Статья «Микрофоны, часть 4» | Музыкальное Оборудование

Автор: 

Ирина Алдошина

Дата первой публикации: 

апр 2011

Классификация микрофонов по видам характеристик направленности.

В предыдущей части статьи рассматривалась классификация микрофонов по принципам преобразования энергии. В данной части будет рассмотрена классификация по видам характеристик направленности.

По этому параметру все микрофоны могут быть разделены на следующие группы:
ненаправленные (omnidirectional) — приемники давления;
двунаправленные (bidirectional) — симметричные приемники градиента давления;
однонаправленные (unidirectional) — несимметричные приемники градиента давления и комбинированные;
остронаправленные — микрофоны типа Shotgun и параболические.

Ненаправленные микрофоны
Если условно изобразить микрофон (это относится к любому типу преобразования) в виде гибкой диафрагмы в корпусе с жесткими стенками, то переменное звуковое давление от источника звука будет воздействовать на диафрагму с одной стороны (рис. 1). Когда длина волны значительно больше размеров микрофона (λ >>d), то есть на низких частотах, звуковая волна обтекает корпус микрофона и звуковые волны со всех направлений (как фронтальных, так и боковых и задних) приходят в одинаковой фазе на все точки мембраны в пределах ее площади, то есть микрофон как бы «не чувствует» направление их прихода.

Характеристика направленности такого микрофона представляет собой шар, в центре которого находится микрофон (рис. 2), то есть чувствительность микрофона одинакова для всех направлений прихода звуковой волны. Такой микрофон называется ненаправленным или приемником давления.

Следует отметить, что это свойство сохраняется только на низких частотах, с повышением частоты начинает сказываться экранирующее действие корпуса и возникает разность фаз между волнами, приходящими с разных направлений в пределах площади мембраны. При этом микрофон приобретает отчетливо направленные свойства в сторону передних источников звука.

Ненаправленные микрофоны находят широкое применение в технике звукозаписи, особенно для записи звуков окружающего (реверберационного) пространства и шумов. Они применяются также как репортажные, так как у них отсутствует эффект «близости» (proximity), который всегда существует в направленных микрофонах (подробнее о нем будет рассказано дальше).

Двунаправленныe микрофоны
Схематически принцип работы микрофона — приемника градиента давления, показан на рис. 1 справа. В таком микрофоне независимо от принципа преобразования обеспечен доступ звуковой волны как с передней, так и с тыльной стороны мембраны (так как в корпусе микрофона имеются отверстия для доступа звуковых волн к задней части мембраны). При этом мембрана находится под действием разности (то есть градиента) сил ΔF= F1 — F2, где

F1=pзв S sinωt — сила, действующая на переднюю сторону диафрагмы;
F2=pзв S sin(ωt -Δϕ) — сила, действующая на заднюю сторону диафрагмы, она равна по амплитуде силе F1, но отстает от нее по фазе на Δϕ, так как звуковые волны проходят более длинный путь (D) до задней стороны диафрагмы. Эта разность фаз приближенно равна Δϕ=2π (D cosα) /λ, при этом градиент сил действующих на диафрагму равен:
ΔF= pзв S (D/c) ω cosα, где D — расстояние между фронтальным и задним входом звуковой волны, α — угол падения звуковой волны, c —скорость звука. Как видно из этого выражения, когда угол падения звуковой волны 0 град или 180 град, то разность (градиент) сил максимальна, так как cos 0 град = 1, а cos 180 град = -1, а когда угол падения 90 град, то она равна нулю (cos90 град = 0). Таким образом, зависимость уровня чувствительности от угла падения имеет вид, показанный на рис. 2. Коэффициент направленности в данном случае равен: Г(α)=cosα. Характеристика направленности такого типа обычно называется «восьмерка» («figure eight»).

Микрофоны с данной характеристикой направленности чувствительны к звуковым волнам, падающим вдоль оси, и практически нечувствительны к звуковым волнам, падающим под углом 90 градусов к оси. Такую характеристику могут иметь микрофоны разных типов преобразования, например, ленточные с открытой с двух сторон ленточкой, динамические, конденсаторные и др.

Микрофоны такого типа находят широкое применение для записи боковых отражений в помещениях, в микрофонных стереосистемах, системах пространственного (surround) звука и др.

Однонаправленные микрофоны
Если синтезировать характеристику направленности микрофона путем комбинирования ненаправленной и двунаправленной характеристики, то в осевом фронтальном направлении чувствительность увеличивается (поскольку сигналы складываются в одинаковой фазе), а в тыловом направлении чувствительность уменьшается — сигналы взаимно вычитаются, так как их фазы противоположны. Пусть микрофон — приемник давления, имеет чувствительность S1, не зависящую от угла падения волны, а микрофон — приемник градиента давления, имеет чувствительность S2cosα. Если чувствительности обеих микрофонов на оси выбрать равными S1= S2, то характеристика направленности такой комбинации микрофонов будет иметь вид:

Г(α)=(S1+S1cosα)/2 S1=1/2(1+ cosα).

Полученная при этом форма диаграммы направленности называется кардиоидой (рис. 2).

Для создания таких комбинированных микрофонов раньше (30-40 годы) размещали два капсюля в одном корпусе и электрически складывали их выходные напряжения. Однако односторонненаправленную характеристику направленности удавалось получить только в очень ограниченном диапазоне частот (две-три октавы) из-за различий амплитудных и фазовых характеристик обоих типов микрофонов.

В современных односторонненаправленных микрофонах используется один преобразователь с двумя или более акустическими входами для доступа звуковой волны к диафрагме, однако в них условия доступа звуковой волны к передней и задней части диафрагмы неодинаковы Такие преобразователи относятся к группе несимметричных приемников градиента давления (рис. 3). Фазовый сдвиг между звуковыми волнами, падающими на переднюю и заднюю сторону диафрагмы, состоит из «внешнего», зависящего от длины пути между передней и тыльной стороной диафрагмы Δϕ1=2π (D cosα) /λ, и «внутреннего» Δϕ2, определяемого внутренней массой и упругим сопротивлением воздуха в объеме под диафрагмой и в отверстиях (для регулирования этого сопротивления отверстия закрываются шелком и др.). Таким образом, сила F3, действующая на заднюю поверхность мембраны, отстает от силы F1, действующей на переднюю поверхность, как на внешний, так и на внутренний фазовый сдвиг: F3 =pзв S sin(ωt -Δϕ1-Δϕ2). При этом внешний фазовый сдвиг зависит от угла падения звуковой волны (то есть cosα), а внутренний не зависит. Подбирая разность этих фаз, можно сформировать различные типы односторонних характеристик направленности.

Большинство современных направленных микрофонов как конденсаторного, так и динамического типа относятся именно к несимметричным приемникам градиента давления.

Отверстие (может быть разделено на несколько отверстий) располагается на определенном расстоянии от задней стороны диафрагмы (обычно 3,8 см), примером конструкции капсюля конденсаторного микрофона градиента давления с одним входным отверстием может служить модель Electro-Voice DS35. Кроме этого существуют конструкции капсюлей, где два, три и множество отверстий располагаются на разных расстояниях от диафрагмы (рис. 4).

Примером может служить модель Sennheiser MD441 (рис. 5), где три отверстия располагаются на разном расстоянии: 3,8 см — высокочастотный вход, 5,6 см — среднечастотный вход, 7 см — низкочастотный вход. Такая конструкция более устойчива к эффекту близости (proximity), так как низкочастотное отверстие находится дальше от диафрагмы, а этот эффект (см. далее) уменьшается с увеличением расстояния от источника звука.

Конденсаторные микрофоны с двойными мембранами (комбинированные)
В современных конструкциях микрофонов часто используются двумембранные капсюли, которые представляют собой два совмещенных конденсаторных микрофона с отдельными мембранами и общим неподвижным электродом (рис. 6). В них имеются как замкнутые полости, так и сквозные отверстия, соединяющие подмембранные зазоры обеих мембран. В таких микрофонах существует возможность управлять характеристикой направленности. При подаче поляризующего напряжения на обе мембраны получается как бы два кардиоидных микрофона, оси которых развернуты под углом 180 град, выходное напряжение с первого микрофона равно U1=U0(1+cosϑ)/2, а выходное напряжение со второго микрофона сдвинуто на 180 град и равно U2=U0 (1+cosϑ+180 град)/2. Складывая напряжения с двух микрофонов, можно получить «ненаправленную» характеристику, вычитая — «восьмерку», а меняя соотношение напряжений можно получить другие виды характеристик направленности: кардиоиду, гиперкардиоиду и т. д.

Технически это осуществляется с помощью подачи поляризующего напряжения на потенциометр, который и является регулятором подаваемого напряжения (рис. 6): неподвижный электрод подключается через резистор к середине потенциометра, левая мембрана — к положительному полюсу источника питания, правая подключается в различных точках: при подключении в правой точке (Omni) получается круговая характеристика, в средней точке (Cardioid) — кардиоидная (мембрана имеет тот же потенциал, что и неподвижный электрод, и, следовательно, не является электрически активной), при подключении в левой точке (Figure 8) характеристика направленности имеет вид восьмерки. На корпусах современных микрофонов обычно указываются виды характеристик направленности, выбираемые с помощью переключения.

Кроме конструкции капсюля с раздельным стоком воздуха из подмембранного объема, приведенной на рис. 6, в современных микрофонах используются конструкции с совмещенным стоком, позволяющим реализовать лучшие параметры (рис. 7).

В общем случае характеристика направленности микрофонов может быть записана в виде:
Г(α)={1/(1+А)}(1+ Аcosα).

При разных значениях коэффициента «А» получаются разные формы характеристики направленности:
А=0, Г(α)=1 — круг,
А=1, Г(α)=1/2(1+ cosα) — кардиоида,
А=1,7 — суперкардиоида,
А=3 — гиперкардиоида,
А→∞ , Г(α)= cosα — восьмерка.

Односторонненаправленные микрофоны находят очень широкое применение для записи музыки и речи в различной окружающей обстановке, особенно при наличии шумов и помех, а также в системах звукоусиления.

Другие характеристики
Кроме перечисленных свойств микрофонов можно указать еще несколько характеристик, связанных с их направленностью.

Чувствительность к окружающим звукам (ambient sound rejection) — односторонненаправленные микрофоны менее чувствительны к окружающим шумам и звукам, чем ненаправленные микрофоны, в силу особенностей их характеристики направленности, поскольку они имеют меньшую чувствительность для задних и боковых направлений прихода звуковой волны (поэтому их предпочтительнее использовать в системах звукоусиления для уменьшения вероятности возникновения обратной связи). Для оценки этих свойств используется величина «чувствительность к окружающему шуму» по отношению к ненаправленному микрофону: если у ненаправленного микрофона ее принять за 100%, то у микрофонов с кардиоидной характеристикой направленностью она равна 33%, для других типов ее значения даны в таблице 1.

Коэффициент расстояния (distance factor) — поскольку направленные микрофоны «схватывают» меньше окружающего шума, чем ненаправленные, они могут использоваться на больших расстояниях от источника звука, сохраняя при этом баланс между прямым звуком и отраженным. Например, кардиоидный микрофон может быть отодвинут на расстояние в 1,7 раза большее, чем ненаправленный, при сохранении того же баланса. Значения этих расстояний относительно ненаправленного микрофона для микрофонов с разными типами характеристики направленности даны в таблице 1.

Угол максимального подавления (angle of maximum rejection) — угол, в направлении которого микрофон наименее чувствителен к окружающему звуку. Например, для кардиоидного микрофона этот угол 180 град, для других типов углы даны в таблице 1. Значения этих углов полезно учитывать при расстановке микрофонов и излучателей для минимизации обратной связи.

В таблице 1 приведен еще один параметр — отношение фронт-тыл (rear rejection), который представляет собой отношение чувствительности при угле падения 0 град к чувствительности при угле падения 180 град, выраженной в дБ.

Направленные микрофоны обладают еще одним свойством — зависимостью уровня чувствительности от расстояния до источника, особенно на низких частотах. Это свойство называется «эффектом близости» (proximity effect).

Этот эффект объясняется тем, что на близком расстоянии (то есть когда расстояние до источника меньше длины волны) микрофон находится в «ближней зоне», то есть в зоне распространения сферической волны. В сферической волне звуковое давление изменяется с расстоянием (р~1/r), поэтому разность давлений, которые действуют на переднюю часть мембраны и на ее тыльную часть, увеличивается за счет дополнительного уменьшения давления, возникающего в сферической волне с увеличением расстояния. Поэтому чувствительность направленного микрофона на низких частотах возрастает. По мере повышения частоты длина волны становится меньше, и расстояние, на котором находится микрофон, начинает превышать длину волны, так что этот эффект перестает сказываться. Форма частотной характеристики направленного микрофона при разных расстояниях до источника показана на рис. 8.

При использовании направленных микрофонов на малых расстояниях необходимо учитывать подъем частотной характеристики на низких частотах (вводя необходимую коррекцию). Ненаправленные микрофоны не имеют этого эффекта, их форма частотной характеристики от расстояния не зависит, поэтому тембр голоса солиста или музыкального инструмента практически не меняется с изменением расстояния.

Анализ чувствительности одномембранных и двумембранных микрофонов к изменению расстояния до источника звука, выполненный на фирме Neumann, показал следующие результаты: в среднем поле (при измерении на расстоянии 1,25 м) существенных различий в форме частотной характеристики и других параметров у микрофонов с одиночными и двойными мембранами нет, но в дальнем (на расстоянии 5м) и ближнем поле (на расстоянии 0,05 м) эти различия становятся существенными. В дальнем поле у микрофонов с двойными диафрагмами имеет место подъем чувствительности на низких частотах и расширение диаграммы направленности до широкой кардиоиды, а это означает, что в дальнем диффузном поле такие микрофоны «схватывают» больше басов, что может привести к подчеркиванию низкочастотной части реверберации (если в этом нет необходимости при записи, то лучше выбрать микрофоны с одиночными мембранами, что дает более сухой звук). В ближнем поле, наоборот, подъем частотной характеристики за счет «эффекта близости» у микрофонов с двойными диафрагмами меньше, поэтому они часто предпочитаются для записи речи и вокала.

Остронаправленные микрофоны
Микрофоны типа shotgun обычно состоят из односторонненаправленного капсюля, нагруженного на трубку с отверстиями (или прорезями), закрытыми тканью (рис. 9).

Трубка представляет собой своего рода линию задержки, так как при падении звуковых волн под углом α к оси микрофона они достигают мембраны с разными сдвигами фаз:
Δϕ= ω di(1- cosα) /c, где di — расстояние от начала трубки до отверстия i, с — скорость звука, ω — круговая частота. При этом из-за интерференции звуковых волн на поверхности мембраны происходит частичное или полное их гашение (в зависимости от угла падения), и давление на поверхности мембраны уменьшается. Ткань на отверстиях трубки является дополнительным акустическим сопротивлением, которое возрастает по мере приближения к капсюлю микрофона. В некоторых конструкциях используют постепенное уменьшение диаметра отверстий. Существенное обострение характеристики направленности начинается с частот, где длина трубки больше половины длины волны L> λ/2. Общий вид такого типа микрофона показан на рис. 10.

Параболический микрофон (parabolic microphone) представляет собой рефлектор параболической формы (как у телескопа), в фокусе которого находится микрофонный капсюль (ненаправленный или направленный), обращенный фронтальной стороной к рефлектору (рис. 11). Все звуковые лучи, падающие параллельно оси, концентрируются в фокусе. До фокуса они проходят равное расстояние, то есть попадают на мембрану в одинаковой фазе, следовательно, происходит суммирование звуковых давлений и усиление сигнала. Звуковые волны, приходящие под углом к оси, рассеиваются и не попадают на микрофон. На низких частотах (ка > 0,5, где к=ω/с, а — радиус рефлектора) рефлектор практически не отражает и усиления на оси не происходит, на более высоких частотах (0,5 < ка < 3) усиление растет примерно с крутизной 6 дБ/окт и микрофон становится остронаправленным. Реальные размеры рефлектора — от 0,3 до 1 м, поэтому на низких частотах (примерно до 200 Гц) он практически не эффективен. Такие микрофоны (в силу своей громоздкости) используются редко — иногда в натурных съемках, для записи голосов птиц и т. п.

Другие статьи серии
Микрофоны, часть 1. Термины и определения. История.
Микрофоны, часть 2. Параметры. Методы измерения.
Микрофоны, часть 3. Классификация микрофонов.
Микрофоны, часть 5. Стереосистемы микрофонов.
Микрофоны, часть 6. Системы микрофонов для пространственной звукозаписи. Средняя оценка:

модели узконаправленного, однонаправленного и остронаправленного действия. Как сделать своими руками?

Направленные микрофоны позволяют передавать звук очень четко, даже если его источник находится на определенном расстоянии. Выбирают такие модели все чаще не только профессионалы, но и обычные люди.

Что это такое?

Главное назначение такого устройства – прослушивание или запись разговора на определенной дистанции. Большая часть таких моделей работает очень качественно, если расстояние не превышает 100 метров. Что касается профессиональных направленных микрофонов, то они способны работать и на значительно больших расстояниях. Их главным отличием считается достаточно высокая чувствительность.

При этом звуковой сигнал, который идет с большого расстояния, должен быть гораздо сильнее электромагнитных помех самого микрофона.

Виды

Если говорить о направленных микрофонах, то их все можно разделить на несколько категорий. Прежде всего, они отличаются друг от друга по технологическим особенностям. Они могут быть лазерными, динамическими, кардиоидными, оптическими или конденсаторными.

Что касается направленности, то здесь вариантов также очень много. Самой популярной диаграммой считается лепестковая. Она практически не улавливает звуковых сигналов с любых других направлений. Такие устройства имеют совсем небольшие и узкие лепестки. По этой причине их еще называют микрофонами узконаправленного действия. Существует еще одно название таких устройств – их называют остронаправленными.

Так как зона чувствительности у них очень узкая, то и используют их на телевидении или на стадионах, чтобы звук, который передается, был чистым.

Всенаправленные

Если рассматривать данный вид микрофонов, то все устройства имеют одинаковую чувствительность со всех сторон. Чаще всего их используют для записи всех существующих звуков, которые есть в помещении. В некоторых случаях всенаправленные микрофоны применяются для записи хора или оркестра.

Также можно использовать данные модели для записи голоса спикеров, которые находятся в разных углах помещения. Для «живых» выступлений артистов специалисты не рекомендуют применять широконаправленные модели, ведь в этом случае будут слышны все окружающие звуки.

Односторонние

Данные микрофоны можно разделить на кардиоидные (однонаправленные устройства) и суперкардиоидные.

• Кардиодные. Суть их работы заключается в том, чтобы передавать звук, идущий только с одной стороны. Такие микрофоны позволяют записывать чистый звук.
• Суперкардиодные. У таких моделей направленность диаграммы еще уже, чем у предыдущего варианта. Используются такие устройства также для записи отдельных голосов или инструментов.

Двусторонние

Такие модели многие называют широконаправленными. Достаточно часто такие устройства используются для того, чтобы сделать запись двух разговаривающих людей, которые находятся друг напротив друга. Применяют такие микрофоны чаще всего в студиях, где идет запись 1-2 голосов или же одного голоса при одновременной игре на музыкальном инструменте.

Популярные модели

Существует большое количество производителей, которые занимаются изготовлением направленных микрофонов. Среди них стоит отметить несколько самых популярных моделей.

Yukon

Данный электроакустический профессиональный прибор считается одним из лучших. Он предназначается для записи, а также прослушивания аудиосигналов с объектов, которые находятся на расстоянии, в пределах 100 метров, к тому же на открытой местности. Конденсаторный прибор достаточно чувствительный. Микрофон от других отличается небольшим размером, так как имеет съемную антенну. В наличии есть ветрозащита, что позволяет использовать его на улице.

Относится данное устройство к суперкардиоидному виду. То есть посторонние звуки такой микрофон не воспринимает. Включить или выключить эту модель можно при помощи кнопочной системы. Таким же образом происходит и регулировка звукового сигнала.

Что касается автономного питания, то оно может обеспечить бесперебойную работу микрофона в течение 300 часов.

Устройство имеет специальный узел крепления, предназначающийся для установки микрофона на планку Weaver. Что касается конструктивных характеристик направленного микрофона Yukon, то они следующие:

• усиление звукового сигнала равно 0,66 децибелам;
• диапазон частот находится в пределах 500 герц;
• чувствительность микрофона равна 20 мВ/Па;
• уровень звукового сигнала равен 20 децибелам;
• весит устройство всего 100 граммов.

Boya BY-PVM1000L

Такой вид направленного микрофона-пушки предназначается для работы с DSLR или видеокамерами, а также с портативными рекордерами. Чтобы немного сузить направленность микрофона, производители, которые занимаются их выпуском, увеличили длину устройства. По этой причине в зоне захвата достаточно высокая восприимчивость звука. Однако за ее пределами посторонние звуки микрофон совершенно не воспринимает.

Корпус такой модели сделан из прочного алюминия. Зарядить такое устройство можно через XLR-разъем или использовать стандартные батарейки. В комплекте есть ветрозащита «хомяк», а также антивибрационное крепление. Чаще всего такие устройства покупают для работы на съемочных площадках или для профессиональных записей в театрах.

Что касается технических характеристик таких направленных микрофонов, то они следующие:

• тип устройства – конденсаторный;
• диапазон частот равен 30 герцам;
• чувствительность находится в пределах 33 децибелов;
• работает от 2-х батареек ААА;
• подключить можно через XLR-разъем;
• весит устройство всего 146 граммов;
• длина модели равна 38 сантиметров.

Rode NT-USB

Данная высококачественная модель имеет конденсаторный преобразователь, а также кардиодную диаграмму направленности. Чаще всего такие микрофоны покупают для работы на сцене. Технические характеристики этого микрофона следующие:

• диапазон частот равен 20 герцам;
• есть USB-разъем;
• вес равен 520 граммам.

Как выбрать?

Чтобы сделать правильный выбор, потребуется следовать некоторым правилам. Прежде всего, надо определиться с основными предназначениями микрофона. И только после этого нужно обратить свое внимание на технические характеристики. Если устройство покупается только для пения в караоке, то четкость передачи звукового сигнала обязательно должна быть высокой. А вот для записи в студии подойдет микрофон высокой чувствительности. Тем, кто приобретает устройство для работы на открытой площадке, надо подбирать модель, которая имеет защиту от ветра.

В том случае, когда покупка делается для определенного инструмента, диапазон частот должен быть узконаправленным. Музыкантам стоит выбирать микрофоны, которые лучше всего подходят для работы с их инструментом. Немаловажным является и внешний вид устройства.

Также надо обратить внимание на наличие дополнительных устройств, которые есть в комплекте. Они сделают качество звука лучше.

Как сделать своими руками?

Не каждый человек может приобрести качественный направленный микрофон, ведь в некоторых случаях цена на изделия достаточно высокая. В этом случае в домашних условиях можно смастерить самодельный микрофон. Такой вариант подойдет например, блогерам, которые записывают видео с охоты, туристических поездок или прогулок. Чтобы это сделать, достаточно приобрести следующие комплектующие:

• самый простой и недорогой электретный микрофон;
• конденсатор дисковый, рассчитанный на 100 пФ;
• 2 небольших резистора на 1 кОм;
• транзистор;
• 1 штекер;
• 2-3 метра провода;
• корпус, можно использовать тубус из старой туши;
• конденсатор.

Такой набор обойдется «мастеру» совсем дешево. Когда все комплектующие будут в наличии, можно приступать к самой сборке. К приобретенному мини-микрофону необходимо подсоединить в определенной последовательности все необходимое. После этого надо убедиться в работоспособности схемы. Убедившись, что все в порядке, надо промыть тубус туши и использовать его в качестве корпуса. Внизу нужно просверлить отверстие для провода и аккуратно протянуть его. После этого провод можно присоединить к собранной модели микрофона и попробовать его в действии.

В итоге можно сказать, что направленные микрофоны можно использовать совершенно в разных направлениях деятельности. Ведь производители выпускают для этого разнообразные по техническим характеристикам модели. Если же человек имеет способности делать все своими руками, то изготовить микрофон можно самостоятельно.

В следующем видео вас ждут обзор и тест бюджетного направленного микрофона-пушки Takstar SGC-598.

Направленный микрофон своими руками

Как сделать простой направленный стерео микрофон из всякого хлама?

Я уже описывал одну конструкцию микрофона, предназначенного для ЦФК, но его эксплуатация выявила ряд недостатков, о которых рассказано ниже. Поэтому я попытался изготовить более совершенную модель.

В результате, получилось два разных микрофона, один монофонический, а другой стереофонический.

Самые интересные ролики на Youtube

Близкие темы.

Самодельный микрофон для записи видеороликов на цифровую фотокамеру.

Как самому изготовить электретный микрофон для компьютера?

Простой микрофонный усилитель для компьютера своими руками.

Как припаять штекер к экранированному аудио кабелю.

Пролог.

Первый мой самодельный микрофон имел слишком неравномерную АЧХ из-за резонанса, возникающего в трубке. Кроме этого, он позволял записывать только монофонический звук. Было решено построить более совершенную модель микрофона, но как всегда обойтись без токарно-фрезерных работ.

В ходе размышлений пришло несколько идей по изготовлению трубки щелевого микрофона без использования станков, да и самой трубки.

Трубка щелевого микрофона из шайб.

Трубу щелевого микрофона можно изготовить из шайб большого диаметра. Если в каждой шайбе просверлить по два отверстия, то можно при помощи двух шпилек собрать многослойный сандвич, а размер щелей отрегулировать с помощью мелких шайб.

У этой идеи, на мой взгляд, есть только один существенный недостаток. Для того чтобы с достаточной точностью просверлить в каждой шайбе отверстия, пришлось бы изготовить небольшой кондуктор.

Трубка щелевого микрофона из транзисторных хомутов.

Если вместо шайб использовать хомуты от транзисторов старого типа, то сверлить и вовсе ничего не придётся. Останется только собрать трубку.

Недостаток трубы, собранной из стандартных хомутов от транзисторов типа П213… П217 – большой вес. Если же применить дюралюминиевые хомуты от транзисторов типа КТ801, то можно получить достаточно лёгкую трубку. Правда, в такой трубке будет сложно разместить сразу два микрофонных капсюля, поэтому для стерео мокрофона придётся искать другое решение.

Трубка щелевого микрофона из металлической ленты.

Трубку щелевого микрофона можно изготовить из узкой металлической ленты, если свернуть её в винтовую линию на шаблоне нужного диаметра. Тогда ширину щелей можно будет регулировать изменением шага винта.

На основе этих идей я изготовил два микрофона – монофонический и стереофонический.

В этот раз я опустил некоторые подробности, касающиеся сборки микрофонов и изготовления деталей, так как в одной из предыдущих статей их уже подробно освещал.

Щелевой микрофон из хомутов от транзисторов.

Это чертёж, по которому был изготовлен щелевой микрофон из транзисторных хомутов.

1. Хомут от транзисторов – дюраль.
2. Гайка – сталь, М2.
3. Шайба-гровер – сталь, М2.
4. Шпилька – сталь, М2.
5. Капсюль электретного микрофона – Ø10х7мм.
6. Прокладка – кембрик.
7. Экранированный кабель – Ø2мм.
8. Проходная втулка – резина Ø11мм.
9. Винтовая спираль – припой Ø2мм.
10. Корпус – шприц медицинский – 5гр.
11. Задняя стенка – шприц медицинский – 5гр.

Собрать микрофон из хомутов от транзисторов оказалось проще простого. Вот, что было использовано для сборки.

1. Шайба-гровер – сталь, М2.
2. Кабель экранированный с разъёмом Джек 3,5мм.
3. Винтовая спираль – припой Ø2мм.
4. Втулка проходная – резина Ø11мм.
5. Бархат.
6. Капсюль электретного микрофона – Ø10х7мм.
7. Хомут от транзисторов типа КТ801, КТ602, КТ604.
8. Шприц медицинский – 5 гр.
9. Шпилька, гайка – сталь, М2 (шпильки были изготовлены из велосипедной спицы).

Для того чтобы сделать внешний вид более презентабельным, я обтянул корпус микрофона, изготовленного из шприца, термоусадочной трубкой. Сначала усадил переднюю часть, а в конце сборки вставил крышку и усадил хвостовую часть.

Вот, что получилось.

Направленный щелевой стерео микрофон из металлической ленты.

Это чертёж, по которому был изготовлен направленный стерео микрофон из металлической ленты.

1. Винт – М1,6х5.
2. Гайка – М1,6.
3. Хомут – сталь, S0,3мм. (жесть от консервной банки).
4. Лента – сталь, S0,5х8х50мм.
5. Капсюль электретного микрофона – Ø6х6мм.
6. Винт – М1,6х5.
7. Перегородка – шприц медицинский 20гр.
8. Втулка проходная – резина Ø11мм.
9. Груз – припой Ø2мм.
10. Крпус – шприц медицинский 20гр.

Для этого микрофона понадобилось совсем мало деталей.

1. Кабель экранированный моно – Ø2мм.
2. Кабель экранированный стерео – Ø3мм.
3. Винт – М1,6х5.
4. Втулка проходная – резина Ø11мм.
5. Хомут – сталь, S0,3мм. (из консервной банки).
6. Винт, гайка, шайба – М1,6.
7. Груз – припой Ø2мм.
8. Капсюль электретного микрофона – Ø6х6мм.
9. Шприц медицинский 20гр.
10. Лента – сталь, S0,5х8х50мм.
11. Термоусадочная трубка – Ø8мм.

Для того чтобы не заниматься покраской, я покрыл стальную ленту термоусадочной трубкой, а затем свернул в винтовую спираль поз.1 на корпусе 10-ти граммового шприца.

Из корпуса 20-ти граммового шприца я изготовил корпус микрофона поз.3, а перегородку поз.2 из поршня того же шприца.

На этом этапе можно просверлить три отверстия для крепления трубки к корпусу и нарезать резьбу.

Чтобы уменьшить длину неэкранированных проводов, идущих к микрофонным капсюлям, удлинил стерео шнур двумя небольшими отрезками моно шнура. На картинке видно, как это было сделано. В качестве изоляции применена плотная бумага.

Корпус микрофона, как и в предыдущей конструкции, был обтянут термоусадочной трубкой.

Ещё одна картинка, поясняющая порядок сборки.

Вот, что получилось.

А вот, как это работает.

Мелкие подробности.

При испытаниях первой пары микрофонных капсюлей выяснилось, что их АЧХ слишком сильно разнятся. В ожидании базарного дня, даже собрал небольшой стенд для проверки микрофонов без применения пайки. Купил ещё несколько капсюлей по 0,4$, чтобы было из чего выбирать. Но, первая же пара, взятая из этой покупки, оказалась согласованной по АЧХ. Больше я экспериментировать не стал.

НАПРАВЛЕННЫЙ МИКРОФОН

   Сегодня мы продолжаем статьи о шпионскиx теxнологияx, а именно, мы с вами сегодня попытаемся собрать микрофон направленного действия — для прослушки соседей за стеной. Иногда жучек менее полезен для прослушки и есть места, где попросту невозможно закинуть радио передатчик по разным причинам. Или допустим очень нужно слушать разговор какого то человека, а доступа в его дом у вас нет… И тут на помощь идет микрофон, который специально сделан для такиx целей. Само устройство будет монтировано в силиконовом пистолете. 

   Питается направленный микрофон от низковольтного источника питания 3 — 6 вольт. Удобно использование литиевыx аккумуляторов от мобильного телефона с напряжением 3,7 вольт и с емкостью около 800 ма. Рабочий ток устройства составляет от 50 до 120 ма в зависимости от того, транзисторы какого типа мы используем. Вся конструкция направленного микрофона отлично помещается в указанном корпусе и имеет маленькие размеры. Принимает сигнал пьезоэлектрическая головка, затем сигнал усиливается предварительным усилителем, собранный на транзистораx ВТ1 и ВТ2, позже проxодя через фильтр, из сигнала отрезаются низкие частоты и обработанный сигнал поступает на окончательный усилительный каскад. Степень усиления настолько высокая, что позволяет нам слышать даже шепот соседей. В устройстве применена обыкновенная пьезоэлектрическая головка. Схему направленного микрофона смотрим ниже:

   В качестве наушника подойдет практически любой высокоомный динамик с сопротивлением не менее 25 ом, в данном случае применена небольшая головка с сопротивлением 32 ом. Все транзисторы можно заменить импортными — это уменьшит размер платы и может положительно повлиять на общее качество работы направленного микрофона. Возможно применение SMD компонентов. Вместо оконечного усилительного каскада можно также использовать усилитель например на микросхеме TDA2822, собранный по мостовому варианту, но при использовании микросxем чувствительность может снизится вдвое, зато так проще. Можно общую плату конструкции направленного микрофона питать от двуx пальчиковыx батареек с напряжением 3 вольта, но применение аккумулятора удобно тем, что его можно заряжать и многократно использовать, а кроме того аккумулятор обеспечивает долговременную и надежную работу устройства. 

   Пьезоголовку-микрофон помещают в специально изготовленный зонтик для того чтобы сцентрировать звуковые волны в единой точке — этим в свою очередь предварительно увеличив спектр речевого потока. Главное не перепутать полярность головки подключая центральную часть головки к плюсу по сxеме.

   Аккумулятор лучше изолировать от общего корпуса во избежание звукового фона, а также нужно чтобы наушник наxодился от устройства на определенной дистанции которая ровна 1-му метру. Если пьезоэлектрическую головку заменить на электретный микрофон, то устройство превратиться в направленный микрофон, он способен улавливать речь человека на дистанции порядка 15 метров. Правда в таком случае вы не сможете услышать разговоры за стеной.

   После окончания сборки — у вас в руке чудо прибор, который может подслушивать человека не боясь достаточно толстыx стен! В ближайшем времени мы с вами продолжим конструкции поxожиx устройств. Удачи, коллеги, с вами был АКА.

   Форум по микрофонам

   Обсудить статью НАПРАВЛЕННЫЙ МИКРОФОН

Микрофоны | ПРОAV

Микрофон – первичное звено в тракте звукоусиления речи. Для сохранения дизайна помещения (а именно стола заседаний) заказчик стремится сделать микрофоны максимально “невидимыми” при сохранении их электрических характеристик.

Рассматриваем 2 способа:

• Конструктивный.
• Схемотехнический.

Конструктивный

Остронаправленные микрофоны (shotgun) – микрофон-пушки.

Конструкция микрофон-пушки состоит из собственно микрофона (капсюля) и трубки с отверстиями (прорезями), закрытыми тканью. Трубка представляет собой линию задержки, т.к. при попадании звуковых волн под углом к оси микрофона звуковые волны достигают мембрану с разными сдвигами фаз. Ткань на отверстиях трубки является дополнительным акустическим сопротивлением, которое возрастает по мере приближения к капсюлю микрофона.

Острая направленность достигается не за счет увеличения чувствительности по оси микрофона (усиления сигнала), а за счет уменьшения чувствительности с боковых направлений. Микрофон-пушка не является усилителем. На рисунке изображены диаграммы направленности двух микрофонов (Beyerdynamic MC 836 и MC 837), различающихся лишь длиной трубки (248 мм и 516 мм соответственно). Чувствительность микрофонов 30 мВ/Па.

Граничные микрофоны (Boundary Microphone).

Конструкция граничного микрофона представляет собой капсюль, ось которого установлена параллельно пластине на близком расстоянии. Пластина является экраном для звуковых волн. Такая конструкция позволяет увеличить на 6 дБ уровень звукового давления, действующей на микрофон за счет отраженной волны. Диаграмма направленности такой конструкции становится полусферической.

В нашем случае, роль экрана выполняет плоскость стола, на который устанавливается микрофон. Такие конструкции микрофонов можно наблюдать у производителей систем ВКС.

На рисунке приведена диаграмма направленности (полу-кардиоида) Beyerdynamic MPC 65, чувствительность 16 мВ/Па.

Схемотехнический

Возможности цифровой обработки сигналов позволяют создавать микрофонные системы, представляющие собой своего рода микрофонные антенны, в которых с помощью цифровых фильтров формируются управляемые диаграммы направленности (управляемой формы, ширины и ориентации в пространстве).

AudioScope

Примером такой системы является микрофонная система AudioScope норвежской компании “Squarehead”. Система может использоваться в концертных залах, на стадионах и спортивных аренах.

Микрофонная система была представлена на выставке еще в 2010 г. Система представляет собой диск диаметром ~2 метра. На диске размещены более 300 широконаправленных микрофонов. В центре диска установлена видеокамера. Управление массивом микрофонов осуществляется со специализированного ПК.

ПК позволяет формировать произвольную диаграмму направленности и снимать звук с произвольной точки помещения, одновременно направляю в эту точку камеру. Возможен вариант, когда диаграмма следует за положением камеры

К первым (и многочисленным на рынке) представителям таких микрофонных систем цифровой обработки сигналов можно отнести микрофоны систем ВКС Polycom (по привычке такую микрофонную систему называли и называют просто микрофон). Микрофонная система представляет собой три микрофонных капсюля, размещенных по углам равностороннего треугольника. Микрофонные капсюли кардиодной (гиперкардиоидной) направленности используют эффект граничного слоя, где отражающей поверхностью является поверхность стола. Совместно три микрофонных капсюля образуют круговую диаграмму направленности (360 градусов) в горизонтальной плоскости.

Цифровая обработка сигналов данной системы заключается в том, что активным (активный микрофон – микрофон с которого сигнал в данный момент передается на выход микрофонной системы) всегда является один микрофон. Это обеспечивает низкий уровень шумов при круговой диаграмме направленности.
Основной недостаток такой микрофонной системы в том, что ее невозможно использовать отдельно от оборудования Polycom. Для подключения микрофонных системы в состав аудикомплекса необходимо использовать Polycom SoundStructure.

Традиционные настольные микрофоны на “гусиной шее” (gooseneck) обладают рядом недостатков:

• Эстетически – торчит над столом
• Использование – расстояние до микрофона 20-30 см, узкая зона.

Компания Beyerdynamic создала микрофоны Revoluto, лишенные вышеперечисленных недостатков. Конструктивно микрофон Revoluto представляет собой линейку микрофонных капсюлей (называют 19 шт.). Диаграмма направленности – коридорная. Как сделано неизвестно, но можно предположить, что микрофоны подключены через ЛЗ.

Другое решение – микрофонные пульты конференц-систем Bosch DCN Multimedia. У таких микрофонных пультов отсутствует “гусиная шея”, сведена к минимуму.

Собственно микрофон состоит из 2-х микрофонных капсюлей, расположенных определенным образом, что позволило минимизировать длину “гусиной шеи”.

К сожалению, производитель не приводит рисунок сформированной таким образом диаграммы направленности микрофона

Техника для спецслужб , Категория , Направленные микрофоны

Уточняйте цену

Уточняйте цену

Уточняйте цену

Уточняйте цену

Уточняйте цену

Уточняйте цену

Уточняйте цену

Уточняйте цену

Уточняйте цену

Уточняйте цену

Уточняйте цену

Уточняйте цену

Уточняйте цену

Получить профессиональную консультацию технического специалиста
по выбору или настройке оборудования

Наши специалисты всегда готовы помочь вам
с выбором и настройкой оборудования

О направленности микрофона. Направленность микрофона

Под углом снятия звука или направленностью, понимается зона возможного расположения источника звукового сигнала, внутри которой не наблюдается значимой потери эффективности микрофона.

Направленность микрофона – это чувствительность микрофона к звуку в зависимости от направления или угла с которого приходит звук.

В микрофонах используется несколько характеристик направленности. Обычно они изображаются в виде полярных диаграмм, для того, чтобы графически отобразить вариации чувствительности в зоне 360 градусов вокруг микрофона, принимая микрофон за центр окружности, и ставя точку отсчета угла перед микрофоном.

Диаграмма направленности показывает зависимость чувствительности микрофона к звуковому сигналу от местоположения его источника.

По направленности, различают три основных типа микрофонов:

• всенаправленные микрофоны
• однонаправленные микрофоны
• двунаправленные микрофоны

Всенаправленный микрофон

Всенаправленный микрофон имеет одинаковый выходной уровень при любом направлении. Он охватывает все градусы. Всенаправленный микрофон улавливает максимальное количество пространственных звуков. При применении во время концерта всенаправленный микрофон должен быть расположен очень близко к источнику звука. Кроме того, можно повернуть всенаправленный микрофон в сторону от ненужных источников звука, таких как порталы, что может вызвать заводку.

Всенаправленный микрофон

Всенаправленный микрофон чувствителен к сигналам, идущим со всех направлений.

Микрофон с полусферической направленностью

Микрофон с полусферической направленностью чувствителен только к сигналам, исходящим из одной полусферы окружающего мира. Такую направленность имеют микрофоны с краевым эффектом (PZM).

• зависимость от акустики помещения: не отсекают эхо;
• не обеспечивают акустическую изоляцию, разве что только при малом расстоянии от источника звука до микрофона;
• низкая чувствительность к звукам дыхания;
• практически отсутствует «эффект близости»;
• расширенные низкие частоты у конденсаторных микрофонов, что очень полезно при работе с органом, бас барабаном и симфоническим оркестром;

Однонаправленный микрофон

Однонаправленный микрофон, или «направленный», проявляет чувствительность к звуку, который приходит с одного направления, и меньшую чувствительность к остальным. Типичной картиной для таких микрофонов является кардиоидная характеристика (своеобразная диаграмма в форме сердца). Наибольшая чувствительность, при этом, достигается на направлении вдоль оси микрофона, а наименьшая — в противоположном направлении. Эффективный угол работы кардиоидного микрофона составляет 130 градусов.

Микрофоны с направленностями, рассмотренными ниже, относятся к так называемым или «однонаправленным» микрофонам.

Микрофон с кардиоидной диаграммой направленности

Как видно из рисунка, микрофон с кардиоидной диаграммой направленности безразличен к звуку, идущему сзади.

Микрофон с суперкардиоидной диаграммой направленности

Микрофон с суперкардиоидной диаграммой направленности имеет спереди более узкую зону захвата звука, чем микрофон с кардиоидной направленностью. При этом он частично захватывает звук, идущий непосредственной сзади, но также имеет две области абсолютной нечувствительности (см. рисунок).

Микрофоны с суперкардиоидной диаграммой направленности:

• имеют максимальную разницу между передней и задней областями чувствительности среди подобных микрофонов;
• обеспечивают большую изоляцию, чем микрофоны с кардиоидной направленностью;
• менее чувствительны к акустике помещения, чем микрофоны с кардиоидной направленностью.

Гиперкардиоидная диаграмма направленности

Гиперкардиоидная диаграмма направленности похожа на суперкардиоидную. Она отличается от последней тем, что имеет сравнительно более узкую зону чувствительности спереди и более широкую сзади. Микрофоны с гиперкардиоидной направленностью также имеют две «нулевые» области.

Микрофоны с гиперкардиоидной диаграммой направленности:

• обеспечивают максимальную среди подобных им микрофонов нечувствительность к боковым звукам;
• обеспечивают максимальную акустическую изоляцию: защищают от неблагоприятных эффектов помещения, feedback- и посторонних шумов;
• препятствуют утечке сигнала.

Микрофоны с полукардиоидной диаграммой направленности

Таким образом кардиоидный микрофон улавливает почти треть ( 360/3=120) пространственных звуков по сравнению со всенаправленным. Однонаправленные микрофоны отделяют необходимый прямонаправленный звук от посторонних и пространственных звуков.

Использование такого микрофона часто является необходимым мероприятием. В некоторых случаях — это единственный способ уменьшить проникновение звука в канал музыкальных инструментов. Необходимо отметить, что они имеют зону улавливания непосредственно сзади.

Микрофоны с полукардиоидной диаграммой направленности обычно используются на лекциях, конференциях и совещаниях.

Двунаправленный микрофон

Двунаправленный микрофон, «восьмёрка», обладает намного большей чувствительностью как спереди, так и сзади, но по бокам уровень чувствиельности меньше. Уровень пространственного шума такой же, как и у однонаправленного. Данный вид микрофона применяется для улавливания звука от двух противоположных источников, например, вокального дуэта.

«Восьмёрка»

«Восьмёркой» называется диаграмма направленности, при которой микрофон одинаково чувствителен к сигналам, идущим спереди и сзади, и абсолютно нечувствителен к звуку, идущему с боков.

• используются, в частности, для интервью, когда собеседники сидят напротив друг друга или для записи и озвучивания дуэтов;
• обеспечивают максимальную изоляцию при overhead-записи;
• применяются для стереозаписи по методу Блюмляйна (Blumlein), когда используются два скрещенных микрофона-«восьмёрки».

Для однонаправленных микрофонов (кардиоидных, суперкардиоидных, и т. д.) угол между центральной линией (см. рисунок) и точкой, где эффективность микрофона значимо падает (разница достигает 3 дБ), считается половиной угла снятия звука. Типичный показатель для кардиоидного микрофона составляет 131° (65.5° по обе стороны центральной линии), значения для других видов микрофонов представлены ниже.

Угол снятия звука:
Всенаправленный микрофон	360°
Кардиоидный микрофон	131°
Суперкардиоидный микрофон	115°
Гиперкардиоидный микрофон	105°

Направленность — сравнителные характеристики микрофонов:

Подавление шума окружающей среды (пространственного шума)

Так как однонаправленные микрофоны не столько чувствительны к звукам приходящим не по оси, чем всенаправленные, они воспринимают меньше пространственного звука.

Определение необходимого расстояния

Направленные микрофоны улавливают меньше шума, чем всенаправленные, они могут быть использованы и установлены на небольших расстояниях от источника звука, сохраняя в это же время баланс между основным и фоновым или пространственным звуком. Всенаправленный микрофон должен располагаться примерно вдове ближе, чтобы иметь такой же баланс.

Эффект поворота микрофона

Изменение амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) микрофона, которое будет тем существеннее, чем больше угол между осью микрофона и направлением на источник звука. В первую очередь происходит потеря низов, что приводит к неясному и нечеткому звуку.

Эффект приближения микрофона

У однонаправленных микрофонов отдача в низах (нижних частотах) может значительно возрастать по мере того, как микрофон приближается (в пределах полуметра) к источник звука. При установке вплотную (мене 30 см) следует помнить об эффекте приближения и убрать низы (например, используя эквалайзер), чтобы получить более натуральный звук. Вы можете:

• убрать низы на микшере,
• использовать микрофон,
• минимизирующий эффект,
• использовать микрофон с кнопкой среза басов
• использовать всенаправленный микрофон.

Природа однонаправленных микрофонов такова, что они могут не только отделить звучание одного инструмента от другого, но также уменьшить обратную связь, допуская тем самым большее усиление. С этой точки зрения однонаправленные микрофоны предпочтительнее всенаправленных практически во всех задачах усиления звука.

Использование направленности для уменьшения шума

При усилении звука, микрофоны часто могут находиться в местах, где они могут принять звук от посторонних источников. В каждом случае мы имеем один нужный источник звука и один или более ненужных. Четкий и правильный выбор нужной характеристки направленности может очень помочь в максимальном улавливании нужного звука и минимальном — ненужных.

Несмотря на то, что для лучшего улавливания обычно очевидным вариантом является осевое направление, направление минимизирующее улавливание посторонних звуков может зависеть от типа микрофона. Таким образом, однонаправленные микрофоны менее чувствительны сзади, а остальные улавливают на этом направлении звук.