Wikipedia

Shure SM58 i Shure Beta 58A – mikrofony dynamiczne, bardzo popularne w zastosowaniach estradowych

Mikrofon firmy Grundig

Mikrofon komputerowy marki Tracer

Mikrofon – przetwornik elektroakustyczny służący do przetwarzania fal dźwiękowych na impulsy elektryczne.

Słowo mikrofon pojawiło się w słownikach po raz pierwszy pod koniec XVII wieku, oznaczając "instrument zwiększający głośność dźwięku", czyli trąbkę przystawianą do ucha. Pierwsze mikrofony kwasowe (połaczona z membraną iglica poruszała się w rozcieńczonym kwasie) pojawiły się w latach siedemdziesiątych XIX wieku za sprawą Greya i Bella i zostały wykorzystane w początkach telefonii^[1].

edytuj Zasada działania

W tradycyjnych mikrofonach dynamicznych fale dźwiękowe powodują drgania cienkiej elastycznej membrany wraz z cewką, która jest do niej umocowana. Drgania cewki, która umieszczona jest między biegunami magnesu, wzbudzają w niej przemienny prąd elektryczny o częstotliwości odpowiadającej częstości drgań fal dźwiękowych.

W wyniku przetwarzania otrzymuje się z mikrofonu przebieg elektryczny – sygnał foniczny w postaci siły elektromotorycznej E, napięcia wyjściowego U oraz prądu I odpowiadającego przebiegowi akustycznemu.

edytuj Rodzaje mikrofonów

Ze względu na sposób przetwarzania drgań membrany na sygnał foniczny mikrofony dzielimy na:

• stykowe (węglowe)
• piezoelektryczne
• dynamiczne (magnetoelektryczne)
  • wstęgowe
  • opornościowe
• pojemnościowe (elektrostatyczne)
• pojemnościowe elektretowe
• laserowe

edytuj Parametry

Każdy mikrofon ma pewne cechy, od których jest uzależniona artystyczna i techniczna strona nagrania^[2]. Są to przede wszystkim:

• impedancja wyjściowa mikrofonu (impedancja wewnętrzna) – impedancja zmierzona na wyjściu mikrofonu traktowanego jako źródło prądowe. Wartość impedancji zmienia się w zakresie ok. 20-30% w zależności od częstotliwości. W dokumentacji podaje się najczęściej wartość znamionową modułu impedancji przy pobudzeniu o częstotliwości 1 kHz^[3].
• najmniejsza wartość impedancji obciążenia mikrofonu – określa minimalną impedancję wejścia wzmacniacza, do którego ma być podłączony mikrofon, przy której zachowane są prawidłowe warunki jego pracy. Jeśli impedancja ta nie jest podana w dokumentacji, można przyjąć, że powinna być co najmniej 5-krotnie większa od znamionowej impedancji wyjściowej mikrofonu^[3].
• skuteczność mikrofonu – to stosunek napięcia na nieobciążonym wyjściu mikrofonu do wartości ciśnienia akustycznego działającego na membranę. Skuteczność mikrofonu mierzy się w polu dalekim i wyraża w mV/Pa. Skuteczność mikrofonów dynamicznych wynosi 1-3 mV/Pa. W przypadku mikrofonów pojemnościowych skuteczność jest wyższa i wynosi 5-50 mV/Pa.^[3]

Charakterystyki częstotliwościowe mikrofonów wokalowych: pojemnościowego Oktava 319 (u góry) i dynamicznego Shure SM58 (na dole).

• charakterystyka częstotliwościowa – diagram zależności czułości mikrofonu (w dB) od częstotliwości (Hz) (zwykle w zakresie 20Hz-20 kHz). Czasami zamiast wykresu podaje się tylko pasmo przenoszenia (ang. frequency response), czyli zakres częstotliwości akustycznych skutecznie przetwarzanych przez mikrofon. Zakres ten jest ograniczony spadkiem skuteczności mikrofonu, określonym przez odpowiednią normę lub wymagania techniczne^[3].
  W przypadku mikrofonów wokalowych na wykresie można zauważyć kilkudecybelowe wyeksponowanie częstotliwości odpowiedzialnych za czytelność brzmienia (zwykle w zakresie 4-10 kHz), zwane prezencją (ang. presence peak). W przeciwieństwie do efektu zbliżeniowego zjawisko to nie ulega zmianie w zależności od odległości źródła od mikrofonu^[4].
• charakterystyka kierunkowości – wykres w układzie współrzędnych biegunowych przedstawiający skuteczność mikrofonu przy danej częstotliwości i kącie padania dźwięku, unormowany względem maksymalnej skuteczności mikrofonu. Ze względu na kształt charakterystyki kierunkowej, mikrofony dzieli się na: wszechkierunkowe (dookólne, kołowe), dwukierunkowe (ósemkowe), jednokierunkowe (kardioidalne, nerkowe) i ultrakierunkowe^[2].
  W przypadku mikrofonów o ukierunkowanej charakterystyce wystepuje zjawisko zwane efektem zbliżeniowym (ang. proximity effect). Polega on na eksponowaniu częstotliwości z przedziału 50-300 Hz w miarę zbliżania mikrofonu do źródła dźwięku i zmniejszaniu ich poziomu przy oddalaniu^[4]. Zjawisko to nie występuje w mikrofonach wszechkierunkowych.

dookólna	subkardioidalna	kardioidalna	superkardioidalna
hiperkardioidalna	ósemkowa	shotgun (ultrakierunkowa)

• czułość – parametr przedstawiający zależność między ciśnieniem akustycznym wywieranym na membranie mikrofonu a napięciem wyjściowym (mV/Pa/1kHz =~ 1dB)
• maksymalna wartość ciśnienia akustycznego SPL – maksymalna wartość ciśnienia jaką może przenieść mikrofon dla podanej wartości zniekształceń
• napięcie szumów mikrofonu jest to napięcie na wyjściu mikrofonu zmierzone w warunkach zupełnej ciszy. Może być wyrażone w decybelach, zakładając, że jest równoważne napięciu wyjściowemu mikrofonu wytworzonemu sygnałem akustycznym o określonym poziomie ciśnienia, przyjmując poziom 20 μPa = 0 dB. Dla mikrofonów pojemnościowych wartość tego parametru wynosi 14-34 dB.^[3]
• odstęp sygnału od szumu (S/N) określa odstęp użytecznego sygnału fonicznego od szumu. Jest to wyrażona w decybelach różnica między napięciem na wyjściu mikrofonu przy ciśnieniu akustycznym równym 1 Pa (co odpowiada poziomowi ciśnienia 94 dB) a napięciem szumów mikrofonu. Wartość tego parametru w wypadku mikrofonów pojemnościowych wynosi 60-80 dB^[3].
• zakres dynamiczny – parametr określający przedział między wartością minimalną a maksymalną przenoszonego ciśnienia akustycznego.
• wrażliwość mikrofonu na magnetyczne pola zakłócające – stosunek napięcia na wyjściu mikrofonu do zmiennego natężenia pola magnetycznego (mV/mA), bądź stosunek napięcia do zmiennej indukcji magnetycznej (uV/5uT). Typowa wartość dla dobrych mikrofonów dynamicznych wynosi 5uV/5uT przy częstotliwości 50 Hz^[3].
• wrażliwość mikrofonu na elektryczne pola zakłócające – wyrażana w mV/V. Typowa wartość dla dobrego mikrofonu pojemnościowego wynosi 0,4 uV/V^[3].

edytuj Złącza

Symbol graficzny mikrofonu

Złącza, które są najczęściej stosowane w mikrofonach to:

• męskie złącze XLR-3 w mikrofonach profesjonalnych
• wtyk jack o średnicy 6,5 mm w mikrofonach konsumenckich; spotyka się wtyki stereofoniczne (połączenie symetryczne) bądź w tańszych mikrofonach monofoniczne (połączenie niesymetryczne)
• wtyk jack mono o średnicy 3,5 mm w bardzo tanich mikrofonach bądź w mikrofonach komputerowych przeznaczonych do komunikatorów internetowych

W niektórych mikrofonach przeznaczonych do urządzeń przenośnych używane są inne złącza, takie jak XLR-5 lub mini-XLR. Mikrofony wpinane w klapę marynarki mają złącza dostosowane do miniaturowych nadajników bezprzewodowych. Od 2005 roku pojawiły się profesjonalne mikrofony wyposażone w interfejs USB, przeznaczone do rejestracji dźwięku przez komputer bez udziału karty dźwiękowej.

edytuj Interfejs cyfrowy

Standard AES42, określający cyfrowy sposób transmisji sygnałów fonicznych przeznaczony dla mikrofonów, został opublikowany przez towarzystwo naukowe Audio Engineering Society. Jest rozwinięciem interfejsu cyfrowego AES/EBU (oznaczanego oficjalnie jako AES3), rozbudowanego o opcję zasilania i synchronizacji mikrofonów oraz przesyłania dodatkowych poleceń, takich jak zmiana charakterystyki kierunkowej, regulacja parametrów tłumika, filtra dolnozaporowego, wzmocnienia, czy zmiana polaryzacji.

W większości mikrofonów cyfrowych występuje konwencjonalna kapsuła z umieszczonym bezpośrednio za nią przetwornikiem analogowo-cyfrowym^[5]. Mikrofony zgodne ze standardem AES42 posiadają standardowe wyjście XLR-3, ale występujący tam sygnał ma postać cyfrową, a nie analogową. Mogą być podłączane do urządzeń zgodnych ze standardem AES42 lub do tradycyjnych urządzeń analogowych poprzez odpowiedni interfejs przejściowy.

edytuj Opis niektórych rodzajów mikrofonów

Ta sekcja wymaga dopracowania zgodnie z zaleceniami edycyjnymi. Należy w niej poprawić/wykonać działania: być może zredagować ponownie tekst, dodać linki wewnętrzne. Dokładniejsze informacje o tym, co należy poprawić, być może znajdują się na stronie dyskusji tego artykułu. Po wyeliminowaniu niedoskonałości prosimy usunąć szablon {{Dopracować}} z kodu tego artykułu.

edytuj Mikrofony stykowe (węglowe)

Mikrofon węglowy został opracowany przez Edisona i powstał jako rozwinięcie mikrofonu kwasowego, w którym kwas zastąpiono granulkami węgla, zmieniającymi swą rezystancję pod wpływem ciśnienia wywieranego przez membranę^[1]. Mikrofony stykowe stosuje się przeważnie w telefonach. Ich zakres przetwarzania jest wąski, węższy niż widmo mowy ludzkiej, a zniekształcenia są duże w porównaniu z innymi mikrofonami, jednakże w tego typu rozwiązaniach wady te nie mają większego znaczenia. Mikrofony stykowe mają jednakowoż wiele zalet: ich konstrukcja jest bardzo prosta (przez co są praktycznie bezawaryjne), posiadają dużą skuteczność, są trwałe i tanie. Przepływ prądu jest tu modulowany poprzez zmianę rezystancji elektrycznej spowodowanej poruszaniem się części mechanicznych mikrofonu. Jest to mikrofon typu podłużnego, w którym komorę tworzy płaska nieruchoma elektroda węglowa, odizolowana od ścianki pudełka, pierścień filcowy oraz membrana węglowa oparta na krawędzi pudełka i dociśnięta do niego przykrywka z otworami. Pierścień filcowy służy do tłumienia drgań własnych membrany. Wkładka jest umieszczona w obsadzie zwanej mikrotelefonem i przykryta tzw. mównikiem, którego zadaniem jest skierowanie energii akustycznej na membranę mikrofonu. Prąd elektryczny jest doprowadzony do wkładki za pośrednictwem sprężyn stykowych w mikrotelefonie i płynie przez pudełko, membranę i proszek do elektrody nieruchomej. Zmiany rezystancji wkładki są proporcjonalne do zmiany zgniotu proszku, czyli do wychylania się membrany – przez to dla zachowania stałej skuteczności mikrofonu wychylenia membrany muszą być jednakowe w całym zakresie przetwarzania. Skuteczność mikrofonu zmienia się w bardzo szerokich granicach – znacznie wzrasta przy częstotliwościach drgań własnych membrany.

edytuj Mikrofony magnetoelektryczne (dynamiczne)

Wynalazcami mikrofonu dynamicznego są W. C. Wenete i A. C. Thuras z firmy Bell Labs, którzy opatentowali swój pomysł w 1931 roku^[1]. Wewnątrz mikrofonu magnetoelektrycznego, pomiędzy biegunami magnesu stałego, znajduje się cewka przymocowana do membrany. Fale dźwiękowe, wprawiając membranę w drgania, powodują poruszanie się cewki w polu magnesu i indukują w niej prąd. Działają one dzięki indukowaniu się siły elektromotorycznej pod wpływem względnego ruchu źródła pola magnetycznego i przewodu. Dochodzi do tego zjawiska, gdy przewód będzie się poruszał w stałym polu magnetycznym, lub – gdy przewód będzie nieruchomy, a zmianie będzie podlegał strumień magnetyczny – przechodzący przez ten przewód. Jeśli wykorzystany jest pierwszy przypadek to takie mikrofony nazywa się cewkowymi i wstęgowymi:

edytuj Mikrofony wstęgowe

Odbiornik energii akustycznej stanowi tutaj cienka wstęga aluminiowa, zawieszona między nabiegunnikami magnesu. Tylko jedna strona wstęgi jest otwarta i wystawiona na działanie fal akustycznych. Druga strona jest osłonięta szczelną obudową, zakończoną długą rurką, zwiniętą spiralnie w pudle stanowiącym podstawę mikrofonu. Wstęga mikrofonu jest wykonana z paska blachy aluminiowej (zwykle o grubości ok. 5 μm, szerokości ok. 5 mm i długości ok. 6 cm), pofałdowanego na całej długości, w celu nadania większej giętkości w kierunku ruchu i sztywnienia w kierunku poprzecznym dla zabezpieczenia przed skręcaniem. Ze względu na dużą wrażliwość, wstęga jest podatna na wszelki ruchy powietrza i przy silniejszym podmuchu powietrza może ulec trwałemu odkształceniu, a nawet zerwaniu. Dla ochrony przed tym, mikrofon osłania się siatka drucianą.

edytuj Mikrofony cewkowe

Głównymi elementami tego typu mikrofonów są nabiegunnik będący źródłem stałego pola magnetycznego oraz membrana uformowana do postaci kulistej czaszy (często specjalnie pofałdowana, aby zwiększyć obszar podatności), do której z kolei przymocowana jest cewka nawinięta metodą bezszkieletową. Ruch membrany pod wpływem fali mechanicznej powoduje ruch cewki w polu magnetycznym nabiegunnika, co powoduje powstanie w obszarze cewki sił elektromotorycznych, które to z kolei powodują przepływ prądu.

Mikrofony magnetoelektryczne cechuje dobra kierunkowość i skuteczność, uwydatnienie mniejszych częstotliwości akustycznych i rezystancja w granicach kilkuset Ω.

edytuj Mikrofony pojemnościowe

Mikrofon pojemnościowy jest wykorzystywany głównie w celach profesjonalnych. Składa się on z dwóch elektrod podłączonych do źródła napięcia stałego - zwykle 48V - tzw. phantom. (Tak duża wartość tego napięcia jest niezbędna do zapewnienia dużej czułości.) Jedna elektroda jest nieruchoma, natomiast druga wystawiona jest na działanie fal dźwiękowych, które zderzając się z ruchomą elektrodą powodują jej drgania. Ponieważ elektrody mikrofonu pełnią rolę okładek kondensatora, to zmiana odległości pomiędzy elektrodami powoduje zmianę pojemności takiego "kondensatora", co z kolei powoduje powstanie składowej zmiennej w stałym napięciu zasilającym kondensator. Jej częstotliwość jest równa częstotliwości padającej fali dźwiękowej. Z uwagi na wysoką impedancję mikrofon musi być podłączony do odbiornika sygnału przy pomocy specjalnego przedwzmacniacza umieszczonego bardzo blisko wkładki mikrofonowej.

edytuj Mikrofony piezoelektryczne

Mikrofony piezoelektryczne pod względem elektrycznym są kondensatorami, przetwarzają sygnał akustyczny w sygnał napięciowy, mają dużą wrażliwość na wilgoć i zmiany temperatury. Zbyt duża temperatura powoduje trwałe zmiany w ich działaniu. Ponadto wykazują bardzo dużą impedancję wewnętrzną o charakterze pojemnościowym, co utrudnia łączenie ich długimi przewodami i obciążenie małymi impedancjami. Szeroko natomiast stosowane są jako mikrofony, a ściślej rzecz biorąc – przetworniki, w instrumentach akustycznych. Szczególnie wiernie odtwarzają wysokie tony i są również stosowane jako czujniki ultradźwięków.

edytuj Linki zewnętrzne

• http://history.sandiego.edu/gen/recording/microphones1.html

Zobacz galerię na Wikimedia Commons:
Mikrofon

Zobacz hasło mikrofon w Wikisłowniku

Przypisy