Mikrofon (často nazývá mikrofon podle apokopa ) je elektroakustický měnič , to znamená, že zařízení, schopné převedení akustický signál na elektrický signál .
Používání mikrofonů je nyní velmi rozšířené a přispívá k mnoha praktickým aplikacím:
Také nazvaný mikro , podle metonymy , elektromagnetické převodníky elektrické kytary ( kytara vyzvednutí ) a piezoelektrické snímače ( piezo pickup ) používá u přístrojů, jejichž zvuk má být amplifikován.
Elektronická součástka , která vyrábí nebo moduluje elektrického napětí nebo proudu podle akustického tlaku, se nazývá kapsle . Termín mikrofon používá také synecdoche . Tkanina nebo mřížka obecně chrání tuto křehkou část.
První použití výrazu mikrofon označilo jakýsi akustický roh . David Edward Hughes to nejprve použil k označení akusticko-elektrického měniče. Zlepšení Graham Bell je zařízení , Hugues klade důraz na schopnost zařízení on co-vynalezl přenášet mnohem nižší zvuky.
Membrána vibruje působením akustického tlaku a zařízení, které spoléhá na technologii mikrofonu, převádí tyto oscilace na elektrické signály. Konstrukce mikrofonu zahrnuje akustickou část a elektrickou část, které definují jeho vlastnosti a typ použití.
Pokud je membrána v kontaktu se zvukovou vlnou pouze na jedné straně, zatímco druhá je v pouzdru se stálým atmosférickým tlakem, vibruje podle změn tlaku. Mluvíme o senzoru akustického tlaku . Tento typ senzoru reaguje stejným způsobem na zvukové vlny bez ohledu na směr původu. Je necitlivý na vítr. Je základem všesměrových mikrofonů .
Mikrofony s povrchovým efektem jsou tlakové senzory připojené k povrchu do určité míry vytvářející přepážku, která zdvojnásobuje akustický tlak v polokouli omezený nosnou plochou (viz PZM (mikrofon) (en) ).
Senzory tlakového spádu (obousměrné nebo směrovost v 8)Pokud je membrána v kontaktu se zvukovou vlnou na obou stranách, nevibruje, když vlna narazí, protože přetlaky jsou na obou stranách stejné. Tento typ membrány se nazývá senzor akustického gradientu tlaku . To je základ obousměrných nebo osmi směrových mikrofonů .
Smíšené nebo variabilní typyKombinací těchto dvou typů, buď akustickými prostředky, jemnějším způsobem řízení přístupu zvukových vln k zadní straně membrány, nebo elektrickými prostředky, kombinací signálu ze dvou membrán, získáme užitečné směrovosti, v konkrétní kardioidní (také nazývaný jednosměrný):
kapsle | všesměrový | obousměrný | kardioidní | zpráva | |
---|---|---|---|---|---|
vzorec | |||||
zvuk v ose | 100%, 0 dB | ||||
jeho strana | (90 °) | 50%, -6 dB | |||
jeho zadní část | (180 °) | 0%, -∞ dB |
Mikrofony z širokého kardioidní , super- kardioidní a hyperkardioidní směrovost jsou vytvořeny změnou poměrů mezi všesměrovou složkou a součástky s obousměrným. Mikrofony mohou poskytovat úpravu směrovosti nebo přepínání.
Tyto konstrukce umožňují dát větší důležitost zdroji, na který je mikrofon nasměrován, a zmírnit dozvukové zvukové pole, které vychází ze všech směrů. Definujeme index směrovosti jako vyjádření v decibelech poměru mezi zvukem přicházejícím v ose mikrofonu a zvukem stejného efektivního akustického tlaku přicházejícího z ideálně rozptýleného zdroje (přicházejícího všude kolem mikrofonu).
všesměrový
kardioidní
superkardioidní
hyperkardioidní
obousměrný
kapsle | vzorec | index směrovosti |
úhel pro útlum při | úroveň pro úhel | |||
---|---|---|---|---|---|---|---|
-3 dB | -6 dB | -∞ dB | 90 ° (boční zvuk) | 180 ° (zadní zvuk) | |||
všesměrový | 0 dB | - | - | - | 0 dB | 0 dB | |
kardioidní | 4,8 dB | 65 ° | 90 ° | 180 ° | -6 dB | -∞ dB | |
superkardioidní | 5,7 dB | 56 ° | 75 ° | 120 ° | -9 dB | -10 dB | |
hyperkardioidní | 6,0 dB | 52 ° | 70 ° | 110 ° | -12 dB | -6 dB | |
obousměrný | 4,8 dB | 45 ° | 60 ° | 90 ° | -∞ dB | 0 dB |
Interferenční trubicové mikrofony poskytují zvýrazněné směrovosti, ale silně závislé na frekvencích. Kvůli jejich podlouhlému tvaru se jim říká brokové mikrofony .
Velikost membrányVelikost membrány ovlivňuje převod na vibrace a poté na elektrický signál .
Při kontaktu se stěnou kolmou na směr šíření vyvíjí zvuková vlna výkon úměrný ploše a druhé mocnině zvukového tlaku:
nebo mikrofonní membrána o průměru 20 mm dosažená kolmou zvukovou vlnou s tlakem 1 Pa . Plocha stěny je 3,14e -4 m², akustický výkon na membráně je 0,76 μW .
Pouze část této energie lze obnovit ve formě elektrického signálu popisujícího zvukovou vlnu. Čím větší je membrána, tím méně je nutné zesílit signál, a proto je méně vystavena zpracování, které nevyhnutelně vede k určitému množství šumu a zkreslení.
Velikost membrány tedy určuje maximální citlivost mikrofonu. Ale jakmile se největší rozměr membrány stane významným s ohledem na vlnovou délku zvuku, představuje to pro zvukové vlny, které nepřicházejí kolmo, hřebenový filtr . Ovlivňují samozřejmě další jevy, jako je difrakce na okrajích, což činí skutečnou odezvu složitější.
Přítomnost tuhého okolí kolem membrány vytváří povrchový efekt, který zvyšuje akustický tlak pro frekvence, jejichž vlnová délka je menší než velikost sestavy membrány a prostoru. Tato překážka může být plochá nebo sférická, tvoří kolem kapsle snímače tlaku akustický filtr, jako je ochranná mřížka, která vymezuje dutinu, jejíž vlastnosti ovlivňují odezvu mikrofonu, zejména při nejvyšších frekvencích.
Aplikace ( mobilní telefon , klopový mikrofon ), které vyžadují malé mikrofony, čímž omezují velikost membrány.
První mikrofony, poprvé používané v telefonech, používaly změnu odporu granulovaného uhlíkového prášku, když byly vystaveny tlaku. Když je prášek stlačen, odpor klesá. Pokud tímto práškem prochází proud, bude modulován podle akustického tlaku na membránu, která na prášek tlačí. Tímto způsobem je samozřejmě možné postavit pouze tlakové senzory. Tyto mikrofony jsou necitlivé, pracují v omezeném frekvenčním rozsahu a jejich odezva je pouze velmi přibližně lineární, což způsobuje zkreslení. Mají tu výhodu, že dokážou vyprodukovat poměrně vysoký výkon bez zesilovače. Byly použity v telefonních sluchátkách , kde byla oceněna jejich robustnost, a v rádiu před zavedením metod poskytujících lepší výsledky.
Dynamický mikrofon s pohyblivou cívkouV pohyblivých elektromagnetických mikrofonech s cívkou je cívka přilepena k membráně, což způsobuje její vibrace v silném pevném magnetickém poli permanentního magnetu. Pohyb vytváří elektromotorickou sílu vytvářející elektrický signál. Protože přeměna zvukové energie vydávané působením akustického tlaku na membránu přímo dává použitelný proud, říká se , že tyto mikrofony jsou dynamické , protože na rozdíl od uhlíkových mikrofonů a kondenzátorových mikrofonů nepotřebují „jídlo“.
Vzhled neodymových magnetů v 80. letech umožňoval intenzivnější magnetické pole se zlepšením kvality elektromagnetických mikrofonů.
Páskový mikrofonU elektromagnetických páskových mikrofonů je membrána pružná ražená páska instalovaná v magnetickém poli permanentního magnetu. Funguje jako elektromagnetický mikrofon s pohyblivou cívkou, s výhodou lehkosti pohyblivé části. To nevyžaduje energii. Výstupní impedance je mnohem nižší než u jiných typů a je velmi křehká.
Kondenzátorový mikrofonV kondenzátorových mikrofonech je membrána pokrytá tenkou vodivou vrstvou jednou z kotev kondenzátoru nabitého stejnosměrným napětím, druhá kotva je upevněna. Vibrace táhnou výztuhy dohromady a pryč a mění kapacitu . Vzhledem k tomu, že zátěž je konstantní a rovná se součinu napětí a kapacity, změna kapacity vytváří inverzní změnu napětí. Výstupní impedance je velmi vysoká. Elektrostatické mikrofony potřebují napájecí zdroj, na jedné straně pro polarizaci kondenzátoru, na druhé straně pro zesilovač impedančního adaptéru, který musí být blízko membrány.
Energie může být dodávána speciálním vodičem připojeným k propojovací skříňce, která také zajišťuje přizpůsobení impedance. To však platí pouze pro několik velmi špičkových mikrofonů. Většina modelů používá fantomové napájení , tak pojmenované, protože nevyžaduje žádné další ovladače.
Citlivost kondenzátorových mikrofonů je vyšší než citlivost dynamických mikrofonů. K samotnému kmitání membrány je zapotřebí menšího akustického výkonu než zařízení s membránovou cívkou a zesilovač přizpůsobený impedanci odebírá velmi malý výkon. Tento zesilovač je navržen pro snímač a také řídí šířku pásma; samotnou odezvou kondenzátoru je nízkoprůchodový filtr ( Rayburn 2012 , s. 33). Tyto zesilovače byly nejprve složeny z elektronky a transformátoru . V poslední době byla jejich úroveň šumu a zkreslení, jakož i jejich citlivost na rušení sníženy použitím tranzistorů nebo tranzistorů s efektem pole bez transformátorů.
Vysokofrekvenční kondenzátorový mikrofonKondenzátor tvořený membránou a pevnou kotvou není polarizován přímým napětím, ale s odporem představuje filtr, jehož mezní frekvence se mění jako kapacita. Úroveň vysokofrekvenční modulace proto sleduje vibrace membrány. V další fázi je demodulace na diodě, která pohání výstupní tranzistory.
Elektretový kondenzátorový mikrofonElektretové kondenzátorové mikrofony využívají vlastnosti určitých materiálů k udržení trvalého elektrostatického náboje. Jeden takový materiál tvoří jednu armaturu kondenzátoru, membrána druhou. Elektretové mikrofony nepotřebují zkreslené napětí, ale mají zesilovač přizpůsobující impedanci, který vyžaduje napájení. Pokud výstupní špičkové napětí není příliš vysoké, lze tuto energii napájet z baterie.
Polarizační náboj v průběhu času klesá, což má za následek ztrátu citlivosti mikrofonu v průběhu let.
Konstrukce nebo volba stávajícího modelu musí brát v úvahu použití, pro které je mikrofon určen:
Kvalita transkripce zvuku závisí na charakteristikách a kvalitě mikrofonu, ale také a hlavně na umístění mikrofonu ve vztahu ke zdroji a také na prostředí zvukového záznamu (hluk, vítr atd.) .
Směrovost je základní charakteristikou mikrofonu. Udává jeho citlivost podle původu zvuku ve vztahu k jeho ose.
Všesměrový | Široký kardioidní | Kardioidní | Hyperkardioidní | Hlaveň (laloky) | Obousměrný nebo obrázek 8 | |
---|---|---|---|---|---|---|
V tabulce je mikrofon umístěn svisle a směřuje nahoru. |
Polární diagram představuje citlivost mikrofonu podle směru vzniku zvukové vlny. Délka středového bodu na křivce označuje relativní citlivost v decibelech . Ve většině případů citlivost závisí pouze na směru vzhledem k hlavní ose mikrofonu; jinak jsou zapotřebí dva diagramy. Směrovost také závisí na frekvenci ; kompletní diagramy obsahují několik křivek relativních hodnot. Obecně je diagram symetrický a pro lepší čitelnost lze na každou stranu osy umístit poloviční křivky.
Nejčastěji je frekvenční odezva nejvíce, i když mikrofon směřuje ke zdroji. Pokud jiné zvuky nesplývají se zvukem hlavního zdroje, lze k vyrovnání tónu použít rozdíly v odezvě mimo osu.
Zvukoví profesionálové mají tendenci upřednostňovat kondenzátorové mikrofony před dynamikou studia. Obecně nabízejí mnohem vyšší poměr signál-šum a širší a plynulejší frekvenční odezvu.
U velmi výkonných zdrojů, jako jsou bicí nástroje , dechové nástroje nebo zesilovače pro elektrickou kytaru , má dynamický mikrofon tu výhodu, že absorbuje vysoké akustické tlaky. Jejich robustnost je často činí preferovanými pro jeviště.
Kondenzátorový mikrofon má výhodu vynikajících přechodových a šířkových odezev, mimo jiné díky lehkosti pohyblivé části (pouze vodivá membrána ve srovnání s hmotou cívky dynamického mikrofonu). Obvykle potřebují energii, obvykle fantomovou energii . Často zahrnují možnosti zpracování signálu, jako je modulátor směrovosti, nízkofrekvenční tlumič nebo dokonce omezovač hlasitosti (Pad).
Kondenzátorové mikrofony jsou oblíbené u profesionálů kvůli věrné reprodukci.
Tyto zvukové úrovně odborníci použít všechny snímače tlaku mikrofony (všesměrové) elektrostatickými. Toto použití vyžaduje kalibraci mikrofonu; pistonfonem je zařízení běžně používané pro tento účel.
Elektretový mikrofon, který se snadno miniaturizuje, je široce používán v audiovizuálním poli (klopový mikrofon, mikrofon náhlavní soupravy atd.), Kde je oceňován pro svůj poměr velikost / citlivost. Nejlepší modely dokonce dokáží z hlediska citlivosti konkurovat některým kondenzátorovým mikrofonům.
Současné elektrety těží z konstrukce, která překonává tuto nepříjemnou omezenou délku života, kterou elektret znal od 70. let.
Starý mikrofon Grundig (dřevěné uhlí).
Dynamický mikrofon pro karaoke .
Shure SM57 a jeho ekvivalent Beta57 (dynamický).
Sennheiser 845 (dynamický).
Mikrofon AKG C414 (zpěv, zpěv, kondenzátor).
Neumann U89i (univerzální, kondenzátor).
Neumann U87 (univerzální, kondenzátor).
Oktava 319 (nástroje, kondenzátor).
Miniaturní elektretový mikrofon.
Mikrofonní kapsle dává signál odpovídající bodu ve zvukovém prostoru. Uspořádání kapslí dává několik signálů, které umožňují reprezentovat směr zdroje nebo získat konkrétní směrovosti.
Příslušenství mikrofonu je