora nel suono delle sale. Il miglioramento della stabilità di C3U si ottiene sia mediante una speciale elaborazione del segnale elettronico sia mediante alcune semplici considerazioni descritte di seguito. 1. La massima approssimazione del microfono alla sorgente del segnale primario (cantante, oratore, strumento musicale), ad es. l'uso di microfoni lavalier (per parlare) e palmari. Si noti che i microfoni lavalier sono generalmente omnidirezionali, quindi avvicinarli all'altoparlante non influisce sulla loro risposta in frequenza. Nei microfoni portatili, solitamente unidirezionali, vengono prese misure speciali per tagliare le basse frequenze al fine di compensare il loro aumento quando si lavora con una sorgente di segnale vicina. 2. La distanza massima possibile dell'altoparlante e del microfono dagli altoparlanti e dalle superfici riflettenti (microfono su supporti a livello della bocca o dello strumento musicale dell'esecutore). 3. La corretta scelta dell'XH del microfono e l'orientamento del suo asse di lavoro rispetto sia alla sorgente di interferenza (riflessioni) sia rispetto all'asse di lavoro degli altoparlanti e degli altoparlanti più vicini. Notiamo qui che, secondo i risultati dei nostri studi, il più versatile, in termini di stabilità C3U, è un microfono con una caratteristica di tensione supercardioide, questo è particolarmente significativo nell'intervallo da 200 a 3000 Hz. Nelle trasmissioni C3U e televisive, i microfoni dovrebbero essere preferiti il più piccoli possibile in modo da non interferire con il pubblico che guarda ciò che sta accadendo sul palco o sul palco. Per gli stessi motivi non dovrebbero essere usati microfoni con colori lucidi e brillanti. In ambito teatrale, i microfoni sono spesso posizionati lungo la rampa, dove sono esposti ai forti campi elettromagnetici generati dagli impianti di illuminazione. Qui dovresti usare microfoni con una schermatura affidabile, con un'uscita bilanciata, e in quelli dinamici è necessaria una bobina antifonale. In una sala da concerto, palco, podio, c'è il pericolo di grandi interferenze dovute a urti e vibrazioni, e quindi la maggior parte degli stand ha un ammortizzatore di vibrazioni, solitamente sulla base, e gli stand incorporati negli stand spesso includono un ammortizzatore . Tuttavia, non eliminano completamente la trasmissione delle vibrazioni dovute allo scuotimento del tavolo, del pavimento o del podio. Inoltre, c'è sempre la possibilità che l'oratore tocchi il supporto, per non parlare dei microfoni per solisti, che sono principalmente azionati a mano. Questi microfoni forniscono misure speciali per la protezione dalle vibrazioni: la capsula è ammortizzata o slegata rispetto al corpo del microfono, vengono utilizzati filtri elettrici che tagliano le basse frequenze. Decine di modelli di tali microfoni sono prodotti da molte aziende europee (AKG, Sennheiser, Beyerdynamic), americane (Electro-Voice, Shure), da quelle domestiche - "Byton-2". Va notato che i microfoni dinamici sono fondamentalmente più sensibili alle vibrazioni rispetto a quelli a condensatore e i microfoni direzionali sono più sensibili dei ricevitori a pressione. Nei sistemi di amplificazione del parlato (sale conferenze, sale riunioni, teatri di prosa, ecc.), il criterio principale è l'intelligibilità del parlato, e non la corretta trasmissione del timbro, quindi è meglio limitare la gamma di frequenza dei microfoni alla gamma di 100 . .. 10 Hz con un "blocco" delle basse frequenze, a partire da 000...300 Hz fino a 400...10 dB a 12 Hz. Come esempio di tali microfoni, si possono citare i modelli D100, D541В, D558, С590 (AKG), da quelli domestici - MD-580, MD-91, MD-96 ("Microphone-M"). È possibile restringere ulteriormente la gamma di frequenza del microfono a 97...500 Hz quasi senza perdita di intelligibilità, ma ciò porta a una notevole distorsione del timbro della voce dell'oratore, che è anche indesiderabile nel parlato C5000 di alta qualità. Pertanto, i microfoni con una gamma di frequenze di 3 ... 500 Hz, e anche più ristretti, vengono utilizzati solo in dispositivi di comunicazione in cui la trasmissione del timbro vocale non è essenziale, ma è necessario trasmettere correttamente il significato di azioni, comandi, eccetera. Il restringimento della gamma di frequenze nei microfoni per parlato C3U a 100 ... 10 Hz è un certo compromesso tra intelligibilità e trasmissione del timbro del parlato ed è consigliabile anche perché lo spettro dell'aerodinamica (vento, dal respiro di chi parla), vibrazione (attrito e colpi del corpo) il rumore, così come l'interferenza riverberante in stanze scarsamente smorzate, che sono la maggior parte delle sale riunioni e conferenze, ha un carattere pronunciato a bassa frequenza. Pertanto, dal punto di vista del rapporto "segnale utile/rumore", non è consigliabile disporre di microfoni con un'ampia gamma di basse frequenze. Inoltre, il C000U utilizza microfoni unidirezionali che, posizionati vicino all'altoparlante, provocano un aumento delle basse frequenze, che compensa la loro caduta nella risposta in frequenza del microfono, ripreso in campo libero a una distanza standard di 3 m. di tale calo, vengono enfatizzate le basse frequenze, il che provoca l'effetto "borbottio", suono "a forma di botte" del microfono, l'intelligibilità del parlato è ridotta. Per migliorare l'intelligibilità del parlato e la trasparenza vocale, i microfoni per C1U di solito hanno un aumento regolare della risposta in frequenza a frequenze di 3 ... 3 kHz fino a 7 ... 3 dB. Un gruppo separato di microfoni include il bavero, o come vengono anche chiamati lavalier, microfoni utilizzati sia in televisione che in C3U. Microfono lavalier - di solito un ricevitore a pressione, leggero e di piccole dimensioni, con un attaccamento speciale ai vestiti; questi sono, ad esempio, i microfoni SK97-O (AKG), MKE10 (Sennheiser), KMKE400 (Nevaton). L'uso di tali microfoni presenta sia vantaggi che svantaggi. I vantaggi evidenti sono la libertà delle mani di chi parla e la vicinanza del microfono alla sorgente del segnale utile. Elenchiamo alcuni svantaggi. Questo è il contatto del microfono con il petto, che influisce sulla colorazione del suono alle basse frequenze; dipende dal tipo di abbigliamento e dalle caratteristiche di chi parla. Inoltre, spesso non c'è nessun posto dove montare l'alimentatore sull'altoparlante. Spesso il microfono è schermato dal mento e il suono perde l'effetto di presenza, a volte vengono enfatizzati i toni nasali, il che porta a suoni nasali e scarsa intelligibilità. Il cavo del microfono che tocca gli indumenti provoca fruscii. Inoltre, ci sono difficoltà psicologiche nell'uso di tali microfoni. I microfoni per il funzionamento all'aperto devono essere adatti all'uso in qualsiasi condizione atmosferica: sotto pioggia, neve, vento, ecc., pertanto, per questi scopi vengono solitamente utilizzati microfoni dinamici che, rispetto a quelli a condensatore e a elettrete, hanno una resistenza alla temperatura e umidità che non richiede potenza costante, più affidabile. Per ridurre il rumore del vento, tali microfoni hanno solitamente una forma aerodinamica, un parabrezza esterno, poiché il parabrezza integrato, solitamente utilizzato nei microfoni portatili e per il parlato C3U, non è sufficiente per il funzionamento all'aperto in condizioni ventose. Quando si riporta dalla strada, è più opportuno utilizzare microfoni omnidirezionali come microfoni portatili, poiché sono fondamentalmente meno suscettibili al vento, alle vibrazioni e agli urti accidentali. Allo stesso tempo, ovviamente, nella progettazione di tali microfoni non dovrebbero essere escluse misure speciali per ridurre l'influenza delle vibrazioni e del vento. Come esempio di segnalazione di microfoni - F-115 (Sony), e da quelli domestici - MD-83 ("Microphone-M"). In C3U all'aperto, per le stesse ragioni degli interni, dovrebbero essere utilizzati microfoni direzionali, ma si dovrebbe comunque cercare di evitare la possibilità di precipitazioni sul microfono (installazione di baldacchini, cabine, ecc.). Autore: Sh.Vakhitov
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