En mikrofon (ofte kaldet en mikrofon ved apocope ) er en elektroakustisk transducer , dvs. en anordning stand til at omdanne et akustisk signal i et elektrisk signal .
Brugen af mikrofoner er nu udbredt og bidrager til mange praktiske anvendelser:
Også kaldet mikro , ved metonymi , elektromagnetiske transducere af elektrisk guitar ( guitar pickup ) og piezoelektriske transducere ( piezo pickup ), der bruges til instrumenter, hvis lyd er beregnet til at blive forstærket.
Den elektroniske komponent, der producerer eller modulerer elektrisk spænding eller strøm i henhold til lydtryk, kaldes en kapsel . Udtrykket mikrofon bruges også af synecdoche . Et stof eller et gitter beskytter generelt denne skrøbelige del.
Den første anvendelse af udtrykket mikrofon betegnede en slags akustisk horn . David Edward Hughes brugte den først til at henvise til en akustisk-elektrisk transducer. Forbedring af Graham Bells enhed understreger Hugues evnen til den enhed, han co-opfandt, til at transmittere meget lavere lyde.
En membran vibrerer under påvirkning af lydtryk, og en enhed, der er afhængig af mikrofonteknologi, omdanner disse svingninger til elektriske signaler. Designet af en mikrofon inkluderer en akustisk del og en elektrisk del, der definerer dens egenskaber og brugstype.
Hvis membranen kun er i kontakt med lydbølgen på den ene side, mens den anden er i et hus med konstant atmosfærisk tryk, vibrerer den i henhold til trykvariationerne. Vi taler om en akustisk trykføler . Denne type sensor reagerer på samme måde på lydbølger uanset oprindelsesretningen. Det er ufølsomt for vinden. Det er grundlaget for rundstrålende mikrofoner .
Overfladeeffektmikrofoner er trykfølere, der er fastgjort til en overflade, der i nogen grad danner en ledeplade, som fordobler lydtrykket på halvkuglen begrænset af den bærende overflade (Se PZM (mikrofon) (en) ).
Trykgradientfølere (tovejs eller direktivitet i 8)Hvis membranen er i kontakt med lydbølgen på begge sider, vibrerer den ikke, når en bølge kommer over, da overtrykket er ens på begge sider. Denne type membran kaldes en akustisk trykgradientsensor . Dette er grundlaget for tovejsmikrofoner eller 8- retningsbestemte mikrofoner .
Blandede eller variable typerVed at kombinere disse to typer, enten ved hjælp af akustiske midler, ved på en mere subtil måde at kontrollere adgangen til lydbølger til membranens bagside eller ved hjælp af elektriske midler, ved at kombinere signalet fra to membraner, opnår vi nyttige direktiver i særlig cardioid (også kaldet ensrettet):
kapsel | omnidirektionel | tovejs | kardioid | rapport | |
---|---|---|---|---|---|
formel | |||||
lyd i aksen | 100%, 0 dB | ||||
hans side | (90 °) | 50%, -6 dB | |||
hans bageste | (180 °) | 0%, -∞ dB |
Mikrofoner bred nyre , super- nyre og hyperkardioid retningsvirkning konstrueres ved at ændre forholdet mellem den omnidirektionale komponent og den bidirektionelle komponent. Mikrofoner kan give direktivitetsjustering eller skifte.
Disse konstruktioner gør det muligt at lægge større vægt på en kilde, som mikrofonen er rettet mod, og at dæmpe det efterklangede lydfelt, der kommer fra alle retninger. Vi definerer et retningsindeks som udtrykket i decibel af forholdet mellem en lyd, der kommer i mikrofonens akse, og en lyd med det samme effektive akustiske tryk, der kommer fra en ideelt diffust kilde (kommer fra overalt omkring mikrofonen).
omnidirektionel
kardioid
supercardioid
hypercardioid
tovejs
kapsel | formel | retningsvirkning indeks |
vinkel for dæmpning ved | niveau for en vinkel på | |||
---|---|---|---|---|---|---|---|
-3 dB | -6 dB | -∞ dB | 90 ° (lateral lyd) | 180 ° (bageste lyd) | |||
omnidirektionel | 0 dB | - | - | - | 0 dB | 0 dB | |
kardioid | 4,8 dB | 65 ° | 90 ° | 180 ° | -6 dB | -∞ dB | |
supercardioid | 5,7 dB | 56 ° | 75 ° | 120 ° | -9 dB | -10 dB | |
hypercardioid | 6,0 dB | 52 ° | 70 ° | 110 ° | -12 dB | -6 dB | |
tovejs | 4,8 dB | 45 ° | 60 ° | 90 ° | -∞ dB | 0 dB |
Interferensrørsmikrofoner giver forstærket retning, men er stærkt afhængig af frekvenser. På grund af deres aflange form kaldes de haglgeværmikrofoner .
MembranstørrelseMembranens størrelse påvirker omdannelsen til vibrationer og derefter til et elektrisk signal .
I kontakt med en væg vinkelret på udbredelsesretningen udvikler en lydbølge en effekt, der er proportional med arealet og lydtrykets firkant:
eller en mikrofonmembran med en diameter på 20 mm, der nås med en lodret lydbølge med et tryk på 1 Pa . Vægarealet er 3,14e -4 m², lydeffekten på membranen er 0,76 μW .
Kun en del af denne effekt kan genvindes i form af et elektrisk signal, der beskriver lydbølgen. Jo større membranen er, desto mindre er det nødvendigt at forstærke signalet, og jo mindre udsættes den derfor for behandling, som uundgåeligt fører til en vis mængde støj og forvrængning.
Membranens størrelse bestemmer derfor mikrofonens maksimale følsomhed. Men så snart den største dimension af membranen bliver signifikant med hensyn til bølgelængden af en lyd, udgør den for lydbølger, der ikke ankommer vinkelret, et kamfilter . Selvfølgelig griber andre fænomener som diffraktionen på kanterne ind, hvilket gør den virkelige respons mere kompleks.
Tilstedeværelsen af en stiv surround omkring membranen skaber en overfladeeffekt, der øger lydtrykket for frekvenser, hvis bølgelængde er mindre end størrelsen af membran-surround-enheden. Denne forhindring kan være flad eller sfærisk, den udgør omkring en tryksensorkapsel et akustisk filter som beskyttelsesgitteret, der afgrænser et hulrum, hvis egenskaber påvirker mikrofonens respons, især ved de højeste frekvenser.
Applikationer ( mobiltelefon , lavaliermikrofon ), der kræver små mikrofoner, begrænser derved størrelsen på membranen.
De tidligste mikrofoner, der først blev brugt i telefoner, brugte variationen i modstand hos et granulært kulstofpulver, når de udsættes for tryk. Når pulveret komprimeres, falder modstanden. Hvis der ledes strøm gennem dette pulver, moduleres det i overensstemmelse med det akustiske tryk på membranen, der presser på pulveret. Det er klart, at kun trykfølere kan bygges på denne måde. Disse mikrofoner er ufølsomme, fungerer over et begrænset frekvensområde, og deres respons er kun omtrent lineær, hvilket forårsager forvrængning. De har den fordel, at de er i stand til at producere en ret høj effekt uden en forstærker. De blev brugt i telefonhåndsæt , hvor deres robusthed blev værdsat, og i radio før introduktionen af metoder, der gav bedre resultater.
Dynamisk mikrofon med bevægelig spoleI bevægelige elektromagnetiske spolemikrofoner limes en spole på membranen, hvilket får den til at vibrere i det faste magnetiske felt af en permanent magnet. Bevægelsen skaber en elektromotorisk kraft, der skaber det elektriske signal. Da omdannelsen af lydenergien, der afgives ved det akustiske tryk på membranen, direkte giver en anvendelig strøm, siges disse mikrofoner at være dynamiske , for i modsætning til kulmikrofoner og kondensatormikrofoner har de ikke brug for 'mad.
Udseendet i 1980'erne af neodymmagneter tillod mere intense magnetfelter med en forbedring af kvaliteten af elektromagnetiske mikrofoner.
BåndmikrofonI elektromagnetiske båndmikrofoner er membranen et fleksibelt præget bånd installeret i magnetfeltet på en permanent magnet. Det fungerer som den elektromagnetiske mikrofon med bevægelig spole med fordelen af den bevægelige deles lethed. Det kræver ikke strøm. Udgangsimpedansen er meget lavere end for andre typer, og den er ret skrøbelig.
KondensatormikrofonI kondensatormikrofoner er membranen, der er dækket af et tyndt ledende lag, en af kondensatorens anker , ladet af en direkte spænding, den anden anker er fast. Vibrationen trækker armaturerne sammen og væk og varierer kapacitansen . Da belastningen er konstant og lig med produktet af spændingen og kapacitansen, frembringer ændringen i kapacitans en omvendt spændingsændring. Udgangsimpedansen er meget høj. Kondensatormikrofoner har brug for en strømforsyning, på den ene side til polarisering af kondensatoren, på den anden side til impedansadapterforstærkeren, som skal være tæt på membranen.
Strøm kan leveres af en speciel leder tilsluttet en interfacekasse, som også giver impedanstilpasning. Dette er dog kun tilfældet for et par meget høje mikrofoner. De fleste modeller bruger fantomkraft , så navngivet, fordi det ikke kræver yderligere drivere.
Følsomheden af kondensatormikrofoner er højere end for dynamiske mikrofoner. Mindre lydeffekt er nødvendig for at vibrere membranen alene end membran-spoleanordningen, og den impedans-matchende forstærker trækker meget lidt strøm. Denne forstærker er designet til sensoren og styrer også båndbredden; kondensatorens respons alene er et lavpasfilter ( Rayburn 2012 , s. 33). Disse forstærkere blev først sammensat af et elektronrør og en transformer . For nylig er deres støj- og forvrængningsniveau såvel som deres følsomhed over for interferens blevet sænket ved brug af transistorer eller felteffekt -transistorer uden transformere.
Højfrekvent kondensatormikrofonKondensatoren dannet af membranen og en fast anker er ikke polariseret af en direkte spænding, men udgør med en modstand et filter, hvis afskæringsfrekvens varierer som kapacitansen. Højfrekvent moduleringsniveau følger derfor membranens vibrationer. Det næste trin har en demodulation på en diode, der driver outputtransistorer.
Elektret kondensatormikrofonElektriske kondensatormikrofoner udnytter en egenskab ved visse materialer for at bevare en permanent elektrostatisk ladning. Et sådant materiale danner den ene kondensatorarmatur, membranen den anden. Electret-mikrofoner har ikke brug for en forspænding, men de har en impedansmatchende forstærker, som kræver strøm. Hvis udgangsspændingen ikke er for høj, kan denne strøm forsynes med et batteri.
Polarisationsladningen falder over tid, hvilket resulterer i et tab af mikrofonens følsomhed gennem årene.
Designet eller valget af en eksisterende model skal tage højde for den anvendelse, mikrofonen er beregnet til:
Kvaliteten af lydtranskriptionen afhænger af mikrofonens karakteristika og kvalitet, men også og hovedsageligt af mikrofonens placering i forhold til kilden samt miljøet for lydoptagelsen (støj, vind osv.) .
Direktivitet er en væsentlig egenskab ved mikrofonen. Det angiver dets følsomhed i henhold til lydens oprindelse i forhold til dens akse.
Omnidirektionel | Bredt kardioid | Kardioid | Hypercardioid | Tønde (lapper) | Tovejs eller figur 8 | |
---|---|---|---|---|---|---|
I tabellen placeres mikrofonen lodret og vender opad. |
Polardiagrammet repræsenterer mikrofonens følsomhed i henhold til lydbølgens oprindelsesretning. Længden af midtpunktet på kurven angiver den relative følsomhed i decibel . I de fleste tilfælde afhænger følsomheden kun af retningen i forhold til mikrofonens hovedakse; Ellers kræves der to diagrammer. Direktivitet afhænger også af frekvens ; komplette diagrammer inkluderer flere kurver med relative værdier. Generelt er diagrammet symmetrisk, og man kan for en bedre læsbarhed sætte halvkurver på begge sider af aksen.
Ofte er frekvensresponset mest selv når mikrofonen vender mod kilden. Hvis andre lyde ikke smelter sammen med hovedkildens, kan responsforskelle uden for aksen bruges til at udjævne tonen.
Lydfagfolk foretrækker ofte kondensatormikrofoner frem for studiedynamik. De tilbyder generelt et meget højere signal / støj-forhold og et bredere, jævnere frekvensrespons.
For meget kraftige kilder, såsom et slaginstrument , messinginstrumenter eller en forstærker til en elektrisk guitar , har en dynamisk mikrofon fordelen ved at absorbere høje akustiske tryk. Deres robusthed gør dem ofte foretrukne på scenen.
Kondensatormikrofonen har fordelen ved fremragende transiente og båndbreddesvar, blandt andet takket være den bevægelige deles lethed (kun en ledende membran sammenlignet med massen af en dynamisk mikrofons spole). De har normalt brug for strøm, normalt fantomkraft . De inkluderer ofte signalbehandlingsmuligheder såsom en direktivitetsmodulator, en lavfrekvent dæmper eller endda en volumenbegrænser (Pad).
Kondensatormikrofoner er populære hos professionelle på grund af deres reproduktion troskab.
De lydniveau fagfolk bruge alle de tryk sensor mikrofoner (omnidirektionale) elektrostatiske. Denne brug kræver, at mikrofonen kalibreres; den pistonfon er en anordning, der almindeligvis anvendes til dette formål.
Elektretmikrofonen er let miniaturiseret og anvendes i vid udstrækning i det audiovisuelle felt (lavaliermikrofon, headsetmikrofon osv.), Hvor den værdsættes for dens størrelse / følsomhedsforhold. De bedste modeller formår endda at konkurrere med nogle kondensatormikrofoner med hensyn til følsomhed.
De nuværende elektroner drager fordel af en konstruktion, der overvinder denne irriterende begrænsede forventede levetid, som elektronet har kendt siden 1970'erne.
Gamle Grundig mikrofon (trækul).
Dynamisk mikrofon til karaoke .
Shure SM57 og dets Beta57-ækvivalent (dynamisk).
Sennheiser 845 (dynamisk).
AKG C414 mikrofon (vokal, vokal, kondensator).
Neumann U89i (universal, kondensator).
Neumann U87 (universal, kondensator).
Oktava 319 (instrumenter, kondensator).
Miniaturelektretmikrofon.
En mikrofonkapsel giver et signal svarende til et punkt i lydrummet. Arrangementer af kapsler giver flere signaler, der gør det muligt at repræsentere kildens retning eller opnå bestemte retningslinjer.
Mikrofon tilbehør er