Цифровой микрофон

Что это такое?

Сложно найти человека, который не знал бы, как выглядит микрофон, и каково его обычное использование. Можно встретить огромное разнообразие таких устройств. Но все они подчиняются общему определению — электроакустические приборы. Поступающая на «вход» звуковая волна преобразуется в электрический сигнал. По его характеристикам другая аппаратура сможет воспроизвести изначальное звучание.

Микрофон может транслировать звук на:

• обычные домашние колонки;
• компьютер;
• телевизор;
• магнитофон;
• проигрыватель;
• концертное оборудование;
• студийную звукозаписывающую аппаратуру.

Литература

• Микрофон // Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона : в 86 т. (82 т. и 4 доп.). — СПб., 1890—1907.
• Микрофон // Фотокинотехника: Энциклопедия / Гл. ред.  Е. А. Иофис. — М.: Советская энциклопедия, 1981. — 447 с.
• Сапожков М. А. Электроакустика. Учебник для вузов. — М.: «Связь», 1978. — 272 с. — 30 000 экз.
• Сидоров И. Н., Димитров А. А. Микрофоны и телефоны. — «Радио и связь», 1993. — 152 с. — (Массовая радиобиблиотека; Вып. 1197). — 20 000 экз. — ISBN 5-256-01072-7, ISBN 978-5-256-01072-0.
• Фурдуев В. В. Акустические основы вещания. — М.: Государственное издательство литературы по вопросам связи и радио, 1960.
• Дольник А. Г., Эфрусси М. М. Микрофоны. — 2 изд.. — М.: Энергия, 1967.
• Б. Я. Меерзон. Основы звукорежиссуры и оборудование студий звукозаписи. — 2-е изд.. — М.: Гуманитарный институт телевидения и радиовещания имени М.А. Литовчина, 2012. — С. 80—81. — 2 с. — ISBN 978-5-942237-029-9.
• Нисбетт А. Применение микрофонов. — М.: Искусство, 1981. — 173 с. — 16 000 экз.

История

В телефонном аппарате Белла, микрофон, как отдельный узел, отсутствовал, его функцию выполнял электромагнитный капсюль, совмещавший в себе функции микрофона и телефонного капсюля. Первым устройством, использующимся только в качестве микрофона стал угольный микрофон Эдисона, об изобретении которого также независимо заявляли Генрих Махальский в 1878 году и Павел Голубицкий в 1883 году. Действие его основывается на изменении сопротивления между зёрнами угольного порошка при изменении давления на их совокупность.

Конденсаторный микрофон был изобретён инженером Bell Labs Эдуардом Венте (Edward Christopher Wente) в 1916 году. В нём звук воздействует на тонкую металлическую мембрану, изменяя расстояние между мембраной и металлическим корпусом. Тем самым образуемый мембраной и корпусом конденсатор меняет ёмкость. Если подвести к пластинам постоянное напряжение, изменение ёмкости вызовет ток через конденсатор, тем самым образуя электрический сигнал во внешней цепи.

Более массовыми стали динамические микрофоны, отличающиеся от угольных гораздо лучшей линейностью характеристик и хорошими частотными свойствами, а от конденсаторных — более приемлемыми электрическими свойствами. Первым динамическим микрофоном стал изобретённый в 1924 году немецкими учёными Эрлахом (Gerwin Erlach) и Шоттки электродинамический микрофон ленточного типа. Они расположили в магнитном поле гофрированную ленточку из очень тонкой (около 2 мкм) алюминиевой фольги. Такие микрофоны до сих пор применяются в студийной звукозаписи благодаря чрезвычайно широким частотным характеристикам, однако их чувствительность невелика, выходное сопротивление очень мало (доли ома), что значительно осложняет проектирование усилителей. Кроме того, достаточная чувствительность достижима только при значительной площади ленточки (а значит, и размерах магнита), в результате такие микрофоны имеют бо́льшие размеры и массу по сравнению со всеми остальными типами.

Пьезоэлектрический микрофон, сконструированный советскими учёными С. Н. Ржевкиным и А. И. Яковлевым в 1925 году, имеет в качестве датчика звукового давления пластинку из вещества, обладающего пьезоэлектрическими свойствами. Работа в качестве датчика давления позволила создать первые гидрофоны и записать сверхнизкочастотные звуки, характерные для морских обитателей.

В 1931 году американские инженеры Венте и Тёрэс (Albert L. Thuras) изобрели , приклеенной к тонкой мембране из полистирола или фольги. В отличие от ленточного, он имел существенно более высокое выходное сопротивление (десятки ом и сотни килоом), мог быть изготовлен в меньших размерах и является обратимым. Совершенствование характеристик именно этих микрофонов, в сочетании с совершенствованием звукоусилительной и звукозаписывающей аппаратуры, позволило развиться индустрии звукозаписи не только в студийных условиях. Создание малых по размеру (даже несмотря на массу постоянного магнита, необходимого для работы микрофона), а также чрезвычайно чувствительных и узконаправленных динамических микрофонов в заметной степени изменило представление о приватности и породило ряд изменений в законодательстве (в частности, о применении подслушивающих устройств).

Тогда же разработанные электромагнитные микрофоны, в отличие от электродинамических, имеют закреплённый на мембране постоянный магнит и неподвижную катушку. Благодаря отсутствию жёстких требований к массе катушки (характерном для динамических микрофонов) такие микрофоны делались высокоомными, а также порой имели многоотводные катушки, что делало их более универсальными. Такие микрофоны, наряду с пьезоэлектрическими, позволили создать эффективные слуховые аппараты, а также ларингофоны.

Электретный микрофон, изобретённый японским учёным Ёгути в начале 1920-х годов, по принципу действия и конструкции близок к конденсаторному, однако в качестве неподвижной обкладки конденсатора и источника постоянного напряжения выступает пластина из электрета. Долгое время такие микрофоны были относительно дороги, а их очень высокое выходное сопротивление (как и конденсаторных, единицы мегаом и выше) заставляло применять исключительно ламповые схемы. Создание полевых транзисторов привело к появлению чрезвычайно эффективных, миниатюрных и лёгких электретных микрофонов, совмещённых с собранным в том же корпусе предусилителем на полевом транзисторе.

Какие бывают микрофоны

По принципу работы микрофоны бывают:

• динамические — бюджетный, но недостаточно чувствительный вариант;
• конденсаторные — имеют довольно ограниченный радиус действия, чувствительность оставляет желать лучшего;
• электретные — разновидность конденсаторных (отличаются компактностью, доступной стоимостью и приемлемым уровнем чувствительности).

По типу подключения все подобные устройства принято делить на такие типы:

• вмонтированные непосредственно в веб-камеру;
• обыкновенные аналоговые с разъёмом mini-Jack (подключаются через стандартный разъём аудиовхода);
• USB-микрофоны — не обладают присущей аналоговым гибкостью, но функциональность некоторых (дорогих) моделей вполне способна удовлетворить ожидания большинства современных пользователей.

Устройства с аналоговым входом — наиболее распространённый тип. Сейчас они представлены в самых разнообразных конфигурациях. Можно найти модели «на палочке», на удобной подставке, а также совмещённые с наушниками.

Среди микрофонов с разъёмом mini-Jack 3,5 можно найти относительно чувствительные модели, подходящие для большинства встроенных входов. Подключение устройств данного типа осуществляется через соответствующее гнездо компьютера. Необходимый уровень слышимости может обеспечить хороший аудиовход в ноутбуке либо в звуковой карте. Недостаточная чувствительность либо значительный показатель собственных шумов негативно отразится на звуке устройства.

Многие USB-микрофоны (в особенности, дорогие модели) обладают вмонтированным предусилителем, подогнанным под микрофонный капсюль и обеспечивающим достаточный уровень звука. Подобные устройства вмонтированы и в веб-камеры, когда у последних нет провода с разъёмом mini-Jack. Оптимальным вариантом для обеспечения хорошего звука станет USB-микрофон. Для того чтобы устройство с разъёмом mini-Jack могло качественно работать, необходимо произвести более тщательную настройку.

Как выбрать?

Бывает не просто остановить свой выбор на качественном девайсе для записи песен среди такого богатого разнообразия

Специалисты советуют обращать внимание сначала на индикатор частоты. Этот параметр важен как для студийной звукозаписи, так и для работы в домашних условиях

20 Гц – минимальное значение для качественной техники. Как правило, дома приходится подключать технику к дополнительным девайсам и пользоваться современным ПО

Очень важно, чтобы микрофон подходил для компьютера, ведь именно там будет происходить конечная обработка голоса. Для качественного вокала в записи устройство должно демонстрировать уровень частоты в 18 000 Гц

Чувствительность девайса играет немаловажную роль, описываемый параметр должен составлять не менее 33 дБ. Желательно, чтобы модель обладала удобной регулировкой. Перед тем, как приобрести устройство, пользователь должен проверить и фазный выключатель. Для комфортной студийной записи голоса большинство потребителей предпочтут выбрать модель, у которой имеется индикатор уровня сигнала. Звук будет чистым, если в микрофоне присутствует встроенный фильтр.

Не имеет значения, из какого материала изготовлен корпус – пластика или металла. Главное, чтобы падение и другие механические воздействия не отразились на его работе. Еще одним важным критерием при выборе техники является его проводная или беспроводная «природа». Оба типа устройств одинаково востребованы и популярны. Для домашнего использования вполне подойдет беспроводная модель. В условиях студии, конечно же, лучше выбрать микрофон с длиной шнура от 3 до 5 м.

Купить хороший микрофон – значит приобрести модель, отвечающую требованиям пользователя не только по качеству звука, но и по эргономике. Он должен быть не слишком легким или тяжелым, но обязательно таким, чтобы его было удобно держать в руке. Одним словом, идеальный микрофон обеспечивает максимальный комфорт, при котором ничто не отвлекает от основного занятия – пения. Набор функций, которыми обладает техника, определяет его стоимость. Однако это не значит, что за качественное устройство обязательно придется выложить целое состояние. Покупка дорогого профессионального микрофона всегда оправдана, если человек занимается вокалом профессионально и стремится выйти на новый уровень.

Общие сведения о микрофонах

Микрофон — электроакустический прибор, осуществляющий преобразование акустических колебаний на входе в электрические колебания на выходе.

Микрофон является первичным элементом в звукоусилительной цепи включающей также усилитель и громкоговоритель. Микрофоны имеют повсеместное применение, используются:

• для речевых объявлений (транспорт, промышленность, индустрия);
• для звукозаписи (студии звукозаписи, журналистика, телевидение);
• для вокала (эстрада, театр);
• для озвучивания (трансляция матчей, митинги, конференции);
• для специального назначения (например, для прослушивания).

В СОУЭ микрофон применяется в качестве технического средства. осуществляющего ручное, полуавтоматическое и дистанционное оповещение.

Устройство микрофона

На рис.1 изображена упрощенная схема функционирования микрофона.

Рис.1 — Упрощенная схема функционирования микрофона

• АК – акустическая подсистема;
• АМ – акустико-механическая подсистема;
• ЭМ – электромеханическая подсистема;
• ЭЛ – электрическая подсистема.

Акустическая подсистема, иногда называемая антенной, характеризует микрофон как приемник звука. Звуковое давление от источника звука, воздействуя на антенну, вызывает механическую силу, определяемую размером, формой корпуса (капсюля) микрофона, расстоянием от источника до микрофона, углом падения звуковой волны относительно акустической оси микрофона (акустическая ось микрофона, иногда называемая рабочей осью, как правило, совпадает с его физической и геометрической осью).

Акустико-механическая подсистема служит для согласования силы (энергии), формируемой приемником (антенной), с реакцией подвижного элемента преобразователя (например, смещением диафрагмы конденсаторного микрофона). Данная подсистема определяет частотную характеристику (чувствительности) и характеристику направленности микрофона.

Электромеханическая подсистема представляет собой устройство, преобразующее механические колебания подвижного элемента в электродвижущую силу (ЭДС). Эффективность и стабильность работы преобразователя зависит от ряда факторов, например, от площади мембраны.

Электрическая подсистема (как правило, представляется в виде электрической схемы) выполняет функцию согласования электрической части подсистемы с звукоусилительным устройством. В конденсаторных микрофонах, например, большое емкостное сопротивление капсюля д.б. согласовано с низкоомным входом предусилителя. Данная подсистема определяет такой параметр, как собственный шум микрофона.

Классификация микрофонов

Классификация микрофонов изображена на рис. 2.

Рис.2 — Классификация микрофонов

Микрофоны классифицируются по следующим признакам:

• по характеристике направленности;
• по типу преобразователя;
• по конструктивному исполнению;
• по способу связи.

Как пользоваться?

Современные микрофоны можно быстро и просто подключить к телефону, компьютеру, планшету, произвести запись и дополнительно обработать голос в специальном приложении. Все очень удобно. Такую мобильность смогли по достоинству оценить вокалисты по всему миру.

Перед тем как начать пользоваться подобной техникой, ее потребуется правильно настроить. Только так можно будет получить желаемый звук на выходе. Настройка представляет собой несколько последовательных действий.

Подключение

На телефоне, компьютере есть специальный разъем, куда можно подключить микрофон. Он обычно розового или оранжевого цвета, и практически всегда рядом с ним есть соответствующая картинка.

На стационарных компьютерах лучше использовать разъем сзади, поскольку оттуда звук получается чище. В телефонах такой вход комбинированный и присутствует в единственном варианте. Он используется как для гарнитуры, так и для микрофона. Если вход отсутствует, потребуется дополнительно приобрести переходник.

Проверка

Чтобы проверить на компьютере, нормально ли работает подключенный девайс, пользователю стоит зайти в меню регулировки громкости. Оно откроется, если нажать на правую кнопку мышки. Затем нужно войти в пункт «Записывающие устройства».

Если техника работает, то на индикаторе будет заметно движение. Отсутствие какой-либо активности говорит о том, что пользователь неправильно подключил девайс, необходимо фатомное питание или техника выключена в настройках. Бывает и так, что просто громкость микрофона уменьшена до минимума.

Настройка

Настройка чувствительности девайса производится через пункт «Свойства». Открывается он так же через нажатие на правую кнопку мышки при наведении на микрофон. Если хочется уменьшить шумы, тогда нужно поставить усиление на 0.0 дБ, при этом двигают только верхний ползунок. Чувствительность уменьшают в том случае, когда во время записи производится перезагрузка. У современных звуковых карт есть возможность убирать постоянную составляющую. То есть пользователь избавляется от «захлебывающегося» звучания. Громкие звуки становятся тише и их можно услышать, без этого они превращаются в помехи.

Обязательно стоит произвести настройку подавления шума. Встроенный фильтр способен срезать частоты, на которых он образуется. Необходимо убрать и эхо, которое появляется от колонок. В данном случае микрофон ловит воспроизводимый голос и получается наложение одного звука на другой.

О том, как выбрать микрофон для домашней студии, смотрите в следующем видео.

Классификация микрофонов по конструктивному исполнению

По конструктивному исполнению микрофоны можно разделить на:

• встраиваемые;
• ручные;
• настольные;
• петличные;
• головные;
• специального назначения.

К данной категории можно отнести и радиомикрофоны.

Примеры конструктивного исполнения изображены на рис.6.

Рис.6 — Примеры конструктивного исполнения микрофонов

Встраиваемые микрофоны

Данные микрофоны имеют различное исполнение и встраиваются непосредственно в техническое устройство (в устройства записи, переговорной, селекторной связи и т.д.). Встраиваемые микрофоны должны иметь высокую чувствительность, поэтому, как правило, это конденсаторные микрофоны с широкой односторонней направленностью (кардиоидные).

Ручные микрофоны

Ручные микрофоны можно разделить на вокальные и микрофоны тангетного типа (см. рис.6, справа).

Микрофоны тангетного типа широко используются для экстренных или служебных объявлений. Конструктивной особенностью данного микрофона является наличие клавиши (кнопки) – тангенты, размещаемой на корпусе и предназначенной для оперативного включения/отключения звука. Тангента снабжается пружинным механизмом, позволяющим автоматически сбрасывать (отключать) кнопку включения. Данная функция позволяет повысить надежность работы, особенно в случае высокоприоритетного использования (в случае подключения данного микрофона к высокому приоритету системы связи или оповещения).

Радиомикрофон

Радиомикрофон (РМ) представляет собой систему, состоящую из микрофона, малогабаритного передатчика, антенны и стационарного приемника (см. рис.6), предоставляющие пользователю свободу перемещения. Сам микрофон, в зависимости от способа применения, может иметь различную конструкцию:

• капсюль, передатчик и антенна размещены в одном корпусе (ручного) микрофона;
• капсюль и предусилитель (микрофонный усилитель) петличного или головного микрофона (гарнитуры) соединяется при помощи тонкого кабеля с карманным или поясным передатчиком.

Приемник радиомикрофона – отдельное устройство, снабженное одной или двумя антеннами. Радиоприемники работают, как правило, в УКВ диапазоне. В РМ используется принцип ВЧ модуляции. Звуковой сигнал от капсюля микрофона поступает на модулятор и передатчик, передается в эфир, далее поступает на приемник, детектируется и усиливается.

Современные РМ работают на дистанции 100-150м, используют принцип частотной модуляции , являющийся наиболее устойчивым к помехам. В последнее время появились модели РМ, использующие двух-поляризационный принцип, позволяющий увеличить стабильность приема. В такой системе два (ЧМ) сигнала различной поляризации передаются одновременно по двум каналам, повышая, тем самым, вероятность его приема (на двухантенный приемник). РМ имеют широкое применение, однако уступают проводным микрофонам по характеристикам, прежде всего из-за помех.

Настольные микрофоны

Работу и конструктив настольного микрофона рассмотрим на конкретном примере. На рис.7, изображен настольный микрофон ITC-ESCORT T-621.

Рис.7 — Конструктив микрофона, на примере модели ITC-ESCORT T-621

Настольный микрофон ITC-ESCORT T-621 предназначен для подачи речевых объявлений. Включение/отключение микрофона осуществляется кнопкой, размещенной на передней панели корпуса-подставки. При включении микрофона загорается индикатор, размещенный над кнопкой включения, а также светящееся кольцо, размещенное под капсюлем. Включение микрофона сопровождается гонгом (сигналом привлечения внимания). На дне подставки размещается включатель/выключатель, а также уровень громкости гонга. Микрофон может питаться как от адаптера, так и от батареи 9В (типа “Крона”) размещаемой в нижней части подставки под крышкой. Микрофон комплектуется источником питания – адаптером постоянного напряжения ±12В, микрофонным шнуром, дополнительным ветрозащитным чехлом.

Конструктивно микрофон представляет собой набор, состоящий из подставки настольного исполнения, к которой при помощи разъема крепится капсюль, соединенный с «гусиной шеей» и гибким держателем. Защитная сетка обеспечивает первичную защиту капсюля микрофона. В микрофоне применен капсюль электретного типа, обеспечивающий высокую чувствительность и минимальную неравномерность в заявленном частотном диапазоне.