Mikrofoni (jota kutsutaan usein mikrofoni , jonka loppuheitto ) on sähköakustinen muunnin , joka on, laite, joka pystyy muuntamaan akustisen signaalin osaksi sähköiseksi signaaliksi .
Mikrofonien käyttö on nyt yleistä ja edistää monia käytännön sovelluksia:
Kutsutaan myös mikro , mukaan metonymy , sähkömagneettiset muuntimet sähkökitaran ( kitara pickup ) ja pietsosähköiset anturit ( piezo pickup ), jota käytetään välineiden, joiden ääni on tarkoitettu monistetun.
Elektroninen komponentti , joka tuottaa tai moduloi sähköisen jännitteen tai virta mukainen äänenpaine kutsutaan kapseli . Termiä mikrofonia käytetään myös mukaan Synecdoche . Kangas tai ristikko suojaa yleensä tätä haurasta osaa.
Mikrofonin ensimmäisen käytön yhteydessä nimettiin eräänlainen akustinen torvi . David Edward Hughes käytti sitä ensin viitaten akustiseen-sähköiseen anturiin. Graham Bellin laitetta parantamalla Hugues korostaa yhdessä keksimänsä laitteen kykyä siirtää paljon alhaisempia ääniä.
Kalvo värisee äänenpaineen vaikutuksesta, ja mikrofonitekniikkaan perustuva laite muuntaa nämä värähtelyt sähköisiksi signaaleiksi. Mikrofonin suunnittelu sisältää akustisen osan ja sähköisen osan, jotka määrittelevät sen ominaisuudet ja käyttötavan.
Jos kalvo on kosketuksessa ääniaallon kanssa vain toisella puolella, kun taas toinen on kotelossa, jossa ilman paine on vakio, se värisee paineen vaihteluiden mukaan. Puhumme akustisesta paineanturista . Tämän tyyppinen anturi reagoi melkein samalla tavalla ääniaaltoihin alkuperän suunnasta riippumatta. Se on herkkä tuulelle. Se on monisuuntaisten mikrofonien perusta .
Pintaefektimikrofonit ovat paine-antureita, jotka on kiinnitetty jossain määrin pinnalle, joka muodostaa välilevyn, joka kaksinkertaistaa kantopinnan rajoittaman pallonpuoliskon äänenpaineen (katso PZM (mikrofoni) (en) ).
Paineen kaltevuusanturit (kaksisuuntaiset tai suuntaavat 8: ssa)Jos kalvo on kosketuksessa ääniaallon kanssa molemmin puolin, se ei värise aallon kohdatessa, koska ylipaineet ovat samat molemmilla puolilla. Tämän tyyppistä kalvoa kutsutaan akustiseksi paineen gradienttianturiksi . Tämä on perusta kaksisuuntaisen tai 8- mikrofonia .
Sekoitetut tai vaihtelevat tyypitYhdistämällä nämä kaksi tyyppiä joko akustisilla keinoilla, säätämällä hienovaraisemmin ääniaaltojen pääsyä membraanin takapintaan tai sähköisin keinoin, yhdistämällä kahden kalvon signaali, saadaan hyödyllisiä suuntauksia, tietty kardioidi (tunnetaan myös yksisuuntaisena):
kapseli | monisuuntainen | kaksisuuntainen | sydän | raportti | |
---|---|---|---|---|---|
kaava | |||||
ääni akselilla | 100%, 0 dB | ||||
hänen puolensa | (90 °) | 50%, -6 dB | |||
hänen takaosansa | (180 °) | 0%, -∞ dB |
Mikrofonit, joilla on laaja sydän- , super- ja hyperkardioidisuuntavuus, rakennetaan muuttamalla suuntakomponentin ja kaksisuuntaisen komponentin osuuksia. Mikrofonit voivat säätää suuntaa tai vaihtaa.
Näiden rakenteiden avulla voidaan antaa enemmän merkitystä lähteelle, johon mikrofoni on suunnattu, ja vaimentaa kaikilta puolilta tulevaa kaikua. Määrittelemme directivity indeksi kuin lauseke, on desibeleinä, välistä suhdetta tulevan äänen akselilla mikrofonin ja äänen sama tehollinen akustinen tuleva paine ihanteellisella hajakuormituslähteestä (joka puolelta ympäri mikrofoni).
monisuuntainen
sydän
superkardioidi
hyperkardioidi
kaksisuuntainen
kapseli | kaava | suuntautuvuutta indeksi |
vaimennuskulma | taso kulmalle | |||
---|---|---|---|---|---|---|---|
-3 dB | -6 dB | -∞ dB | 90 ° (sivusuuntainen ääni) | 180 ° (takaääni) | |||
monisuuntainen | 0 dB | - | - | - | 0 dB | 0 dB | |
sydän | 4,8 dB | 65 ° | 90 ° | 180 ° | -6 dB | -∞ dB | |
superkardioidi | 5,7 dB | 56 ° | 75 ° | 120 ° | -9 dB | -10 dB | |
hyperkardioidi | 6,0 dB | 52 ° | 70 ° | 110 ° | -12 dB | -6 dB | |
kaksisuuntainen | 4,8 dB | 45 ° | 60 ° | 90 ° | -∞ dB | 0 dB |
Häiriöputkimikrofonit antavat korostetun suuntauksen, mutta riippuvat voimakkaasti taajuuksista. Pitkän muodonsa vuoksi niitä kutsutaan haulikkomikrofoneiksi .
Kalvon kokoKalvon koko vaikuttaa muuntumiseen värähtelyksi ja sitten sähköiseksi signaaliksi .
Koskettamalla etenemissuuntaan kohtisuoraa seinää ääniaalto kehittää äänenpaineen alueeseen ja neliöön verrannollisen tehon:
tai halkaisijaltaan 20 mm: n mikrofonikalvo, joka saavutetaan kohtisuoralla ääniaallolla, jonka paine on 1 Pa . Seinän pinta-ala on 3,14e -4 m², membraanin ääniteho on 0,76 μW .
Vain osa tästä tehosta voidaan palauttaa ääniaalloa kuvaavan sähköisen signaalin muodossa . Mitä suurempi kalvo, sitä vähemmän signaalin vahvistaminen on välttämätöntä, ja sitä vähemmän sitä alistetaan prosessoinnille, joka johtaa väistämättä tiettyyn kohinaan ja vääristymiin.
Kalvon koko määrittää siten mikrofonin maksimiherkkyyden. Mutta heti kun kalvon suurimmasta mitasta tulee merkittävä äänen aallonpituuden suhteen, se muodostaa kohtisuoraan saapumattomille ääniaalloille kampa-suodattimen . Tietenkin muut ilmiöt, kuten reunojen diffraktio , puuttuvat, mikä tekee todellisesta vastauksesta monimutkaisemman.
Jäykän kehyksen läsnäolo membraanin ympärillä luo pintavaikutuksen, joka lisää äänenpainetta taajuuksille, joiden aallonpituus on pienempi kuin membraania ympäröivän kokoonpanon koko. Tämä este voi olla tasainen tai pallomainen, se muodostaa paineanturikapselin ympärille akustisen suodattimen, kuten suojaverkon, joka rajaa ontelon, jonka ominaisuudet vaikuttavat mikrofonin vasteeseen, erityisesti korkeimmilla taajuuksilla.
Pieniä mikrofoneja tarvitsevat sovellukset ( matkapuhelin , lavalierimikrofoni ) rajoittavat siten kalvon kokoa.
Ensimmäisissä puhelimissa ensin käytetyissä mikrofoneissa käytettiin rakeisen hiilijauheen resistanssin vaihtelua paineen alaisena. Kun jauhe puristetaan, vastus pienenee. Jos virta kulkee tämän jauheen läpi, sitä moduloidaan jauhetta painavan kalvon akustisen paineen mukaan. Tällä tavalla voidaan luonnollisesti rakentaa vain paineanturia. Nämä mikrofonit eivät ole herkkiä, toimivat rajoitetulla taajuusalueella, ja niiden vaste on vain suunnilleen lineaarinen, mikä aiheuttaa vääristymiä. Niiden etuna on mahdollisuus tuottaa melko suuri teho ilman vahvistinta. Niitä käytettiin puhelimissa , joissa niiden kestävyyttä arvostettiin, ja radiossa ennen parempia tuloksia tuottavien menetelmien käyttöönottoa.
Dynaaminen liikkuva kelamikrofoniLiikkuvissa kelan sähkömagneettisissa mikrofoneissa kela liimataan kalvoon, mikä saa sen värisemään kestomagneetin vahvassa kiinteässä magneettikentässä. Liike luo sähkömoottorin, joka luo sähköisen signaalin. Koska membraaniin kohdistuvan akustisen paineen vaikutuksesta aikaansaadun äänienergian muuntaminen antaa suoraan käyttökelpoisen virran, näiden mikrofonien sanotaan olevan dynaamisia , koska toisin kuin hiilimikrofonit ja kondensaattorimikrofonit, ne eivät tarvitse 'ruokaa.
Neodyymimagneettien ilmestyminen 1980-luvulla mahdollisti voimakkaammat magneettikentät, mikä paransi sähkömagneettisten mikrofonien laatua.
NauhamikrofoniSähkömagneettisissa nauhamikrofoneissa kalvo on joustava kohokuvioitu nauha, joka on asennettu kestomagneetin magneettikenttään. Se toimii kuin sähkömagneettinen liikkuva kelamikrofoni etuna liikkuvan osan keveydestä. Se ei vaadi virtaa. Lähtöimpedanssi on paljon pienempi kuin muun tyyppinen, ja se on melko hauras.
LauhdutinmikrofoniLauhdutinmikrofoneissa ohuella johtavalla kerroksella peitetty membraani on yksi kondensaattorin varusteista, joka on ladattu tasajännitteellä, toinen ankkurin ollessa kiinteä. Tärinä vetää vahvikkeet yhteen ja pois, vaihdellen kapasiteettia . Koska kuorma on vakio ja yhtä suuri kuin jännitteen ja kapasitanssin tulo, kapasitanssin muutos tuottaa käänteisen jännitteen muutoksen. Lähtöimpedanssi on erittäin korkea. Lauhdutinmikrofonit tarvitsevat virtalähteen toisaalta kondensaattorin polarisaatioon ja toisaalta impedanssisovittimen vahvistimeen, jonka on oltava lähellä kalvoa.
Virta voidaan syöttää erityisellä johtimella, joka on kytketty liitäntäkoteloon, joka tarjoaa myös impedanssin sovituksen. Tämä pätee kuitenkin vain muutamiin erittäin huippuluokan mikrofoneihin. Useimmat mallit käyttävät fantomitehoa , joten se on nimetty, koska se ei vaadi lisäohjaimia.
Lauhdutinmikrofonien herkkyys on suurempi kuin dynaamisten mikrofonien. Pelkän kalvon värähtelyyn tarvitaan vähemmän äänitehoa kuin kalvokäämi laitteeseen, ja impedanssia vastaava vahvistin vetää hyvin vähän tehoa. Tämä vahvistin on suunniteltu anturia varten ja ohjaa myös kaistanleveyttä; vaste kondensaattorin yksin on alipäästösuodatin ( Rayburn 2012 , s. 33). Nämä vahvistimet koostuivat ensin elektroniputkesta ja muuntajasta . Viime aikoina niiden melua ja vääristymiä sekä häiriöherkkyyttä on alennettu käyttämällä transistoreita tai kenttätransistoreita ilman muuntajia.
Korkean taajuuden lauhdutinmikrofoniKalvon ja kiinteän ankkurin muodostamaa kondensaattoria ei polarisoi tasajännite, mutta se muodostaa resistanssilla suodattimen, jonka rajataajuus vaihtelee kapasitanssin tavoin. Suurtaajuusmodulaatiotaso seuraa siis kalvon tärinää. Seuraavassa vaiheessa on demodulaatio diodilla, joka käyttää lähtötransistoreita.
Electret-kondensaattorimikrofoniElektretikondensaattorimikrofonit hyödyntävät tiettyjen materiaalien ominaisuutta pysyvän sähköstaattisen varauksen säilyttämiseksi. Yksi tällainen materiaali muodostaa yhden kondensaattorin ankkurin, kalvo toisen. Elektretimikrofonit eivät tarvitse esijännitettä, mutta niillä on impedanssiin sopiva vahvistin, joka vaatii tehoa. Jos lähdön huippujännite ei ole liian korkea, tämän virran voi toimittaa akku.
Polarisaatiovaraus pienenee ajan myötä, mikä johtaa mikrofonin herkkyyden menetykseen vuosien varrella.
Olemassa olevan mallin suunnittelussa tai valinnassa on otettava huomioon käyttö, johon mikrofoni on tarkoitettu:
Äänen transkription laatu riippuu mikrofonin ominaisuuksista ja laadusta, mutta myös ja lähinnä mikrofonin sijainnista lähteeseen nähden sekä äänitallenteen ympäristöstä (melu, tuuli jne.) .
Suunta on mikrofonin olennainen ominaisuus. Se osoittaa sen herkkyyden äänen alkuperän mukaan suhteessa akseliinsa.
Monisuuntainen | Leveä sydän | Kardioidi | Hyperkardioidi | Tynnyri (lohko) | Kaksisuuntainen tai kuva 8 | |
---|---|---|---|---|---|---|
Taulukossa mikrofoni on sijoitettu pystysuunnassa ja suunnattu ylöspäin. |
Polaarikaavio kuvaa mikrofonin herkkyyttä ääniaallon alkusuunnan mukaan. Käyrän keskipisteen pituus osoittaa suhteellisen herkkyyden desibeleinä . Useimmissa tapauksissa herkkyys riippuu vain suunnasta suhteessa mikrofonin pääakseliin; muuten tarvitaan kaksi kaaviota. Suunta riippuu myös taajuudesta ; täydelliset kaaviot sisältävät useita suhteellisten arvojen käyriä. Yleensä kaavio on symmetrinen, ja parempaan luettavuuteen voidaan laittaa puolikaarteita akselin molemmille puolille.
Useimmiten taajuusvaste on tasaisin, kun mikrofoni on lähdettä kohti. Jos muut äänet eivät sekoita päälähteen ääniin, akselin ulkopuolisia vasteeroja voidaan käyttää sävyn tasoittamiseen.
Ääni-ammattilaiset suosivat yleensä kondensaattorimikrofoneja studiodynamiikkaan. Ne tarjoavat yleensä paljon korkeamman signaali-kohinasuhteen ja laajemman, tasaisemman taajuusvasteen.
Erittäin voimakkaille lähteille, kuten lyömäsoitin , vaskisoittimet tai vahvistin sähkökitaralle , dynaamisella mikrofonilla on se etu, että se absorboi voimakkaat akustiset paineet. Niiden kestävyys tekee heistä usein parempana näyttämölle.
Lauhdutinmikrofonin etuna on erinomaiset transientti- ja kaistanleveysvasteet, muun muassa liikkuvan osan keveyden ansiosta (vain johtava kalvo, verrattaessa dynaamisen mikrofonin kelan massaan). He yleensä tarvitsevat voimaa, yleensä fantomivoimaa . Ne sisältävät usein signaalinkäsittelyvaihtoehtoja, kuten suuntamodulaattorin, matalataajuisen vaimentimen tai jopa äänenvoimakkuuden rajoitimen (Pad).
Lauhdutinmikrofonit ovat suosittuja ammattilaisten keskuudessa toistettavuuden vuoksi.
Melutaso ammattilaiset käyttävät kaikki paineanturin mikrofonit (suuntaamaton) sähköstaattinen. Tämä käyttö edellyttää, että mikrofoni on kalibroitu; mäntä on yleisesti käytetty laite tähän tarkoitukseen.
Helposti pienennettävä elektrettimikrofonia käytetään laajalti audiovisuaalialalla (lavalierimikrofoni, kuulokemikrofoni jne.), Jossa sitä arvostetaan koon / herkkyyden suhteen. Parhaat mallit pystyvät jopa kilpailemaan joidenkin lauhduttimien kanssa herkkyyden suhteen.
Nykyiset elektretit hyötyvät rakenteesta, joka voittaa tämän ärsyttävän rajoitetun elinajanodotteen, jonka elektretti on tuntenut 1970-luvulta lähtien.
Vanha Grundig-mikrofoni (hiili).
Dynaaminen mikrofoni karaokea varten .
Shure SM57 ja sen Beta57-ekvivalentti (dynaaminen).
Sennheiser 845 (dynaaminen).
AKG C414 -mikrofoni (laulu, laulu, lauhdutin).
Neumann U89i (universaali, lauhdutin).
Neumann U87 (universaali, lauhdutin).
Oktava 319 (instrumentit, lauhdutin).
Pienikokoinen elektrettimikrofoni.
Mikrofonikapseli antaa äänitilan pistettä vastaavan signaalin. Kapseleiden järjestelyt antavat useita signaaleja, jotka mahdollistavat lähteen suunnan esittämisen tai tiettyjen suuntaviivojen saamisen.
Mikrofonivarusteet ovat