5 типов микрофонов

Выбор микрофона может быть сложным процессом. С чего начать? Существует множество производителей, и у каждого производителя есть множество моделей. Для этого необходимо начать с основ аудио.

Существует 5 основных типов микрофонов: динамический, конденсаторный, с плёнкой, углеродный и кристаллический.

Что такое микрофон?

Любой микрофон, независимо от его типа, является трансформатором. Трансформатор - это устройство, преобразующее энергию из одной формы в другую. Микрофон преобразует акустическую энергию в атмосфере в напряжение в кабеле.

Все микрофоны работают по одному и тому же основному принципу. Мембрана в микрофоне, называемая диафрагмой, движется вместе с окружающими ее частицами воздуха. Этот механизм аналогичен височной мембране в человеческом ухе.

Пять типов микрофонов

Хотя каждый микрофон использует мембрану для улавливания движения в атмосфере, метод, используемый для преобразования этого движения в электрические токи, различен.

1) Динамические микрофоны

Динамические микрофоны также называемые микрофонами с подвижной катушкой. Они работают по следующему принципу: когда катушка перемещается относительно магнита, в проводе создается напряжение. В динамическом микрофоне диафрагма прикреплена к катушке. Проволочная катушка окружает магнит.

Мембрана обычно изготавливается из алюминиевого сплава или материала с низкой массой, чтобы ее могли перемещать частицы воздуха.

Когда мембрана движется вперед-назад в ответ на движения в атмосфере, катушка также движется. Поскольку катушка находится вокруг неподвижного магнита, и когда она движется мимо магнита, в проволоке создается напряжение.

Динамики основаны на том же принципе, но наоборот. Подробную анимацию процесса мы можем увидеть по этой ссылке.

Динамические микрофоны являются наиболее распространенным типом микрофонов. Их популярность обусловлена следующими особенностями:

• Надежность - имеют относительно простую конструкцию, что делает их более надежными, чем более хрупкие модели. Благодаря их компактной конструкции, шум при работе динамического микрофона значительно снижается. Долговечность и прочная конструкция катушки в данных микрофонах делают их превосходными для применения в живом звуке.
• Высокая масса - динамические микрофоны относительно тяжелые и массивные. Это делает их менее чувствительными по сравнению с другими типами микрофонов. Если микрофон имеет низкую чувствительность, это означает, что он может контролировать более громкий входной шум.
  Более чувствительные микрофоны будут хорошо звучать в тихих местах, но начнут искажать сигнал в более шумных местах. Диафрагмы динамических микрофонов обычно тяжелее, чем диафрагмы других типов микрофонов. Хотя это означает, что им требуется большая нагрузка, это, в свою очередь, означает, что они могут точно принимать очень сильные сигналы без искажений.
• Направленность - поддерживают всенаправленную и кардиоидную полярные диаграммы направленности. Большинство из них имеют полярную кардиоидную диаграмму направленности, что означает, что они могут наилучшим образом улавливать звуки перед диафрагмой и хорошо отклонять звуки за диафрагмой. Хотя существуют и другие типы микрофонов с кардиоидной полярной диаграммой направленности, динамические микрофоны лучше всего справляются с подавлением боковых и задних звуков. Этому есть множество применений.
  Во-первых, высокая направленность динамических микрофонов может помочь уловить конкретный источник или инструмент, даже если рядом находятся другие источники звука. Или пытаемся уловить голос вокалиста, сидящего рядом с ударной установкой, или гостя подкаста в шумной комнате, превосходная направленность динамических микрофонов может оказаться полезной.
  Направленность микрофонов с подвижной катушкой также помогает в ситуациях звукоизоляции. Каждый раз, когда мы передаем сигнал с микрофона на колонки в той же комнате, существует опасность, что звук из колонок попадет в микрофон и создаст петлю эха.
  Динамические микрофоны способны обеспечить большую нагрузку перед прохождением через динамики. Это еще одна причина, по которой они идеально подходят для живого звука.
• Отсутствие собственного шума - динамические микрофоны используют простые пассивные схемы для преобразования звука в электричество. Преимущество этой простоты заключается в отсутствии собственных шумов, что означает, что мы можем прикладывать большую нагрузку, не слыша шипения или жужжания.

2) Конденсаторные микрофоны

Емкость это способность системы поддерживать электрическую нагрузку.

В конденсаторном микрофоне, электропроводящая мембрана обычно изготавливается из полиэстера с золотым напылением, который, в свою очередь, является соседом неподвижной металлической пластины. Когда звуковые волны взаимодействуют с мембраной, мембрана перемещается вперед и назад относительно металлической пластины. Это изменение расстояния между опорной пластиной и мембраной приводит к изменению емкости, и возникает электрический сигнал.

Схема преобразования импеданса должна быть размещена после выхода конденсатора, чтобы сигнал был полезен в аудиосистеме. Эта схема требует +48 В - постоянного тока, известного как фантомное питание.

В некоторых применениях, например, в мобильных телефонах или компьютерах, используются электретные конденсаторные микрофоны, которые используют постоянно заряженный материал и не требуют фантомного питания. Ниже приведена упрощенная схема конденсаторного микрофона.

Конденсаторные микрофоны также очень распространены в профессиональных аудио применениях. Они очень полезны благодаря следующим особенностям:

• Небольшой вес - существуют некоторые практические преимущества диафрагмы малой массы в конденсаторных микрофонах. Во-первых, небольшая масса этих мембран дает возможность улавливать переходные звуковые волны. Переходная волна - это короткая, высокоамплитудная вспышка в начале звуковой волны. Чем тяжелее мембрана, тем больше время отклика на звуковую волну. Конденсаторные микрофоны отлично улавливают эти быстрые изменения звукового давления.
  Еще одним преимуществом диафрагм малой массы, используемых в конденсаторных микрофонах, является частотная характеристика. По сравнению с другими типами микрофонов, конденсаторные микрофоны имеют самую высокую частотную характеристику. Это означает, что конденсаторные микрофоны способны улавливать изменения в воздухе, которые происходят очень быстро. Это свойство дает микрофонам возможность улавливать больше деталей от источника звука.
  В отличие от тяжелых диафрагм динамических микрофонов, конденсаторные диафрагмы обладают высокой чувствительностью. Это положительно сказывается на четкости и способности улавливать звуки малой громкости. Однако их малая масса делает их чувствительными к насыщению в условиях высокого звукового давления.
• Переменная полярная диаграмма направленности - большинство конденсаторных микрофонов имеют фиксированную полярность, кардиоидный или всенаправленный спектр. Однако, поскольку плотность цепи в микрофоне очень мала по сравнению с цепью подвижной катушки, некоторые конденсаторные микрофоны предлагают возможность переключения полярного спектра с помощью переключателя.
  Это достигается за счет использования двух близко расположенных диафрагм. Сигнал от каждого из них смешивается вместе, и фазовые взаимодействия между этими двумя сигналами создают блокировку звуков, поступающих под определенными углами.

3) Микрофоны с пленкой

Пленочные микрофоны технически являются разновидностью динамических микрофонов. Они работают по следующему принципу: при движении электропроводящей пленки в поле магнита, на пленке создается электрическое напряжение.

В пленочном микрофоне волнистая пленка подвешивается в поле постоянного магнита. Пленка обычно изготавливается из легкого алюминиевого сплава. Когда звук взаимодействует с подвешенной пленкой, пленка перемещается относительно магнита. Это создает напряжение на пленке, которая в свою очередь подключается к выходному интерфейсу микрофона.

Пленочные микрофоны менее распространены в живых выступлениях, но все еще вполне пригодны для использования в студийных условиях. Благодаря следующим особенностям:

• Небольшой вес - малая масса пленочных диафрагм обеспечивает превосходную частотную характеристику. Поскольку происходят небольшие изменения скорости частиц воздуха, пленка может их отслеживать. Это создает электрический сигнал, который очень близок к оригинальному звуку. ​Хотя малая масса мембраны является преимуществом для звука в микрофоне, долговечность пленки в микрофоне страдает. Толщина пленки может составлять от 6 до 4 микрон. По сравнению с диаметром человеческого волоса в 100 микрон становится понятно, насколько тонка пленочная диафрагма. Внезапные порывы ветра и даже сила тяжести в определенном направлении могут повредить эти микрофоны.
• Низкая чувствительность - небольшая масса конденсаторных микрофонов делает их очень чувствительными. Однако пленочные микрофоны имеют небольшую массу, сохраняя при этом способность поддерживать высокий SPL. Это делает их привлекательными для захвата детальных и переходных звуков без опасения насыщения мембраны.
• Направленность - пленочные микрофоны по своей сути являются двунаправленными. Звуки с передней и задней стороны пленки (перпендикулярно пленке) воспринимаются одинаково. Таким образом, звуки со стороны (параллельно пленке) будут оказывать равномерное давление на обе стороны пленки и, как следствие, не приведут к какому-либо движению пленки. Направленность может быть полезна при съемке звучания хора в реверберирующем пространстве, что позволяет записывать и сигнал, и реверберацию.
• Нелинейная частотная характеристика - мембрана в пленке не линейно реагирует на уровень звукового давления. Это означает, что связь между звуковым давлением и напряжением не является параллельной. Данное качество имитирует человеческое восприятие шума. В результате получается более естественное звучание, менее обогащенное определенными характеристиками источника звука. Эта особенность делает пленочные микрофоны превосходными для стереозаписи инструмента или ансамбля.
• Отсутствие собственного шума - пленочные микрофоны часто используют пассивные схемы и менее чувствительны к электронным шумам, чем конденсаторные микрофоны. Напряжение на пленке представляет собой просто движение самой пленки, изолированное от любых электронных шумов. Это позволяет пленочным микрофонам быть очень тихими, сохраняя при этом способность быстро реагировать на небольшие движения воздуха.

4) Углеродные микрофоны

Углеродные микрофоны работают по следующему принципу: при сжатии углеродных гранул их прочность уменьшается.

Углеродные микрофоны не часто используются в современном мире, но они применялись в телефонии и радиовещании на заре развития технологии вплоть до конца 1970-х годов. Батарея необходима для создания электрического тока, проходящего через гранулы углерода. Когда звук взаимодействует с углеродом, гранулы углерода сжимаются. Это изменяет сопротивление углерода, в свою очередь увеличивая или уменьшая ток при движении воздуха. Карбоновые микрофоны страдают от сильного шума и ограниченной частотной характеристики.

5) Кристаллические микрофоны

Кристаллические микрофоны также называют пьезоэлектрическими микрофонами. Они работают по следующему принципу: когда определенные кристаллы подвергаются механическому воздействию, возникает напряжение.

В этом случае возникает пьезоэлектрический эффект. Когда звук оказывает давление на диафрагму или непосредственно на кристалл, кристалл деформируется. Эта деформация создает электрический ток на кристалле, который сам по себе представляет колебания воздуха. Кристаллические микрофоны в настоящее время широко не используются. Они не обладают широкой частотной характеристикой и работают с высоким импедансом, что не подходит для профессионального применения.

Справочный источник:

• AU: TYPES OF MICROPHONES