De la: Sisteme de proiectare acustică | 18/05/2018 | Categorie: Electroacustică

Microfoanele au două principii principale de funcționare: dinamic și condensator. Microfoanele dinamice constau dintr-o diafragmă fină conectată la o mică bobină de aluminiu care este plasată într-un câmp magnetic puternic. Când sunetul ajunge la diafragmă, îl mută înăuntru și în afară. Mișcarea înfășurării în câmpul magnetic constant formează o tensiune în acesta, care corespunde presiunii aplicate diafragmei, așa cum se arată în fig. 1.

abc-ul

Undele sonore ajung la membrană (A) și produc o tensiune de ieșire (B).

Microfoanele cu condensator sunt denumite în mod obișnuit microfoane cu condensator. Astfel de microfoane constau dintr-o placă posterioară fixă, aproape de membrană, așa cum se arată în FIG. 2

O placă electrică constantă se formează între placa din spate și membrană. Când diafragma se mișcă sub influența undelor sonore, tensiunea dintre placă și diafragmă se schimbă și creează impulsuri electrice care sunt transmise mai departe în circuit.

Astăzi, sarcina polarizată utilizată în majoritatea microfoanelor cu condensator este pre-încorporată în microfon. Acest lucru se face prin intermediul unui electret, a unui strat electrificat constant pe placă sau pe spatele membranei în sine. Aceste microfoane se numesc microfoane electret. Polarizarea externă este utilizată în microfoane de studio de înaltă calitate. În FIG. 3 este o vedere schematică a unui microfon condensator pre-polarizat cu material electret situat pe placa din spate.

Toate microfoanele cu condensator sunt echipate cu un preamplificator, care este plasat imediat după diafragmă. Sarcina sa este de a converti impedanța electrică prea mare a elementului condensator la valori adecvate, astfel încât semnalul să poată fi transmis cu ușurință printr-un cablu standard de microfon fără pierderi semnificative. Unele microfoane cu condensator (electret) prepolarizate sunt alimentate direct de o baterie internă de 9 volți, cum ar fi cea prezentată în diagramă.

Alte microfoane cu condensator sunt alimentate de o sursă externă de 48 de volți (așa-numita „putere fantomă”) de la consola de amestecare sau de la alte echipamente. Unele microfoane, cum ar fi AKG C1000S, sunt proiectate să funcționeze atât cu o baterie de 9 volți, cât și cu o sursă de alimentare fantomă.

Focalizarea microfonului

Cea mai de bază caracteristică a unui microfon este sensibilitatea sa tridimensională. Aproximativ 90% din toate microfoanele aparțin a două tipuri principale de sensibilitate: omnidirecțională (cuprinzătoare sau nedirecțională) și familia microfoanelor cardioide. Cardioizii sunt microfoane direcționale și au trei variații principale - tipul cardioid de bază, hiper cardioid și super cardioid.

Există și așa-numitele microfoane „de pușcă”, compuse dintr-un tub lung de interferență care permite un grad ridicat de directivitate la frecvențe medii și înalte. Acest tip de microfon nu este folosit foarte des, dar este util atunci când trebuie să ajungeți la o sursă de sunet la distanță.

Omnidirecțional

FIG. 4 Prezintă caracteristica omnidirecțională principală într-un grafic bidimensional, cunoscut și sub numele de diagramă polară (A), în timp ce diagrama tridimensională este prezentată în (B). Sensibilitatea omnidirecțională se realizează prin limitarea sunetului care intră în microfon în partea din față a diafragmei. În acest fel, microfonul răspunde în mod egal la sunetul provenit din toate direcțiile. La frecvențe foarte ridicate, desigur, va exista o ușoară nepotrivire și microfonul va arăta o preferință pentru sunetul care ajunge frontal, dar pentru majoritatea aplicațiilor, acest lucru este imperceptibil.

FIG. 5 prezintă detaliile unui microfon cardioid. Rețineți că aici există două căi către membrană: una este frontală, iar cealaltă este prin deschiderile laterale. Pentru sursele de sunet care sunt situate pe axă sau care au un unghi de incidență de 0 grade (prezentat în A), sunetul care ajunge din față va fi întotdeauna conducător sau mai puternic decât sunetul care intră prin gaura din spate. Acest lucru se datorează faptului că el parcurge o distanță mai mică. Pentru o sursă situată în spate (unghi de incidență de 180 de grade), cele două sunete care ajung la membrană vor fi egale și opuse și astfel vor fi neutralizate, așa cum se arată în B. Rezistența acustică este utilizată în construcția microfonului, pentru a asigurați o cale egală a undelor frontale și spate care vin de la sursă, care este situată la un unghi de 180 de grade.

Pentru pozițiile de mijloc ale unghiului de incidență, caracteristica va varia, așa cum se arată în diagrama polară (6A). Schema tridimensională de tip cardioid este prezentată în 6B.

Structura internă a microfonului cardioid este mult mai complexă decât cea a microfonului omnidirecțional. O atenție deosebită trebuie acordată traseului din spate, astfel încât neutralizarea surselor de 180 de grade să fie uniformă pentru o gamă de frecvență cât mai largă posibil. Un exemplu de microfon cardioid excelent măsurat la 0, 90 și 180 de grade este prezentat în fig. 7. După cum se poate observa, reducerea nivelului la 180 de grade este în intervalul de 20 - 25 dB în gama medie, dar acțiunea cardioidă scade la ambele capete - la frecvențe foarte mari și foarte joase.

Hipercardioid și supercardioid

Există variații ale tipului cardioid de bază care pot fi foarte utile pentru anumite aplicații. Dacă schimbăm ușor traseul din spate al sunetului, atunci unghiul la care avem semnalul cel mai slab se schimbă. Există două tipuri suplimentare care rezultă din aceste modificări și se numesc hipercardioide și supercardioide. Aceste tipuri au capacitatea de a schimba „raza” microfonului și pot fi foarte utile în diferite sisteme de sunet, oferind mai multă amplificare înaintea microfonului decât un microfon cardioid standard.

Unele caracteristici importante ale microfoanelor omnidirecționale și cardioide

1. Majoritatea microfoanelor ohm, în special cele cu condensator, au un răspuns de frecvență foarte egal și, prin urmare, sunt utilizate pe scară largă pentru măsurători.

2. Microfoanele omnidirecționale au zgomot relativ mic și nu arată efectul de proximitate al frecvențelor joase care există în cardioizi.

3. Datorită membranei bine sigilate, microfoanele omni sunt relativ mai puternice decât cardioidele.

  • Cardioizi

1. Microfonul cardioid este direcționat și are o gamă mai mare pe axa principală, în timp ce sensibilitatea sa în alte direcții este redusă.

FIG. 8A arată o comparație între un microfon omni și un cardioid, echivalent la distanța de lucru. Ceea ce arată figura este că microfonul cardioid poate fi utilizat la o distanță de 1,7 ori distanța de lucru a omni, atâta timp cât avem același nivel mediu de zgomot în cameră. Hipercardioidul poate fi utilizat de 2 ori distanța omni pentru același efect, iar supercardioidul - de 1,9 ori.

Când vine vorba de dB la aceeași distanță de funcționare, cardioidul va respinge sunetele laterale -4,8 dB mai eficient decât omni. Pentru comparație, supercardioidul - 5,8 dB, și hipercardioidul -6 dB.

2. Efectul intimității este o binecuvântare și un blestem. Multor cântăreți le place să-și crească frecvențele joase ale vocii prin apropierea microfonului de gura lor. Pe de altă parte, acest efect face microfoanele cardioide foarte sensibile la microfon și la zgomotul vântului.

FIG. 9 prezintă un efect tipic al apropierii unui microfon cardioid.

3. În condiții normale, microfonul cardioid oferă o protecție suplimentară de feedback (microfon), deși probabil nu atinge 4,8 dB așa cum am menționat mai devreme.

În timp ce un inginer de studio va prefera un microfon cardioid simplu din cauza gradului său zero de 180 de grade, un difuzor preferă un supercardioid sau hipercardioid datorită razei și focalizării suplimentare. Acest lucru poate fi util pe scenă când doi sau mai mulți interpreți sunt apropiați.

Aspecte electrice ale microfoanelor

În această secțiune vom discuta cinci puncte: impedanță, sensibilitate, nivel de zgomot intrinsec, punct de suprasarcină, sursă de alimentare.

  • Impedanță

În practica modernă de inginerie, microfoanele cu condensator au o impedanță internă de aproximativ 200 ohmi, în timp ce microfoanele dinamice variază de la 200 la 800 ohmi. Practic, aceste valori se încadrează în sfera denumirii „impedanță scăzută”. Toate acestea sunt proiectate pentru a se conecta la console moderne de mixere cu o impedanță de intrare nominală de 3000 ohmi și mai mult. Avantajul microfoanelor cu impedanță redusă este că pot fi utilizate la o distanță considerabilă de consolă fără pierderi semnificative. Distanța de până la 180 m, ceea ce este rar în aplicațiile normale, este o problemă. Dacă cablurile cu impedanță redusă sunt echilibrate, acestea rămân slabe sensibile la interferențele electrice externe.

  • Sensibilitate

La măsurarea (și calibrarea) sensibilității unui microfon, acesta este plasat într-un câmp sonor în care nivelul de presiune sonoră de 94dB la 1000Hz rămâne constant. 94 dB este un nivel de presiune acustică egal cu un Pascal (Pa). Măsurați tensiunea de ieșire descărcată și determinați sensibilitatea nominală.

Sensibilitatea este, de asemenea, dată în dB față de 1 volt, denumire cunoscută sub numele de dBV. Tabelul următor ne oferă informații despre sensibilitatea unor microfoane AKG:

ModelType Sensibilitate dBV C414B/ULS C480 CK61
C535EB C3000 C3800 D770 D58
Condensator (multi-model)
 12,5 mV/Pa
 - 38
Condensator (multi-capsulă) 10 mV/Pa
 - 40
Condensator (voce/instrument) 7 mV/Pa
- 43
Condensator electret 11 mV/Pa
- 39
Dinamic (voce)
 2,8 mV/Pa
- 51
Dinamic (voce/instrumente)
 2,5 mV/Pa
- 52
Dinamic (zgomot de neutralizare)
 0,72 mV/Pa
- 63

(Ecuația pentru conversia mV/Pa în dBV este dBV = 20 log (mV/Pa) - 60)

  • Nivelul propriu de zgomot

Zgomotul intern al unui microfon cu condensator este nivelul de zgomot pe care îl produce microfonul atunci când este plasat într-un mediu izolat de alte zgomote. De exemplu, un microfon care are un nivel de zgomot intern de 15 dBA produce același nivel ca un microfon perfect plasat într-o cameră cu zgomot ambiental de 15 dBA. Microfoanele dinamice nu măsoară nivelul zgomotului intern, deoarece depinde de sensibilitate și de elementele electrice utilizate.

În multe cazuri, putem ignora zgomotul propriu al microfonului, deoarece de obicei zgomotul acustic din mediul de lucru este semnificativ mai mare.

  • Punct de suprasarcină

Limita superioară efectivă a nivelului de presiune acustică pe care o poate rezista un microfon înainte de a produce distorsiuni. În general, producătorii au adoptat valori pentru distorsiuni de 0,5% sau 1%.

Pentru microfoanele dinamice, se notează valoarea nivelului de presiune acustică la care distorsiunile armonice sunt cuprinse între 1% și 3%.

Toate microfoanele cu condensator au nevoie de un fel de sursă de alimentare, deci au o secțiune de preamplificator. Multe microfoane electret au o baterie de 9 volți care le alimentează. Toate microfoanele cu condensator non-electret sunt alimentate de sursa de alimentare universală „fantomă” prezentată în fig. 10.

Alimentarea fantomă acoperă valori nominale de 12, 24 și 48 de volți, iar toleranța este suficientă pentru ca majoritatea microfoanelor să poată alimenta între 9 și 48V.

Principii de bază atunci când se utilizează microfoane

  • Interacțiunea mai multor microfoane

Uneori oamenii vor să folosească prea multe microfoane, dar de multe ori regula este că mai puțin este mai mult. Microfoanele deschise multiple nu numai că fac ca răspunsul în frecvență să fie decolorat de efectul pieptene, ci și să facă sistemul mai susceptibil la feedback. Vom ilustra acum unele dintre cele mai frecvente probleme.

  • Regula trei la unu

FIG. 11 Și ne arată modul corect de a acoperi doi interpreți care stau aproape împreună și fiecare are un microfon. Dacă distanța dintre microfoane este de cel puțin trei ori mai mare decât distanța dintre microfon și performerul său adiacent, atunci semnalul de la performerul la distanță la microfonul nostru va fi cu 10 dB mai slab, ceea ce nu va fi o problemă.

Dacă, totuși, sursa 1 este mai puternică decât sursa 2, așa cum se arată în FIG. 11B, atunci interpretul mai slab va trebui să apropie microfonul.

  • Microfoane combinate de podium

Dacă două microfoane sunt combinate astfel încât difuzorul să fie întotdeauna sunat, atunci trebuie acordată o atenție deosebită pentru ca efortul să fie corect și de succes. FIG. 12A arată cum acționează oamenii fără experiență. Aici, două microfoane sunt amplasate la distanță, ambele acoperind întreaga locație a difuzoarelor. Acesta este modul greșit de a construi sistemul. Modul corect este prezentat în fig. 12B. Cele două microfoane trebuie așezate una lângă cealaltă și înclinate astfel încât unghiul lor comun de acoperire să acopere fiecare poziție a difuzorului.

Care este problema? În cazul FIG. 12A are o singură poziție corectă pentru difuzor. Ar trebui să stea numai în centru la distanțe egale de cele două microfoane. Dacă se îndepărtează de această poziție, întârzierea relativă a sunetului va provoca interferențe și unele frecvențe vor fi neutralizate, iar altele vor fi amplificate. Acesta este așa-numitul efect de pieptene.

  • Reflecții de pe suprafețele din apropiere

FIG. 13A arată problemele obișnuite cu sunetul și înregistrarea. Suprafața reflectorizantă poate fi suprafața unei mese, a amvonului, a peretelui sau a podelei. În cazul prezentat în imagine, există două surse de sunet eficiente - principalul și cel reflectat. La microfon, acestea sunt conectate cu o întârziere între ele, producând un răspuns de frecvență al sunetului similar cu cel prezentat în fig. 13A. Regula care trebuie respectată este: microfonul cât mai departe posibil de suprafața reflectorizantă sau să fie montat direct pe suprafața însăși, așa cum se arată în fig. 13B, care face ca sunetul direct și reflectat să aibă aproape același timp.

Amintiți-vă, de asemenea, că, cu microfoanele omni-directe, efectul este și mai grav, deoarece acest tip nu distinge cu greu sunetul provenit de la axa principală și de partea laterală.

O problemă cu reflexiile de pe pereți și podele din ultimele două decenii a permis creșterea așa-numitelor limite/suprafață/microfoane. Acestea sunt proiectate pentru a fi montate pe o suprafață plană, unde pot primi atât semnale directe, cât și semnale reflectate în aceeași fază. Ca rezultat, ieșirea unui astfel de microfon va avea un nivel de două ori mai mare (+ 6dB) decât cel al unui microfon plasat departe de suprafață. Primele versiuni ale acestor microfoane erau de obicei omnidirecționale, dar acum produc și microfoane din familia cardioidelor.

  • Vântul și microfoanele. Nu le amestecați!

Indiferent dacă este în aer liber sau în interior, este imperativ să protejăm microfoanele de vânt, în special cele direcționale. Nu suflați niciodată în microfon pentru a afla dacă funcționează! Aceasta este o pedeapsă pentru ascultători, de asemenea provoacă riscul de udare și deteriorare a membranei microfonului. Este uimitor cât de mulți oameni care vorbesc în mod regulat în public nu au fost învățați niciodată regulile de bază privind utilizarea microfoanelor.

Regula, pentru a preveni zgomotul vântului și efectul „pop” cauzat de fluxul de aer puternic creat de pronunția unor consoane, este de a ține microfonul într-o parte (aproximativ 45 de grade), îndreptat către gura vorbitorului, fără a-i permite să vorbește direct la microfon.