Microfon

Microfon este un dispozitiv pentru transformarea semnalului acustic în semnal electric. Primul microfon l-a inventat creatorul gramofonului Emile Berliner 4 martie 1877.

Microfon dinamic

microfon dinamic

Membrana microfonului se mișcă în funcție de presiunea acustică. Acest lucru determină și mișcarea bobinei, care este conectată la membrană. În bobina care astfel se mișcă într-un câmp magnetic, se generează un semnal electric. Tensiunea de ieșire se modifică în funcție de mișcarea membranei și a bobinei. La acest microfon, membrana mișcă bobina în câmpul magnetic al unui magnet permanent, generând astfel o tensiune alternativă respectiv curent (se tratează un proces invers față de cel care are loc în reproducătoarele clasice reproducătoare). Microfoanele dinamice sunt mai puțin sensibile decât microfoanele condensator, deci prelucrează mai bine un cantat cantat la spectacolele live etc. Nu necesită alimentare și sunt foarte rezistente la deteriorări mecanice. (Un exemplu de legendă vie este microfonul Shure SM58, care este folosit frecvent la spectacole publice). Caracteristica direcțională este inimă.

Microfon cu panglică

microfon cu panglică

Acest microfon funcționează pe același principiu ca microfonul dinamic. Diferența este că membrana este înlocuită cu o panglică subțire de aluminiu, care se mișcă în funcție de presiunea acustică într-un câmp magnetic. Microfon dinamic cu panglică (numit și microfon ribbon). Aici, „membrana” este o panglică ondulată dintr-o folie foarte subțire de aluminiu (câțiva microni), plasată într-un câmp magnetic permanent al magnetilor. Pentru a transforma impedanța foarte mică se folosește un transformator, care este o componentă esențială a acestor microfoane, la fel ca și forța magnetilor (astăzi în general neodimice) și calitatea tensionării și ondulării foliei de aluminiu. Construcția este simplă, dar este foarte sensibilă la deteriorări mecanice și nu poate fi depozitat aproape de medii magnetice sensibile, deoarece poate apărea o magnetizare. Astăzi, microfoanele cu panglică trăiesc un „comeback”, în ciuda sensibilității foarte mici și a domeniului de frecvență până la aproximativ 15 kHz. Un mare avantaj al acestora este sunetul plăcut „cald”. În mod tradițional, astfel de microfoane trebuie depozitate în poziție verticală. Sunt specifice caracteristicii în formă de 8.

Microfon condensator

microfon condensator

Acest tip de microfon conține două plăci metalice subțiri, care împreună formează un condensator. Circuitul de alimentare creează o sarcină electrică în condensator. Una dintre aceste plăci este fixată, iar cealaltă este mobilă și are funcția de membrană acustică. Apropiarea și depărtarea reciproca a acestor plăci determină o schimbare a capacității și astfel o modificare a tensiunii de ieșire. Grosimea membranei este de câțiva microni și are aplicată o strat de metal rar, cel mai adesea aur, într-un mod similar cu cel în care se produc tranzistori. Schimbarea capacității se transformă într-un semnal electric fie prin alimentare de la o sursă moale, fie printr-un preamplificator cu o impedanță de intrare foarte mare (pentru aceasta sunt foarte potrivite valvele electronice, care au fost folosite în primele microfoane. Astăzi este mai ușor de rezolvat un astfel de microfon prin intermediul unui circuit integrat, respectiv tranzistori). Uneori microfonul este parte a unui oscilator dezajustat prin schimbarea capacității și în circuitele următoare se modifică demodularea într-un semnal de joasă frecvență. Este necesar ca distanța dintre membrană și preamplificator să fie cât mai mică. Diametrul membranei este în mod obișnuit un in (adică 2,54 cm). Microfoanele condensator necesită alimentare. La o construcție adecvată a capsulei microfonului este posibil ca prin polarizare să se modifice caracteristica direcțională a microfonului, ceea ce se folosește la microfoanele studio. Microfoanele condensator se folosesc în special pentru înregistrări profesionale în studio și pentru scopuri de măsurare. La spectacolele live se folosesc în special microfoanele dinamice. Microfonul condensator aparține la cele mai acustic fidel și sensibile dintre principiile diferite ale microfoanelor.

Microfon electret

microfoane electret

Microfonul electret este un tip de microfon condensator, la care este necesar un câmp electric pentru funcționare, generat de un electret, adică o substanță neconductoare, care este permanent încărcată. În ritmul mișcării membranei se modifică capacitatea condensatorului și astfel și tensiunea dintre plăci. Modificările de tensiune trebuie procesate de un preamplificator cu o impedanță de intrare mare, (de obicei un tranzistor FET construit în corpul microfonului), astfel că este nevoie și de o alimentare. Se produc pentru scopuri de măsurare complexe, pentru studiouri, dar și pentru utilizări simple, de exemplu în calculatoare, telefoane, electronice de uz casnic etc. Corpul microfonului nu este de obicei mai mare decât 1 cm în diametru.

Microfon cu cărbune

microfon cu cărbune

Acest tip nu este nici un microfon dinamic, nici un microfon condensator. Microfonul a fost folosit în vechile aparate telefonice, și datorită rezistenței la șocuri și în emițătoarele și telefoanele militare. Principiul este bazat pe comprimarea granulelor de cărbune. Când acestea sunt comprimate, rezistența lor scade și tensiunea de ieșire crește. Pe principiul microfonului cu cărbune au fost construite și primele amplificatoare acustice pentru centralele telefonice. Aceste amplificatoare aveau o distorsiune mare și un domeniu de frecvență mic. În microfoanele cu această construcție, la șocuri mecanice (chiar și foarte mici), apare un zgomot cauzat de frecarea granulelor de cărbune între ele. La începutul radiodifuziunii, semnalul emițătorului cu mare putere trecea prin microfonul cu cărbune, deci microfoanele necesitau răcire. Erau plasate în stativi grei și în sisteme de arcuri care eliminau șocurile mecanice. Nu au nicio caracteristică direcțională.

Microfon piezoelectric (microfon piezo)

microfon piezo

Microfonul este bazat pe efectul piezoelectric. O substanță cristalină generează o tensiune electrică polarizată la deformare. Pe acest principiu este bazat microfonul piezoelectric, care este folosit în special pentru captarea sunetului de la instrumente acustice (contrabas, chitară, violină), deoarece elementul de captare plat poate fi fixat cu succes pe placa de rezonanță a instrumentului muzical. Vibrațiile plăcii se transmit la cristalul de captare, generând o tensiune echivalentă vibrațiilor. Microfonul piezoelectric a fost folosit în special în a doua jumătate a secolului al XX-lea. Costurile mici ale producției lui l-au predispus ca un accesoriu pentru magnetofone cu panglică.

Caracteristica microfonului

domeniul de frecvență, pentru care sunt destinate microfoanele. Se exprimă în Hz. Pentru o înregistrare de calitate se cere un domeniu de 40 Hz – 15 kHz. Microfon cu cărbune: 300 Hz – 3 kHz, microfon dinamic: 20 Hz – 20 kHz, microfon condensator: 10 Hz – 20 kHz.
caracteristica direcțională dependența sensibilității microfonului de unghiul dintre axa microfonului și direcția din care provine sursa de sunet. Se exprimă printr-un grafic spațial.
caracteristica de frecvență este dependența sensibilității microfonului de frecvență. Se exprimă grafic.
sensibilitatea microfonului este presiunea acustică minimă pe care microfonul o poate capta pentru a declanșa o reacție dorită. Se exprimă în mV/Pa pentru o anumită frecvență. Cu cât sensibilitatea este mai mică, cu atât microfonul trebuie să fie mai aproape de sursa de sunet. Sensibilitatea nu este un factor decisiv, dacă nu scade sub 0.8 mV/Pa la rezistența internă a microfonului de 200 Ohm. Atunci este încă păstrată diferența semnal – zgomot de 45 dB, ceea ce este limita recunoașterii.
zgomotul microfonului Dacă nivelul echivalent de zgomot al microfonului este mai mic decât nivelul zgomotului studio (presiune acustică 3,6.10-2 Pa) atunci microfonul este acceptabil.
impedanța de ieșire. În funcție de tip este mai mult sau mai puțin dependentă de frecvență. Mărimea impedanței este importantă pentru conectarea microfonului la amplificator (adaptarea impedanței).
factorul direcțional Fiecare tip de microfon se caracterizează prin faptul că tensiunea de ieșire depinde și de direcția din care ajunge unda sonoră la microfon. Sensibilitatea omnidirecțională o au doar microfoanele cu caracteristică direcțională omnidirecțională, dar și pentru acestea este valabil doar pentru frecvențele medii și joase. La frecvențele mai mari se modifică în inimă până la 8, dacă lungimea undei se apropie de dimensiunea microfonului. Microfoanele cu caracteristică inimă sau 8 accentuează unde sonore care vin din direcția celei mai mari sensibilități a microfonului și suprimă sunetele din alte direcții. Factorul direcțional poate fi exprimat matematic ca raportul pătratului tensiunii de ieșire la pătratul tensiunii de ieșire ale aceluiași microfon plasat într-un câmp acustic difuz perfect, în condițiile unei presiuni acustice și a unei unde care cade pe axa microfonului. Un microfon cu caracteristică omnidirecțională perfectă are coeficientul direcțional = 1. Rădăcina pătrată a factorului direcțional este așa-numitul factor de distanță, care arată de câte ori poate fi mutat microfonul direcțional de la sursa acustică față de microfonul cu caracteristică omnidirecțională, păstrându-se același raport între semnalul direct și zgomotul perturbator.

Caracteristica direcțională

Caracteristica direcțională este sensibilitatea spațială a microfonului. În funcție de construcție și tipul microfonului, acesta poate primi sunet din diverse direcții cu intensități diferite. Microfoanele sunt proiectate cu caracteristici direcționale în funcție de utilizarea lor prevăzută. Caracteristica direcțională este dependentă de frecvență – se manifestă în mod obișnuit la tălciuni înalte, în timp ce cele adânci rămân neatinse.

omnidirecțională
subcardioidă
cardioidă
supercardioidă
hipercardioidă
în formă de 8
direcțională

omnidirecțională (omnidirectional) sau caracteristică sferică este aceea, la care microfonul primește sunetul la fel de bine din toate părțile. Se poate obține cel mai ușor și este tipic pentru microfoanele electret.
cardioidă (cardioidă) caracteristica suprimă recepția sunetului „din spatele” microfonului. Caracteristică tipică pentru microfoanele dinamice de cantat, suprimă feedback-ul.
hipercardioidă caracteristica este mai direcțională decât caracteristica cardioidă.
în formă de 8 (bidirectional) caracteristica este aceea, la care microfonul primește sunet doar din spate și din față.
direcțională caracteristică reprezintă o atenuare a recepției sunetului din spate și din lateral. Se primește doar sunetul din față.
direcțională strânsă caracteristică reprezintă o atenuare pronunțată a recepției sunetului din spate, ceea ce se obține în mod obișnuit din motive fizice prin lungimea microfonului până la 1 metru. Este caracteristică pentru micile știri cinematografice, care țin microfoanele deasupra graniței superioare a imaginii. Caracteristica direcțională strânsă a microfonului se obține la cheltuirea caracteristicii de frecvență, care este comprimată doar în spectrul acustic.

Caracteristica de frecvență

Caracteristici de frecvență ale microfoanelor
Sus Oktava 319 (studio), jos Shure SM58 (pentru cant)

Caracteristica de frecvență a microfonului este dependența sensibilității de frecvență. Se exprimă grafic. Idealul fizic ar fi un microfon, care ar transforma întotdeauna un stimul acustic într-un semnal electric echivalent, indiferent de frecvența acestuia. Așa însă nu este. Obținerea unei caracteristici echilibrate cel puțin în zona auzibilă necesită măsuri costisitoare, de exemplu dimensiuni foarte mici ale microfonului. Din lipsă s-a transformat într-o virtute și neechilibrele de frecvență ale produselor individuale au început să fie folosite astfel, încât să ajute la accentuarea sau suprimarea anumitor nuanțe sonore ale obiectelor filmate. De exemplu, toți microfoanele, cu excepția celor omnidirecționale, funcționează ca transformatoare de gradient de presiune, cu apropierea de sursa de semnal amplificând frecvențele joase – tzv. 'efectul de proximitate'. Acest lucru este folosit de unii cântăreți pentru a obține o culoare caldă a sunetului în anumite pasaje ale cantului prin apropierea și depărtarea microfonului.

Pentru scopuri speciale se produc microfoane cu o parte a caracteristicii de frecvență suprimată (de exemplu pentru înregistrarea vorbirii în reportaje sau pentru echipamente de comunicare care funcționează într-un mediu zgomotos), în unele cazuri fiind echipate și cu corecții comutabile direct în corpul microfonului, sau pot accentua o anumită parte a spectrului necesară pentru înregistrarea sunetului de la instrumente muzicale specifice.

Accesorii

protecție împotriva vântului și a influențelor mecanice – de obicei sub formă de acoperiș sonor amortizat (molitan, textil)
păianjen – se folosește în special la microfoanele condensator. Corpul microfonului este prins într-un sistem amortizat din gumă (sau arcuri), care îl separă de șocurile mecanice.
windshield- nume general pentru protecția spumă a microfonului împotriva vântului. Este folosit în special de echipajele televizionale la microfoanele de reportaj, iar „varianta părului” este folosită și la microfoanele direcționale strânse.
pop filtru – se folosește în studiouri. Este un sit de textil amortizat care atenuează (difuzează) volumul mare de aer (de exemplu, expirația) pentru a nu se transmite ca o undă de șoc la microfon.