NAGŁAŚNIANIE DLA KAŻDEGO - PARAMETRY MIKROFONÓW.pdf - STUDIO DOMOWE-NAGRYWANIE i NAGŁAŚNIANIE - znajomy59

TECHNOLOGIA Nagłaśnianie dla każdego

Nag³aœnianie dla ka¿dego

Parametry mikrofonów

Piotr Sad³oñ

Tak jak ¿aden, nawet najlepszy kie-

rowca nic nie znaczy bez samocho-

du, ¿aden ochroniarz nijak nie da

sobie rady bez ciemnych okularów

tak i obecnie ¿aden wokalista na

dobr¹ sprawê nie istnieje bez mi-

krofonu.

Najpierw może banalne, ale podstawo-

we pytanie: czym jest mikrofon i do czego

służy? Jak głosi definicja: „mikrofon jest

przetwornikiem elektroakustycznym, prze-

twarzającym energię akustyczną na elek-

tryczną”. Jak on tego dokona zależy od ja-

kosci i wiernosci przetwarzania. Właśnie

jednym z parametrów, dzięki któremu mo-

żemy zaklasyfikować mikrofon pod wzglę-

dem „umiejętności” przetwarzania prze-

zeń dźwięku na prąd, jest skuteczność. Pa-

rametr ten, tak naprawdę niewiele będzie

nam mówił o jakości czy wierności prze-

twarzania. Jest on bowiem parametrem

ilościowym, określającym proces przetwa-

rzania, „wskazując na wartość otrzymane-

go efektu elektrycznego w odniesieniu do

wartości ciśnienia akustycznego”. Bardziej

po ludzku – z parametru tego możemy do-

wiedzieć się jak dużo albo jak mocny sy-

gnał elektryczny otrzymamy na wyjściu

mikrofonu przy danym ciśnieniu akustycz-

nym padającym na element odbierający fa-

le akustyczne (np. membranę). Możemy

rozróżnić:

• Skuteczność napięciową mikrofonu

– mierzoną w [V/Pa] – wolt na paskal.

Nazwano tak stosunek siły elektromo-

torycznej (inaczej napięcia między

otwartymi zaciskami) mikrofonu do ci-

śnienia akustycznego równego 1Pa,

przy określonej częstotliwości i kierun-

ku padania. Najczęściej jest to częstotli-

wość 1kHz, kierunek padania prostopa-

dle na membranę, źródło dźwięku

w odległości 1m od mikrofonu. a tak

a propos, jak wiadomo paskal jest jed-

nostką ciśnienia. Niedawno spotkałem

się z jednostką skuteczności opisaną ja-

ko V/mb. Chwilę mi zajęło, zanim do-

szedłem do wniosku, że nie jest to wolt

na metr bieżący, ale wolt na milibar,

jednostkę również ciśnienia, ale nieczę-

sto u nas stosowaną (jeśli już to w me-

teorologii).

Mikrofony dyna-

miczne z uwagi na

sw¹ konstrukcjê naj-

lepiej nadaj¹ siê do

bliskiego omikrofo-

nowania wszelkiego

typu Ÿróde³ dŸwiêku,

w tym tak¿e wokali-

stek i wokalistów,

którzy chc¹c nie

chc¹c tak¿e s¹ Ÿró-

d³em dŸwiêku. Na

zdjêciu wokalista

grupy Bloc Party ko-

rzystaj¹cy z mikro-

fonu dynamicznego

firmy Sennheiser.

• Skuteczność prądową mikrofonu

– w [A/Pa] – stosunek prądu płynącego

między zaciskami mikrofonu, obciążo-

nego impedancją znamionową, do ci-

śnienia akustycznego 1Pa, w warun-

kach jw.

Prawdę mówiąc, na co dzień nie spotka-

łem się jeszcze ze stosowaniem w opisie

mikrofonów użytkowych skuteczności

prądowej, skupmy się więc na skuteczno-

ści napięciowej, a także na równie często

stosowanym poziomie skuteczności, okre-

ślany wzorem:

Mów do mnie czule

Skuteczność (po angielsku nazwana

sensitivity) jest zależna od typu mikrofo-

nu. Więcej o typach powiemy sobie w ko-

lejnym numerze, teraz tylko powiem, że

w zasadzie stosuje się dwa typy mikrofo-

nów: dynamiczne i pojemnościowe. Te

pierwsze charakteryzują się małą skutecz-

nością w granicach od 1 do 3mV/Pa (po-

ziom skuteczności od -60dBV do -50dBV).

Zdarzają się też mikrofony mające sku-

teczność poniżej 1mV/Pa, np. słynny Shu-

re Beta 52 służący do nagłaśniania stopy,

dla którego parametr sensitivity wynosi

tylko 0,63mV/Pa (-64dBV). Magicznych

3mV/Pa raczej nie udaje się przekroczyć

w mikrofonach dynamicznych.

Mikrofony pojemnościowe mają nie tyl-

ko większe wartości skuteczności, ale też

i szerszy „rozrzut”. Są mikrofony, które

mają 6mV/Pa (-44dBV) – np. klasyk AKG

to skuteczność (napięciowa

lub prądowa) zaś

ϑ 0 to skuteczność od-

niesienia. Przyjmuje się za skuteczność

odniesienia wartość 1V/Pa (w przypadku

skuteczności prądowej 1A/Pa).

100

Estrada i Studio • kwiecieñ 2006

w którym

Nagłaśnianie dla każdego TECHNOLOGIA

C1000S, są też i takie, które mają grubo ponad

30mV/Pa, a nawet powyżej 40 (ale to już raczej

sporadyczne przypadki na tle tych najczęściej

występujących). Średnio skuteczność mikrofo-

nów pojemnościowych mieści się w granicach

10-25mV/Pa (-40 do -32dBV). Są jednak i takie

„perełki”, jak np. pojemnościowy mikrofon do

stopy Shure Beta 91, którego skuteczność nie-

wiele przekracza 1mV/Pa.

Będąc już przy temacie, warto znać jeszcze

sposób przeliczania poziomu skuteczności na

skuteczność. Często zdąża się w katalogach, że

jest podane tyko np. sensitivity -52dBV (lub sa-

mo dB). Dla niewprawnych w decybelach nie-

wiele to mówi – przyzwyczajeni jednak jesteśmy

do jednostek bardziej rzeczywistych niż do skali

logarytmicznej. Ile więc to będzie mV/Pa? 2, 5 czy

20? Posłużmy się wzorem:

ko płynie”?). Przynajmniej, jeśli mamy na myśli

urządzenie elektryczne lub elektroniczne, czyli ge-

neralnie korzystające z dobrodziejstw przepływu

prądu. Dotyczy to nawet urządzeń cyfrowych,

choć w mniejszym zakresie niż analogowych

(patrz ramka „Wszystko szumi”).

Co prawda szumy własne wyższej klasy urzą-

dzeń elektronicznych mają wartości kilkuset na-

nowoltów (1nV = 0,000000001V) lub pojedyn-

czych mikrowoltów (0,000001V). Zważmy jed-

nak, że owe 2mV/Pa jakie otrzymamy na wyjściu

przykładowego mikrofonu dynamicznego będzie

wtedy, gdy nasz dźwięk, znajdujący się w odle-

głości 1 m od mikrofonu, będzie miał ciśnienie

akustyczne 1Pa (spójrzmy jeszcze raz na definicję

skuteczności napięciowej powyżej). Jeśli ciśnie-

nie akustyczne 1Pa niewiele nam mówi, warto

wiedzieć, że to takie ciśnienie, jakie wytworzy

dźwięk o poziomie 94dB. Dodam, że poziom

dźwięku 94dB odpowiada mniej więcej głośnemu

krzykowi (męskiemu, niewiasty krzyczą nie tylko

głośniej, ale i przeraźliwiej) lub hałasowi wywoła-

nemu przez przejeżdżający obok nas samochód

z uszkodzonym tłumikiem. Średni poziom kon-

wersacji to ok. 70dB (z wokalem jest różnie, taki

Pavarotti na przykład to pewnie i ze 110dB „wy-

ciąga”), co odpowiada ciśnieniu akustycznemu

równemu 0,63Pa. Mnożąc to razy 2mV/Pa otrzy-

mujemy wartość napięcia na wyjściu mikrofonu

Wszystko szumi

Ka¿dy element elektroniczny, czy to tranzystor, czy

dioda, czy nawet zwyk³y rezystor s¹ niestety Ÿród³em

szumu. To sprawia, ¿e jakiekolwiek urz¹dzenie elektro-

niczne oprócz przenoszenia sygna³u, który podawane

jest na jego wejœcie, „dorzuca” do niego mniej lub wiê-

cej chaotycznego, zajmuj¹cego prawie równomiernie

ca³e dostêpne pasmo czêstotliwoœciowe sygna³u, który

my nazywamy szumem. Je¿eli nasz sygna³ u¿yteczny ma

wartoœæ napiêcia ni¿sz¹ ni¿ napiêcie sygna³u szumowego,

praktycznie jest on ju¿ spisany na straty. Oczywiœcie s¹

sposoby na wydobycie z szumu u¿ytecznego sygna³u, na-

wet w sytuacji, gdy sygna³ ten niemal¿e ca³kowicie ginie

w szumie, ale jest to stosunkowo czaso i pracoch³onne.

Zasadniczo wiêc im sygna³ u¿yteczny jest mocniejszy,

tym ma wiêksze szanse przebiæ siê przez szumy w³asne

urz¹dzenia (w naszym przypadku mikrofonu) i potem jest

szansa dalej go przetwarzaæ. Widzimy wiêc, ¿e jeœli sku-

tecznoœæ mikrofonu bêdzie wiêksza, co przek³ada siê

w linii prostej na to, ¿e na jego wyjœciu otrzymamy wy¿-

sze napiêcie, tym mamy wiêksz¹ szansê na przetworze-

nie nawet bardzo cichych dŸwiêków (albo g³oœnych, ale

znajduj¹cych siê doœæ daleko od mikrofonu). To z kolei

przek³ada siê na to, z jakiej odleg³oœci bêdzie nam ów

mikrofon „zbiera³” sygna³y.

Jak łatwo policzyć, sensitivity -52dBV odpowia-

da 2,5mV/Pa.

Na podstawie tego parametru możemy określić

czułość mikrofonu, czyli jak silne (albo jak ciche)

dźwięki jest on w stanie przetworzyć, tak żeby nie

„zginęły” w szumie własnym wytwarzanym przez

mikrofon. Jak wiadomo wszystko szumi (czyżbym

wymyślił nową myśl filozoficzną pokroju „wszyst-

równą 1,26mV. Jeśli taki mikrofon zechcemy użyć

np. do nagłośnienia chóru albo grupy instrumen-

tów, ustawiając go w odległości większej niż 1m,

napięcie będzie jeszcze niższe. Mikrofony dynami-

czne nie nadają się więc do nagłaśniania z więk-

szej odległości, nie takie zresztą jest ich zadanie.

Natomiast mikrofony o dużej skuteczności

będą sprawiały nam problem innego rodzaju.

Jeśli mamy mikrofon o skuteczności 40mV/Pa,

TECHNOLOGIA Nagłaśnianie dla każdego

to przy 94dB na jego wyjściu dostaniemy

owe 40mV. Dla niektórych wzmacniaczy to

jest już dość dużo. A jeśli np. mamy dźwięk

o poziomie 110dB, to jego ciśnienie aku-

styczne wyniesie 6,3Pa. W takiej sytuacji

na wyjściu mikrofonu otrzymamy 252mV,

z czym niewiele wzmacniaczy da sobie ra-

dę bez przesterowania sygnału na wyjściu.

Dlatego mikrofony o dużej skuteczności

często mają wbudowany tłumik wewnętrz-

ny (np. -20dB) właśnie po to, żeby już na

wstępie zapobiegać takim sytuacjom.

łu. Więcej – wolelibyśmy, aby z tych kie-

runków mikrofon nie zbierał nam zbyt do-

brze (inne instrumenty, zakłócenia, sygnał

z monitorów, co będzie powodowało po-

wstawanie sprzężenia). O tym wszystkim

powie nam kierunkowość.

Rys. 1. Charaktery-

styka kierunkowa mi-

krofonu ciœnienio-

wego.

I z lewa, i z prawa

Własności kierunkowe mikrofonu są

określane stosunkiem skuteczności przy

dowolnym kącie padania fali dźwiękowej

do skuteczności przy padaniu prostopa-

dłym na element odbierający energię aku-

styczną. Można to określić bądź liczbą

bez jednostki (jeśli wyrażamy skutecz-

ność w mV/Pa) lub w dB (jeśli mamy do

czynienia z poziomem skuteczności). Mu-

simy też określić o jaką kierunkowość

nam chodzi, tzn. z jakiego kąta padania

fali. Może być to kierunkowość przód

– tył lub konkretnie w kątach, np. kierun-

kowość z kierunku 45 stopni (w stosunku

do kierunku prostopadłego do membrany).

Np. jeśli kierunkowość przód – tył nasze-

go mikrofonu o skuteczności 2,5mV/Pa

wynosi 1/5, to skuteczność mikrofonu

„od tyłu” wynosić będzie 0,3mV/Pa. To

oznacza, że poziom skuteczności z tego

kierunku padania będzie wynosił -68dB

(pamiętamy, że poziom skuteczności mi-

krofonu wynosi -52dBV). W takim razie

kierunkowość z kierunku przód – tył wy-

rażona w dB będzie różnicą tych dwóch

wartości i będzie wynosiła -16dB. O wiele

więcej powie nam jednak przebieg kie-

runkowości w funkcji kąta padania fali,

który nazywa się charakterystyką kierun-

kową mikrofonu. Dzięki temu znać bę-

dziemy różnicę w poziomach skuteczno-

ści dla wszystkich kątów, a nie tylko jed-

nego, wybranego kierunku. Charaktery-

styka taka wyznaczana jest oczywiście

dla jednej wybranej częstotliwości. Aby

wiedzieć więcej na temat kierunkowości

mikrofonu wykreśla się taką charaktery-

stykę dla kilku częstotliwości.

Ze względu właśnie na charakterysty-

kę kierunkową mikrofony dzielimy na:

wszechkierunkowe (charakterystyka do-

okólna), dwukierunkowe (ósemkowa),

jednokierunkowe (kardioidalna lub nerko-

wa, superkardioidalna), wybitnie jedno-

kierunkowe (o ostrej charakterystyce jed-

nokierunkowej) oraz o regulowanej kie-

runkowości.

Iloœæ nie zawsze przechodzi w jakoœæ

Sama skuteczność czy poziom skutecz-

ności, jak już wspomniałem, niewiele po-

wie nam o jakości przetwarzania. Jeśli

chcemy wiedzieć czy nasz mikrofon będzie

przetwarzał różnorakie dźwięki wiernie,

bez tłumień i podbić, czyli bez zniekształ-

ceń częstotliwościowych, musimy sięgnąć

do wykresu przedstawiającego skutecz-

ność lub poziom skuteczności jako funkcję

częstotliwości. Jak w każdym urządzeniu

akustycznym im ta charakterystyka ma

bardziej płaski przebieg, bez górek i doli-

nek, oraz im jest szersza tym lepiej. Ideał

to oczywiście płaska linia w zakresie od

20Hz do 20kHz. Często producent nie po-

daje jak przebiega charakterystyka, podaje

tylko zakres częstotliwości, w którym cha-

rakterystyka nie spada i nie rośnie o więcej

niż 3dB względem średniej wartości sku-

teczności (jeśli charakterystyka jest nazbyt

„pagórkowata”, za średnią wartość podaje

się tę zmierzoną dla częstotliwości równej

1kHz). Bywa też, że nie bierze się pod

uwagę wzrostu o 3dB i w takim przypad-

ku za częstotliwości graniczne przyjmuje

się te, dla których poziom skuteczności

spada o 3dB. Mamy więc pewność, że

w paśmie użytecznym nie mamy „dziur”

większych niż -3dB, nie możemy jednak

mieć pewności czy nie występują tam zbyt

duże podbicia pewnych pasm. Dobrze jest

więc przed wyborem (zakupem) jakiegoś

mikrofonu zapoznać się z charakterystyką

naszego potencjalnego pomocnika w na-

głaśnianiu.

Jest jeszcze jeden parametr, który może

mieć dla nas bardzo istotne znaczenie.

Przeważnie zależy nam na jak największej

skuteczności. Jednak często jest tak, że nie

zależy nam na tym, aby mikrofon był czu-

ły na dźwięki dochodzące z boku lub z ty-

Rys. 2. Charaktery-

styka kierunkowa mi-

krofonu gradiento-

wego.

Rys. 3. Charaktery-

styka kierunkowa mi-

krofonu ciœnieniowo-

gradientowego.

Od czego zale¿¹ w³asnoœci

kierunkowe mikrofonu

Właściwości kierunkowe zależą przede

wszystkim od sposobu odbierania energii

akustycznej i przetwarzania jej na energię

mechaniczną, a następnie od kształtu

i rozmiarów mikrofonu w porównaniu

z długością fali. Jeśli membrana mikrofo-

nu jest wystawiona na działanie fali

dźwiękowej tylko z jednej strony (druga

strona jest zasłonięta np. przez obudowę),

to reaguje ona na ciśnienie i mikrofon na-

zywamy ciśnieniowym. Jeśli rozmiary mi-

krofonu są znacznie mniejsze niż długość

fali, ciśnienie akustyczne na powierzchni

membrany jest niezależne od kierunku,

z jakiego dochodzi fala, więc siła wywiera-

na na membranę jest taka sama dla

wszystkich kierunków padania fali na mi-

krofon. W takiej sytuacji mikrofon ciśnie-

niowy jest wszechkierunkowy i jego cha-

rakterystykę kierunkowości nazywamy

charakterystyką dookolną lub kołową

(rys. 1) . Oczywiście jest to charakterysty-

ka wykreślona tylko w jednej płaszczyźnie,

Ze wzglêdu na charakterystykê kierunkow¹ mikrofony dzie-

limy na: wszechkierunkowe, dwukierunkowe, jednokierun-

kowe, wybitnie jednokierunkowe oraz o regulowanej kie-

runkowoœci.

102

Estrada i Studio • kwiecieñ 2005

tak naprawdę jest to kula, w której

centrum znajduje się mikrofon.

Przy dużych częstotliwościach

(małych długościach fal), gdy roz-

miary mikrofonu są tego samego

rzędu co długości fal, mikrofon ci-

śnieniowy traci własności wszech-

kierunkowe. Najbardziej uprzywi-

lejowanym kierunkiem jest kieru-

nek na wprost membrany. Z tych

powodów mikrofony ciśnieniowe,

które muszą być wszechkierunko-

we w jak najszerszym zakresie czę-

stotliwości, robi się możliwie małe

w stosunku do długości najkrót-

szej fali.

Gdy element odbierający energię

akustyczną jest poddany z obu

stron działaniu fali akustycznej,

wówczas wypadkowa siła działają-

ca nań pochodzi od różnicy ciśnień

akustycznych występujących po

obu stronach elementu. Elemen-

tem odbierającym energię aku-

styczną może być membrana lub

wstęga odsłonięta z obu stron,

bądź dwie membrany odsunięte od

siebie na pewną odległość i wysta-

wione tylko zewnętrznymi po-

wierzchniami na działanie fali. Po-

nieważ działanie tych mikrofonów

zależy od różnicy ciśnień, czyli od

gradientu ciśnień, nazywa się je

gradientowymi, a czasem też pręd-

kościowymi (gdyż gradient ciśnie-

nia akustycznego jest proporcjo-

nalny do prędkości cząstki powie-

trza). Charakterystyka kierunko-

wości mikrofonu gradientowego

ma kształt ósemki (rys. 2) i dlate-

go nazywa się je ósemkową lub

dwukierunkową.

Jeśli mikrofon ciśnieniowy i gra-

dientowy, o takich samych warto-

ściach skuteczności, połączy się

szeregowo tak, aby ich napięcia na

Podczas koncertów zazwyczaj stosuje siê mi-

krofony o charakterystyce kierunkowej ner-

kowej, pozwalaj¹cej uzyskaæ optymalny od-

stêp od dŸwiêków dochodz¹cych z innych

kierunków. Zdjêcie prezentuje zespó³ Linkin

Park na scenie podczas koncertu Live 8. Wo-

kaliœci u¿ywaj¹ mikrofonów Audio-Technica.

wyjściu dodawały się, otrzyma się

mikrofon ciśnieniowo-gradientowy

o charakterystyce kierunkowości

przypominającą nerkę (rys. 3) .

Dlatego mikrofon taki nazywa się

jednokierunkowym, a jego charak-

terystykę kardioidalną. Mikrofon,

w którym stosunek skuteczności

części „wszechkierunkowej” do

skuteczności „ósemkowej” może

być dowolnie zmieniany, nazywa

się mikrofonem o regulowanej kie-

runkowości. Oczywiście w rzeczy-

wistości nikt nie łączy ze sobą

dwóch rodzajów mikrofonów, gdyż

wtedy jego rozmiary byłyby kolo-

salne. Jak zbudowany jest w rze-

czywistości mikrofon o charaktery-

styce kardioidalnej dowiemy się

w kolejnym odcinku.

Ostatnią grupę stanowią mikro-

fony wybitnie jednokierunkowe,

których charakterystyki kierunko-

wości mają kształt bardzo wydłu-

żonej połówki ósemki. Takie mi-

krofony otrzymuje się przez zasto-

sowanie specjalnych elementów

akustycznych, jak rury, reflektory

akustyczne, które skierowują fale

dźwiękowe na element odbierający

energię akustyczną. Mikrofony kie-

runkowe są stosowane zwłaszcza

wtedy, gdy należy odebrać i prze-

tworzyć dźwięki przychodzące tyl-

ko z wybranych kierunków. Dzięki

ich właściwościom kierunkowym

zostaje zmniejszony wpływ dźwię-

ków niepożądanych jak szum,

echo, pogłos i zakłócenia. E i S

Estrada i Studio • kwiecieñ 2006

NAGŁAŚNIANIE DLA KAŻDEGO - PARAMETRY MIKROFONÓW.pdf

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: