A mikrofon (a görög μικρός - kicsi, φωνη - hang) egy elektroakusztikus eszköz, amely az akusztikus rezgéseket elektromos jellé alakítja .
Bell telefonjában a mikrofon, mint különálló egység hiányzott, funkcióját egy elektromágneses kapszula látta el , amely kombinálta a mikrofon és a telefonkapszula funkcióit. Az első, csak mikrofonként használt eszköz az Edison szénmikrofon volt, amelynek feltalálására 1878 - ban Heinrich Mahalsky és 1883 -ban Pavel Golubitsky is önálló igényt támasztott . Hatása a szénporszemcsék közötti ellenállás változásán alapul, amikor az összességükre nehezedő nyomás megváltozik.
A kondenzátor mikrofont a Bell Labs mérnöke, Edward Christopher Wente találta fel 1916- ban . Ebben a hang egy vékony fémmembránra hat, megváltoztatva a membrán és a fémház közötti távolságot. Így a membrán és a test által alkotott kondenzátor megváltoztatja a kapacitást. Ha állandó feszültséget kapcsolunk a lemezekre, a kapacitás változása áramot indukál a kondenzátoron keresztül, ezáltal elektromos jelet képez a külső áramkörben.
A dinamikus mikrofonok egyre népszerűbbek , a karbon mikrofonoktól sokkal jobb linearitásban és jó frekvenciatulajdonságban, a kondenzátoros mikrofonoktól pedig elfogadhatóbb elektromos tulajdonságukban különböznek. Az első dinamikus mikrofon a szalag típusú elektrodinamikus mikrofon volt, amelyet 1924 -ben Erlach és Schottky német tudósok találtak fel . Nagyon vékony (kb. 2 mikronos) alumíniumfóliából készült hullámos szalagot helyeztek mágneses térbe. Az ilyen mikrofonokat a rendkívül széles frekvenciaátvitel miatt még mindig használják stúdiófelvételeknél , de érzékenységük alacsony, a kimeneti impedancia nagyon kicsi (ohm töredékei), ami nagymértékben megnehezíti az erősítők tervezését. Ezen túlmenően, elegendő érzékenység csak a szalag nagy felületével (és így a mágnes méretével) érhető el, ennek eredményeként az ilyen mikrofonok nagyobbak és nehezebbek, mint az összes többi típus.
A szovjet tudósok, S. N. Rzsevkin és A. I. Jakovlev által 1925 -ben tervezett piezoelektromos mikrofon hangnyomás-érzékelőként egy piezoelektromos tulajdonságokkal rendelkező anyagot tartalmaz. A nyomásérzékelőként végzett munka lehetővé tette az első hidrofonok létrehozását és a tengeri élővilágra jellemző ultraalacsony frekvenciájú hangok rögzítését.
1931-ben az amerikai mérnökök, Vente és Teres ( Albert L. Thuras ) feltaláltak egy dinamikus mikrofont, amelynek tekercsét vékony polisztirol- vagy fóliamembránra ragasztották. A szalaggal ellentétben lényegesen nagyobb kimeneti impedanciája volt (tíz ohm és több száz kiloohm), kisebb méretben is gyártható és megfordítható. Az ilyen mikrofonok jellemzőinek javítása, a hangerősítő és a hangrögzítő berendezések fejlesztésével kombinálva lehetővé tette, hogy a hanglemezipar ne csak stúdiókörülmények között fejlődjön. A kis méretű (még a mikrofon működtetéséhez szükséges állandó mágnes tömege ellenére is), valamint a rendkívül érzékeny és erősen irányított dinamikus mikrofonok létrehozása jelentősen megváltoztatta a magánélet eszméjét, és egy számos jogszabályváltozás (különös tekintettel a lehallgató eszközök használatára).
Ugyanakkor a kifejlesztett elektromágneses mikrofonok az elektrodinamikus mikrofonoktól eltérően a membránra rögzített állandó mágnessel és rögzített tekercssel rendelkeznek. A tekercs tömegére vonatkozó szigorú követelmények hiánya miatt (ez jellemző a dinamikus mikrofonokra), az ilyen mikrofonokat nagy impedanciájúvá tették, és néha többcsapos tekercsekkel is rendelkeztek, ami sokoldalúbbá tette őket. Az ilyen mikrofonok a piezoelektromos mikrofonokkal együtt lehetővé tették hatékony hallókészülékek és toroktelefonok létrehozását .
Az elektret mikrofon , amelyet Yoguchi japán tudós talált fel az 1920-as évek elején, működési elvét és kialakítását tekintve közel áll a kondenzátor mikrofonhoz, azonban az elektretlemez fix kondenzátorlemezként és állandó feszültségforrásként működik . Az ilyen mikrofonok hosszú ideig viszonylag drágák voltak, és nagyon magas kimeneti impedanciájuk (mint a kondenzátorok, megaohm-os és nagyobb) kizárólag csöves áramkörök használatát kényszerítette ki. A térhatású tranzisztorok létrehozása rendkívül hatékony, miniatűr és könnyű elektret mikrofonok megjelenéséhez vezetett, amelyeket egy ugyanabban a csomagban összeszerelt térhatású tranzisztoros előerősítővel kombináltak.
A mikrofon működési elve az, hogy a levegő, víz vagy szilárd anyag hangrezgésének nyomása a mikrofon vékony membránjára hat. A membrán rezgései viszont elektromos rezgéseket gerjesztenek; A mikrofon típusától függően ez az elektromágneses indukció jelenségét, a kondenzátorok kapacitásának változását vagy a piezoelektromos hatást használja fel .
Az akusztikus-mechanikai rendszer tulajdonságai erősen függenek attól, hogy a hangnyomás a membrán egyik oldalán (nyomásmikrofon) vagy mindkét oldalán hat, a második esetben pedig attól, hogy ez a hatás szimmetrikus (nyomásgradiens mikrofon) vagy az egyik oldalon. a membrán rezgései, amelyek közvetlenül gerjesztik, a másodikon pedig bármilyen mechanikai vagy akusztikus ellenálláson, vagy késleltetési rendszeren (aszimmetrikus nyomásgradiens mikrofon) haladnak keresztül.
A mikrofon jellemzőit nagyban befolyásolja a mechanoelektromos része.
A főbb mikrofontípusok összehasonlító jellemzői (elavult adatok a TSB 1967-ből):
| Mikrofon típus | Érzékelt frekvenciatartomány, Hz | Frekvencia átvitel egyenetlensége, dB | Axiális érzékenység 1000 Hz frekvencián, mV / Pa |
|---|---|---|---|
| Karbon | 300-3400 | húsz | 1000 |
| Elektrodinamikus tekercs típus | 100-10 000 (1 osztály) 30-15 000 (felső osztály) |
12 | 0.5 ~1.0 |
| Elektrodinamikus öv típus | 50-10 000 (1. osztály) 70-15 000 (felső osztály) |
tíz | egy 1.5 |
| kondenzátor | 30-15 000 | 5 | 5 |
| Piezoelektromos | 100-5000 | tizenöt | ötven |
| Elektromágneses | 300-5000 | húsz | 5 |
Bármilyen típusú mikrofont a következő jellemzők alapján értékelnek :
A mikrofon érzékenységét a mikrofon kimeneti feszültségének a Р 0 hangnyomáshoz viszonyított aránya határozza meg , általában szabad hangtérben [1] , vagyis a visszaverő felületek hatásának hiányában [ 2] . Amikor egy szinuszos hanghullám a mikrofon munkatengelye irányába terjed, ezt az irányt axiális érzékenységnek nevezzük:
M0 = U/P0 (мВ/Па).
A mikrofon munkatengelye az elsődleges használat iránya, és általában egybeesik a mikrofon szimmetriatengelyével. Ha a mikrofon kialakításának nincs szimmetriatengelye, akkor a munkatengely iránya a műszaki leírásban van feltüntetve. A modern mikrofonok érzékenysége 1–2 (dinamikus mikrofonok) és 10–15 (kondenzátormikrofonok) mV/Pa között mozog. Minél nagyobb ez az érték, annál nagyobb a mikrofon érzékenysége.
Így a -75 dB érzékenységű mikrofon kevésbé érzékeny, mint -54 dB, a 2 mV/Pa jelölésű pedig 20 mV/Pa-nál. Tájékoztatásul: –54 dB megegyezik 2,0 mV/Pa értékkel. Azt is figyelembe kell venni, hogy ha a mikrofon érzékenysége kisebb, az egyáltalán nem jelenti azt, hogy rosszabb.
Az érzékenység frekvenciaválasza (FCC) a mikrofon axiális érzékenységének függősége a hangrezgések frekvenciájától szabad térben. A frekvencia-válasz laposságát jellemzően decibelben mérik , húsz logaritmusban (10-es bázis) a mikrofon érzékenységének egy adott frekvencián és a referenciafrekvencián (általában 1 kHz) való érzékenység arányában.
A mikrofon hangterének befolyását az akusztikai karakterisztikával becsüljük meg, amelyet a mikrofon membránjára ható erő és a szabad hangtérben uralkodó hangnyomás aránya határoz meg: A = F/P, de mivel az érzékenység A mikrofon M = U/P formátuma U/P = U / F • F / P és A-n keresztül fejezhető ki. Ekkor a következőt kapjuk: M = A • U / F. A mikrofon kimenetén lévő feszültség aránya a membránra ható erő U / F a mikrofont elektromechanikus átalakítóként jellemzi. Az akusztikus válasz határozza meg a mikrofon iránykarakterisztikáját. Az akusztikai jellemzők típusa, és ebből következően az irányjellemzők szerint háromféle mikrofont különböztetünk meg hangvevőként: nyomásvevők; nyomásgradiens; kombinált.
| nyomásvevők | |
| Mindenirányú | |
| nyomásgradiens vevők | |
| Kétirányú "nyolc" | |
| kombinált | |
| Kardioid | |
| Hiperkardioid | |
Az irányjellemző a mikrofon érzékenységének függése a hanghullám beesési irányától a mikrofon tengelyéhez képest. Az Mα érzékenység aránya határozza meg, amikor egy hanghullám a mikrofon akusztikus tengelyéhez képest α szöget zár be, és a tengelyirányú érzékenység aránya:
φ = M α /M 0A mikrofon irányíthatósága a hangforrásokhoz viszonyított lehetséges helyzetére utal. Ha az érzékenység nem függ a hanghullám beesési szögétől, azaz φ = 1, akkor a mikrofont mindenirányúnak nevezzük, és körülötte hangforrások helyezkedhetnek el. Ha pedig az érzékenység a szögtől függ, akkor a hangforrásokat abban a térszögben kell elhelyezni, amelyen belül a mikrofon érzékenysége alig tér el az axiális érzékenységtől.
Omnidirekcionális mikrofonokAz omnidirekcionális mikrofonokban - nyomásvevőkben - a membránra ható erőt a membrán felületén kialakuló hangnyomás határozza meg. A hangtér csak a membrán egyik oldalán tud hatni. A másik oldal szerkezetileg védett. Ha a mikrofon méretei kicsik a hanghullámhosszhoz képest, akkor a mikrofon nem változtatja meg a hangteret. Ha a méretek arányosak a hullámhosszal, akkor a hanghullámok diffrakciója miatt a mikrofon irányítottságot kap. Az 5000 Hz-es és az alatti frekvenciákon az ilyen mikrofonok mindenirányúak. Az omnidirekcionális mikrofonok előnye a tervezés egyszerűsége, a kapszulaszámítás és a karakterisztikák időbeli stabilitása. Az Omnidirectional kapszulákat gyakran használják mérőmikrofonok részeként, a mindennapi életben a kerek asztalnál ülők beszélgetésének rögzítésére is alkalmasak.
Kétirányú mikrofonokNyomásgradiens vevőmikrofonoknál a mozgó mikrofonrendszerre ható erőt a membrán két oldalán lévő hangnyomáskülönbség határozza meg. Vagyis a hangtér a membrán két oldalán hat. Az iránykarakterisztika nyolcas alakú.
A kétoldalú mikrofonok kényelmesek például két egymással szemben ülő beszélgetőpartner közötti beszélgetés rögzítésére. Használatuk kényelmes a felvevőstúdiókban, amikor hangot rögzítenek hangszerek lejátszása közben - mivel levágják azokat a hangokat, amelyek nem illeszkednek a fő hanghoz, valamint néhány sztereó hangfelvételi módszerhez ( Blumlein technológia ).
Egyirányú mikrofonokAz egyirányú irányíthatóság a kombinált mikrofonoknál érhető el. Sugárzási mintáik alakjukban közel állnak a kardioidokhoz , ezért gyakran kardioidnak nevezik őket. A kardioid mikrofonoknál még kisebb irányítottságú mikrofonok módosításait szuperkardioidnak és hiperkardioidnak nevezik, de ezek a fajták a kardioid mikrofontól eltérően érzékenyek az ellenkező oldalról érkező jelekre is.
Ezeknek a mikrofonoknak vannak bizonyos előnyei a működés során: a hangforrás a mikrofon egyik oldalán, meglehetősen széles térszögben helyezkedik el, és a mikrofon nem érzékeli az azon túl terjedő hangokat.
Egyenértékű zajszint . _ A nemzetközi szabványok szerint a mikrofon önzajszintje az a hangnyomásszint, amely a mikrofon kimenetén olyan feszültséget hoz létre, amely megegyezik azzal a feszültséggel, amely hangjel hiányában csak a saját zaja miatt keletkezik. . A képlet segítségével kiszámítható
L pE \u003d 20lg U w / Sρ0,
ahol:
U w - a próbapad kimenetén a GOST 16123-88 (IEC 60268-4) szerinti feszültségértékek négyzeteinek különbségének négyzetgyöke, a csatlakoztatott mikrofonnal mérve, és a cseréjekor ellenállás - a vizsgált mikrofon ellenállásmoduljának megfelelője,
S a mikrofon érzékenysége 1000 Hz frekvencián, ρ0=2×10 −5 Pa.
Ennek a paraméternek a mérési módszerei némileg eltérnek a különböző szabványokban, ezért a modern katalógusokban általában az ekvivalens zajszint két értékét adják meg: a DIN 45 412 (IEC 60268-1) szerint és a DIN 45 405 szerint ( CCIR 468-3). Az első esetben az A súlyozási standard görbét alkalmazzuk a méréseknél, a második esetben a súlyozási görbe eltérő alakját (pszichometriai görbe 468) és a különbség a mikrofonok mérésére alkalmasabb technikában van.
Mikrofonokhoz többféle hangszűrő létezik: poliuretán fedőréteg, popszűrő , hangcsillapító dobozok és kapszulák (rácsok).
Mikrofon eltávolított szélvédővel
pop szűrő
Prémes szűrő (köznyelvi „kutya"; angolul a „dead cat" (döglött macska) vagy a „dead kitten" (döglött cica) kifejezések használatosak, mérettől függően. A leghatékonyabb szélzajszűrő. Egy merev burkolatú "zeppelin".
Mikrofonrács ("kosár") a mikrofonkapszulába érkező hang kiszűrése a széltől (fúj)
A legtöbb mikrofon audioberendezéshez van csatlakoztatva. A mikrofon vezetékes csatlakozása az audioberendezéshez lehet rögzített vagy leválasztható . A leggyakrabban a levehető csatlakozást használják. Sok éven át a színpadi előadások, konferenciák és hasonlók során vezetékes mikrofonokat használtak, mivel azok szerények és könnyen használhatók. A professzionális mikrofonok háromvezetékes kiegyensúlyozott csatlakozással rendelkeznek ( XLR csatlakozók ), hogy csökkentsék az interferenciát és az interferenciát. A kondenzátormikrofonok működéséhez az audioberendezéseknek fantomtáppal kell rendelkezniük .
Vannak szofisztikáltabb eszközök is - rádiómikrofonok (vezeték nélküli mikrofonok, rádiórendszerek) -, amelyek versenyeznek a vezetékes mikrofonokkal, bár nem teljesen kiszorítják azokat (színpadon, konferenciákon is fellépnek velük). Az ilyen mikrofon belsejében egy rádióadó található, amely egy belső antennán keresztül rádión továbbítja a hangokat a közeli rádióvevőhöz ( vevőegységhez ) (egyes vezeték nélküli mikrofonok külső antennával is rendelkeznek; a vevőnek külső antennával kell rendelkeznie). A vevő működési frekvenciája szigorúan megfelel a mikrofon adó működési frekvenciájának (a működési frekvenciát megahertzben (MHz, MHz) mérik, és több száz egységet is elérhet - ez VHF rádiókommunikáció (vagy FM; néha „FM vezeték nélküli mikrofon ” van feltüntetve a műszaki leírásban.) A vevő vezetéken keresztül csatlakozik az audio berendezéshez, miközben magát a hálózatról táplálja .
A rádiómikrofonok legfőbb kényelme, hogy a vezetékes mikrofonokkal ellentétben korlátozott adóteljesítményűek, de nagyobb mozgásszabadsággal rendelkeznek. Hátránya az akkumulátorok viszonylag gyakori lemerülése ( akkumulátorok ) [3] .
A rádiómikrofonok háztartási és professzionális használatra egyaránt rendelkezésre állnak. A háztartási készülékek általában " plug and play " elven működnek ("plug and play"), és csak a kimeneti hangerő beállításai vannak. Professzionális sorozatú rádiórendszereknél a vevőn és magán a mikrofonon is beállíthatja a kívánt jelbeállításokat az egyes mikrofonokhoz (más elnevezések: kalibrálás, detuning), ami lehetővé teszi, hogy egy vevőegység esetenként 10 vagy több rádiómikrofont is kiszolgáljon egyszerre. Ráadásul a jel és az átvitt hangok minősége sokkal jobb, mint a háztartásié, ezért a professzionális rádiómikrofonok olyan jól beváltak a koncerteken. Ugyanebből a professzionális sorozatból léteznek digitális mikrofonos rádiórendszerek is.
A professzionális rádiómikrofonok leghíresebb gyártói a Sennheiser , a Beyerdynamic ( Németország ) és a Shure ( USA ). .
A képen példaként a Nady DKW-Duo rádiómikrofon látható. Ha egy koncerten több rádiómikrofon is részt vesz, általában elektromos szalaggal feltekerik a színjelöléshez (mint a képen), mivel megjelenésükben azonosak (ha azonos típusúak és sorozatúak) [4] .