Изучаем конструкцию микрофонов

          Почему существует столько разных микрофонов? Какой из них лучше? Это самый распространенный вопрос, который мне приходилось слышать.
          Во-первых, не существует микрофона, идеально подходящего для всех случаев, и это является лучшим ответом, почему на рынке столько разных микрофонов. Наши уши являются очень умными преобразователями, трансформирующими звуковые сигналы в электрические импульсы, которые мозг и определяет как звук.
          Частота звука измеряется в Герцах (Гц). Один Герц - это одна звуковая волна, исходящая из определенной точки со скоростью одно колебание в секунду. Наши уши способны различать звуковые колебания в диапазоне от 20 Гц до 20 000 Гц (20 кГц). В отличии от наших ушей, микрофон способен аккуратно преобразовать (и передать) только отдельную часть диапазона "от 20 до 20к".
          Если микрофон может воспроизвести частоты, не повышая и не урезая громкость в какой-то части диапазона, то это говорит, что он "ровный" в этой области. Это измерение говорит о "точности" микрофона, и на это, так называемое "частотное разрешение", прежде всего должен обратить внимание любой инженер при выборе микрофона для того или иного применения.
          Частотное разрешение микрофона потенциально может изменить тембр звука из-за своей невозможности реально воспроизвести все частоты, присутствующие в аудиосигнале. Другая характеристика, рассматриваемая при выборе микрофона - соотношение сигнал/шум, то есть количество полезного звука от инструмента или вокалиста по отношению к шуму, генерируемому самим микрофоном. (В спецификации на любое аналоговое или цифровое оборудование указывается соотношение сигнал/шум и динамический диапазон, который и есть сигнал/шум плюс запас по динамике до появления искажений - "headroom".)
          Но, возможно, самый рассматриваемый фактор при выборе микрофона - принцип преобразования. Есть два основных типа микрофонов: динамические и конденсаторные.
          Хотя динамические микрофоны занимали долгое время лидирующее положение в индустрии "живого" звука, конденсаторные микрофоны появляются на сцене все чаще и чаще, и причины этого мы рассмотрим попозже. А пока имеет смысл посмотреть, что же у микрофонов находится "под капотом".

Движение в "потоке"

          У динамических микрофонов есть две модификации: "подвижная катушка" и "лента". Динамические микрофоны работают по принципу магнитной индукции. Многие из нас представляют, что такое магнит. У него есть два полюса, один из которых назовем "север", а другой - "юг". Если два магнита соединить "север к северу" или "юг к югу", то они начнут отталкиваться один от другого. Сориентированные "север к югу", магниты имеют тенденцию притягиваться один к другому. Если магниты сориентированы так, что создают притяжение, но не касаются друг друга, то между ними возникает магнитное поле.
          Это магнитное поле имеет невидимые линии "магнитного потока". Все динамические микрофоны имеют такое магнитное поле. В ленточных микрофонах тонкая гофрированная полоска металла подвешивается между магнитами в магнитном поле. Когда звуковая волна достигает ленты, она начинает вибрировать. Вибрации прерывают линии магнитного потока, что порождает электрическое напряжение. Это напряжение проводится лентой и идентично по частоте со звуковыми колебаниями.
          В динамических микрофонах с движущейся катушкой есть тонкая диафрагма, которая закреплена на катушке с проводом. Эта пара - диафрагма/катушка, вибрируя в магнитном поле и взаимодействуя с магнитным потоком, порождает напряжение на катушке. Опять же, вибрация идентична частоте звуковых волн. Чувствительность динамических микрофонов с подвижной катушкой определяется размерами диафрагмы, силой магнита и количеством провода на катушке.

Внутренняя работа в двух основных типах микрофонов

          Хотя ленточные микрофоны более чувствительные, чем микрофоны с движущейся катушкой, они значительно более хрупкие. Ленточные микрофоны имеют также двустороннюю направленность, то есть их чувствительность сзади такая же, как и спереди. Соедините это с присущей им хрупкостью, и вы поймете, почему так сильно ограничено использование этих микрофонов на "живой" сцене.

Надежное движение

          Микрофоны с подвижной катушкой, наоборот, более живучие. Подобный дизайн микрофона принят на вооружение большинством концертирующих групп или прокатных компаний. И они также недороги. Большинство подобных микрофонов имеют узкую направленность, так что они ловят только звук, приходящий спереди. Это полезно, потому что звук, лезущий в микрофон из мониторов, может привести к возникновению обратной связи, и возникший в этом случае визг будет свидетельствовать о неудачном выборе. Звукоинженеры упорно работают, чтобы этого не случилось, но когда обратная связь возникает, всем в зале становится известно, что у них не получилось.
          Сила магнитов и количество витков провода на катушке определяют размеры диафрагмы. Микрофоны с большими диафрагмами более чувствительны, чем их аналоги с маленькими диафрагмами. Обычно это хорошие микрофоны для барабанов, за исключением рабочего барабана, воспроизводящего высокочастотный треск (из-за своих пружин), который лучше передают микрофоны с небольшой диафрагмой. Также рабочий барабан производит звуковое давление высокого уровня, которое может искажать звучание высокочувствительной диафрагмы.
          Микрофоны с подвижными катушками и диафрагмами большого размера, такие, как AKG D112, D550 или Shure Beta 52 очень хорошо воспроизводят звук басового барабана (бочки). Sennheiser также делает замечательные микрофоны для барабанов, такие как E602 для бочки и E604 для томов. Последний также имеет специальное крепление, при помощи которого его просто закрепить на верхнем ободе барабана и которое несколько помогает погасить паразитные низкочастотные вибрации, передающиеся на диафрагму через корпус. (Его даже используют иногда в студии.)

Если вы используете на сцене напольные мониторы, то динамические микрофоны с подвижной катушкой будут хорошим выбором для вас, обеспечивая достаточный запас чувствительности до возникновения обратной связи. Но если вы пользуетесь ушными мониторами, то для вокала и некоторых инструментов вы можете выбрать конденсаторные микрофоны. Если вы согласитесь на некоторые дополнительные расходы, то будете сполна вознаграждены. Конденсаторные - на сцене
          Конденсаторные микрофоны все шире и шире применяются для живого звука. Они очень чувствительны и имеют ровную частотную характеристику почти по всему диапазону от 20 Гц до 20 кГц благодаря своей конструкции.
          Эти микрофоны работают по принципу изменяемой емкости, с одной фиксированной пластиной и одной - подвижной. Эти пластины работают как поляризованный магнитный источник. Звуковое давление, приходящее в микрофон, заставляет подвижную пластину вибрировать в непосредственной близости от неподвижной пластины.
          Частота этой вибрации идентична частоте звука. Так как пластины при перемещении оказываются то ближе, то дальше одна от другой, они выполняют функцию электронного компонента, известного как "конденсатор". Емкость изменяется, и небольшая электронная цепь в микрофоне производит электрический сигнал, имитирующий звуковой сигнал. Динамические микрофоны обладают собственной энергией магнита, которая способна сформировать электрический сигнал.
          В отличие от динамических микрофонов, конденсаторные не имеют магнита, заряженного навсегда при производстве. То есть, их диафрагмы должны заряжаться при каждом использовании. Это условие помогает выполнить фантомное питание. Поставляемое на микрофон через микрофонный кабель, фантомное питание обычно составляет 48 Вольт постоянного напряжения для конденсаторных микрофонов с большой диафрагмой.
          Конструкция с изменяемой емкостью делает конденсаторные микрофоны очень чувствительными к приходящему на них звуковому давлению. Это очень "горячие" микрофоны. Гитаристы могут сравнить их с применением активных датчиков на гитаре для оживления звучания.

Конденсаторные микрофоны обычно также представлены достаточно плоской АЧХ. Разновидностью конденсаторного микрофона является электретный микрофон. Он обычно имеет небольшую батарейку, и требует фантомного питания меньше, чем 48 Вольт. Не путайте его с оснащенным батареей микрофоном для радиосистем.

Фантомный случай

          Фантомное питание не только обеспечивает необходимое напряжение для пластин, но также оно обеспечивает питанием внутреннюю схему микрофона. Без питания большие конденсаторные микрофоны просто не будут работать. Так откуда же оно берется? Обычно фантомным питанием обеспечивает микшерный пульт.
          Многие пульты предлагают отдельную кнопку или выключатель фантомного питания на каждом канале. Некоторые пульты имеют выключатель фантома, который работает на несколько каналов одновременно, или вообще одну кнопку на все каналы. Меньшее количество кнопок уменьшает цену, но уменьшает и функциональность.