Кардиоидный микрофон: что это значит? Для чего применяется?

Что такое микрофон

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.

История создания

Микрофоны в XXI столетии представляют собой очень продвинутые устройства. Но основные моменты в их работе поменялись с момента изобретения. Считается, что первый подступ к созданию микрофона сделал французский исследователь Дю Монсель. В 1856 году он установил, что графитовый электрод может существенно менять степень электрического сопротивления. Для этого нужно только незначительно изменить площадь контакта проводников.

Но первый практически работающий микрофон изобрел и представил в 1877 году Эмиль Берлинер. Через год другой житель США Дэвид Хьюз модернизировал первоначальную конструкцию Берлинера. К одному из угольных стержней добавилась мембрана. Решающий шаг сделал легендарный Эдисон. Именно он придумал заменить стержни из угля на порошкообразную угольную массу; такое решение продолжает применяться в некоторых устройствах и сегодня.

Только в 1916 году, и вновь в США, точнее, в Bell Labs появляется конденсаторная схема. Через несколько лет в Японии представили подвид конденсаторных устройств — электретные микрофоны. А в Германии создают динамическое микрофонное устройство. Оно уже опережало по ряду характеристик и угольные, и конденсаторные модели. А наши соотечественники Яковлев и Ржевкин в 1925 году представили миру пьезоэлектрическую схему.

Она завоевала очень большую популярность, и даже активно используется в гидрофонах. В 1931 году очередной ход делают в США. Там разработали динамический тип микрофона с катушкой. Это устройство обладает превосходными частотными параметрами. Недаром его продолжают применять на звукозаписывающих студиях в разных уголках нашей планеты.

Для чего применяется

Сфера применения микрофонов достаточно обширна. В продаже есть недорогие модели для записи вокала в домашних условиях. При этом существуют и профессиональные аналоги, адаптированные под студии звукозаписи или сценическую эксплуатацию.

Покупать дорогой студийный аппарат для бытовых условий нецелесообразно. Для его корректной работы требуются качественная акустическая система и шумоизоляция помещения. Лучше обойтись менее чувствительной моделью, которая работает без предусилителей и вокальных процессоров.

Устройство и принцип работы

В целом микрофон устроен довольно просто. И схема принципиальная почти не зависит от вида аппарата. Когда на тонкую мембрану воздействует звук, движение этой мембраны порождает электрические волны. В зависимости от того, каким образом работает устройство, генерация электрических колебаний происходит за счет:

• перемены емкости конденсаторов;
• явления электромагнитной индукции;
• пьезоэлектрического процесса.

В описании того, как сделан микрофон, важно подчеркнуть, что свойства его зависят от особенностей взаимодействия звука и диафрагмы. Микрофоном давления называют устройство, в котором звуковая волна давит только на одну из сторон диафрагмы. Используются также и аппараты, в которых она воздействует на всю поверхность приемника.

Внимание: на вторую сторону диафрагмы в микрофонах давления действуют не прямые волны, а подвергшиеся какому-либо сопротивлению. Это сопротивление может носить механический, акустический характер, либо создаваться за счет задержки по времени.

В последнем случае говорят, что это асимметричный микрофон с градиентным давлением. Конденсаторный микрофонный аппарат, кроме ввода, состоит еще из специально подобранных электрических конденсаторов. Их подключают электрически последовательно к источнику постоянного тока и нагрузочному сопротивлению.

Строение электретных устройств отличается мало. Поддержание заряда в них обеспечивает слой особого вещества — электрета, который способен проработать не менее 20 лет. Так как у них есть встроенный транзистор, обязательно необходима подача электропитания извне. При этом поляризующее напряжение не требуется. Что касается динамических устройств, то они работают так же, как и динамики, но с точностью до наоборот. Необходимости в фантомном питании нет.

Катушечный тип подразумевает жесткую механическую связку мембраны со специальной катушкой, которую располагают внутри кольцевого зазора магнитной системы.

А также встречаются (но реже):

• ленточные;
• угольные;
• оптоакустические;
• пьезоэлектрические;
• комбинированные (сочетающие несколько описанных выше решений) аппараты.

Но полезно остановиться еще на некоторых особенностях разных устройств. Так, в динамической системе диафрагма подсоединяется к катушке и магниту. Вместе они формируют небольшой генератор электричества. Работает он как будто от звукового привода. Для создания магнитного поля, окружающего катушку, используется постоянный магнит. Большая сила для него не нужна, на первом месте надежность и точность работы.

Динамические микрофоны сравнительно просты, и при этом очень надежны. Они смогут гарантировать превосходный звук практически для любой повседневной задачи. Подобные системы могут успешно работать даже с очень громким звуком, который другое акустическое оборудование сильно изнашивает. Устойчивость к влажности и высокой температуре тоже очень важна.

Потому именно динамический микрофон чаще всего выбирают для организации массовых уличных мероприятий.

Конденсаторный тип — это сборка из заряженной диафрагмы и неподвижной пластины, и в целом конструкция выступает звукочувствительным конденсатором. Мембрана обычно делается из металла, хотя встречаются варианты, когда она металлизирована, а основная часть сделана из пластика. Для звукоусиления обычно применяют электретный подвид конденсаторного микрофона.

Все такие модели включают активные контуры, что позволяет согласовывать выход элемента с базовыми микрофонными входами.

Конструкция

Самыми распространение и широко применяемые, работают следующим образом:

1. Классический (динамический). Является на сегодняшний день самым доступным и, одновременно, самым простейшим по конструкции. С помощью очень тонкой (в несколько микрон)туго натянутой бумажной мембраны, он передает звуковые колебания на катушку, находящуюся в магнитном поле. За счет простоты своего устройства, такие устройства наиболее доступные по цене. Однако качество передачи сигнала довольно низкое.
2. Конденсаторный. Это более совершенная конструкция звукопринимающего устройства. В основе ее лежит конденсатор, одна из пластин которого играет роль диафрагмы, принимая звуковые волны. Из-за колебания пластины, ёмкость конденсатора меняется, создавая импульсные токи. Для работы такого вида нужен дополнительный источник питания, например батарейка, аккумулятор или шнур для подключения в сети. Подобного типа устройства используются для профессиональной записи на студиях.
3. Электретные. Являются одной из разновидностей конденсаторных устройств, для их функционирования на мембрану наносится специальный электретный состав, который и создает необходимое напряжение. Такой состав способен работать больше 30 лет. А строение позволяет делать его очень миниатюрным и использовать их во всевозможных гаджетах – смартфонах, планшетах, ноутбуках, умных часах.

Какие бывают

Помимо наиболее распространенных динамических и конденсаторных микрофонов, существуют и другие виды.

За счет сложности конструкции, дороговизны производства или не достаточных качественных показателей, они менее распространены. К ним относят угольные (Микрофон Юза), оптоакустический, пьезоэлектрические и другие, в основном применяемые в очень узконаправленных научных экспериментах. Красивая мелодия, звучащая в плеере, голос любимого человека, которого нет рядом — все это было бы невозможно без маленького помощника, умеющего создавать из звука поток электронов в проводах.

Конденсаторные

С технической точки зрения конденсаторная установка представляет собой обычный конденсатор, который поступательно подключается к электроцепи с источником необходимого напряжения.

Эти устройства выполняются из электропроводящих материалов, здесь электрод с мембраной разделяются изоляционным кольцом. Под влиянием колебаний туго натянутая мембрана начинает вибрировать по отношению к статичному электроду. В этот момент ёмкостные параметры и степень заряда конденсатора изменяются с амплитудой акустического давления, оказывающего влияние на звуковую мембрану.

При этом в электроцепи формируется электрический ток аналогичной частоты, а при нагрузочном импедансе появляется переменное напряжение — именно оно и становится выходным сигналом техники.

Электретные

Эти установки, по сути, те же самые конденсаторные, только присутствие константного напряжения здесь обуславливается зарядом электролита, который наносится на мембрану тончайшим слоем и позволяет длительно удерживать этот заряд. Микрофоны отличаются повышенным выходным сопротивлением, которое носит емкостный характер. Соответственно, для того, чтобы уменьшить его значение в корпус микрофона встраивают истоковый повторитель на на N-канальном транзисторе с Р-N-переходом. Благодаря такой конструкции можно добиться существенного снижения выходного импеданса и понижения уровня потери сигнала в момент подсоединения к входу усилителя.

Невзирая на отсутствие потребности в поддержании поляризующего напряжения, за счет присутствия встроенного транзистора в электросхеме подобным микрофонам всё же требуется внешний источник питания. Традиционно мембрана подобных микрофонов имеет значительную толщину, при этом чуть меньшую площадь. Благодаря этому параметры подобных устройств нередко уступают типичным конденсаторным.

Динамические

По конструкционным параметрам эти модели напоминают динамический громкоговоритель, только механизм работы другой — подобные установки представляют собой натянутую мембрану, скрепленную с проводником. Последний пребывает в мощном электромагнитном поле, которое создается действующим магнитом. На эту мембрану оказывают воздействие звуковые волны и тем самым вызывают перемещения проводника.

Проводник преодолевает силовые магнитные поля, и в результате появляется индукционная ЭДС. Этот параметр зависит от амплитуды движения мембраны.

В отличие от типовых конденсаторных моделей, установки этого типа не нуждаются в фантомной подпитке.

Динамические модели по своей конструкции разделяются на катушечные и ленточные. В катушечных вариантах мембрана подводится к катушке, которая размещается в кольцевом зазоре группы магнитов. По аналогии с динамиками, акустические волны при колебаниях диафрагмы для катушки пересекаются, и под влиянием электромагнитного поля в катушке формируется переменная электродвижущая сила. На сегодняшний день подобные микрофоны считаются одними из самых востребованных, так же как и электретные.

В ленточных электродинамических моделях в магнитном поле находится не катушка, а гофрированная лента из металлической фольги, как правило, алюминиевой. Такая конструкция дает возможность записывать высокочастотный диапазон в лучшем качестве. В большинстве случаев подобные микрофоны имеют двустороннюю направленность, благодаря чему применяются для записи звука. Следует отметить, что эти устройства имеют повышенные требования к условиям хранения и эксплуатации. В отдельных ситуациях даже простое хранение на боку приводит к избыточному растяжению ленты и, как следствие, невозможности работать с техникой.

Угольные

Такие модели представляют собой устройства, где передача звуковых сигналов выполняется при помощи изменений импеданса проводящего материала из угольного порошка либо за счет изменения параметров площади сопряжения графитового стержня специальной формы.

В наши дни угольные модели уже почти не применяются, причина тому — низкие технико-эксплуатационные характеристики.

В прошлом же наиболее востребованными были модели, выглядящие как герметичная капсула, состоящая из пары металлических пластинок с прослойкой из угля. В них стены капсулы соединяются с мембраной. В момент изменения параметров давления на угольную смесь, соответственно, меняется размер площади контакта между обособленными зернышками угля. Всё это влечет за собой изменение размеров импеданса между пластинами — если пустить между ними постоянный ток, то уровень напряжения во многом будет обуславливаться степенью давления на мембрану.

Оптоакустические

В этих установках акустические колебания производятся за счет отражения лазера от какого-либо рабочего тела, именно поэтому такие микрофоны чаще называют лазерными. Это устройства в компактном корпусе, в них хорошо зафиксированные мембранные колебания регистрируются при помощи отраженного под углом лазерного излучения.

В целом подобный вариант оборудования довольно специфичен и используется очень узконаправленно, к примеру, в ряде научных приборов (высокоточных датчиках расстояния либо сейсмографах). Надо хорошо понимать, что чаще всего подобные микрофоны — это единичные экземпляры, в которых действуют статистические принципы обработки сигналов и особая подстройка компонента.

Пьезоэлектрические

Эти устройства функционируют на пьезоэлектрическом эффекте. В момент деформации пьезоэлектриков формируются электроразряды, размер которых прямо пропорционален деформации пластины из выращенных искусственным образом кристаллов.

По своим технико-эксплуатационным параметрам подобные микрофоны значительно уступают подавляющему большинству динамических и конденсаторных моделей.

Тем не менее в отдельных сферах они все же применяются – так, их часто можно встретить в устаревших гитарных звукоснимателях, а также в их современных бюджетных версиях.

Разъемы микрофонов

Для подключения микрофона к усилителю или записывающему устройству используются различные типы разъемов.

• Гнезда поставляются в различных формах: стандартный 6,3 мм, мини-джек 3,5 мм и микро-джек 2,5 мм. Стандартный разъем используется в некоторых типах профессионального музыкального оборудования, мини-джек используется для компьютеров и пользовательских устройств (динамики, плееры, смартфоны), а микро-джек используется для портативного оборудования (наушники и некоторые типы наушников).
• XLR — это профессиональный разъем, который можно найти на концертных микрофонах, он используется для подключения к усилителю.
• Разъем USB используется для подключения бытовой техники и компьютера.
• Можно использовать адаптеры с разъемами, которые часто входят в комплект.

Направленность

Эта функция показывает чувствительность микрофона к положению источника звука.

Типы микрофонов в соответствии с направлением.

Кардиоид

Суперкардиоид

Гиперкардиоид

Один- o реверсивные микрофоны — воспринимать звук только с одной или обеих сторон. Типы направленности:

• кардиоид Направленность — микрофон улавливает только звук спереди. Звуки из других частей практически игнорируются;
• суперкардиоид Направленность — это область, в которой микрофон улавливает звук более плотно, чем в предыдущей версии. Он также частично улавливает звук, идущий сзади;
• гиперкардиоид Направленность — аналогична суперкардиоиду, но «задняя» зона приема звука немного больше;
• полукардиоид Направленность — характеристика микрофонов, которые должны быть размещены на поверхности;
• Отто — Микрофоны с такой направленностью одинаково хорошо воспринимают звук спереди и сзади, но полностью игнорируют звук сбоку.

Всенаправленный — Эти микрофоны улавливают звук из любой позиции источника звука. Вариант всенаправленных микрофонов — это устройства с полушарие Направленность — они воспринимают звук из полушария, спереди или сзади.

Некоторые модели имеют переключать направленность, позволяющая менять их в зависимости от применения микрофона. Это особенно полезно для студийных микрофонов.

Уровни чувствительности

Степень чувствительности устройства определяется как 20 логарифмов отношения параметра к одному В/Па. Вычисление выполняется с помощью функции: L дБ=20lgSm/S0, где S0 =1 В/Па (или 1000 мВ/Па). Показатель уровня выходит отрицательным. Нормальная, средняя чувствительность имеет параметры 8-40 мВ/Па. Модели микрофонов с чувствительностью в 10 мВ/Па имеют уровень -40 дБ. Микрофон с 25 мВ/Па имеют степень чувствительности -32 дБ.

Чем меньше значение уровня, тем выше чувствительность. Так, устройство с показателем -58 дБ слишком чувствительное. Значение параметра -78 дБ считается низким уровнем чувствительности. Но необходимо учитывать, что устройства со слабым параметром не являются плохим выбором.

Выбор значения зависит от назначения и условий, при которых будет использоваться микрофон.

Плюсы и минусы

Выбор и покупка микрофона – это важная и ответственная задача, так как довольно часто стоимость подобных аудиоприборов является достаточно высокой. В связи с этим заранее рекомендуется оценить все достоинства и недостатки конденсаторных микрофонов. Сегодня в нашей статье мы рассмотрим их подробно.

К плюсам устройств можно отнести такие характеристики:

• микрофоны воспринимают широкий диапазон частот;
• большое разнообразие размеров (производители предлагают покупателям как компактные портативные модели, так и крупногабаритные устройства);
• чистое звучание (конденсаторный микрофон отлично подходит для профессионального вокала) и т. д.

Однако помимо достоинств конденсаторных микрофонов, существуют и некоторые недостатки. Среди них:

• необходимость дополнительного питания (для полноценного функционирования устройств необходимо наличие фантомного питания в 48 В);
• хрупкость (любые механические повреждения могут привести к поломке);
• конденсаторные микрофоны очень зависимы от условий окружающей среды (так, резкие перепады температуры воздуха, а также показателей влажности могут привести к серьезным неполадкам) и т. д.

Таким образом, конденсаторные микрофоны – это устройства, использование которых может вызвать определенные трудности. Нужно иметь в виду все имеющиеся недостатки.

Чем конденсаторный микрофон отличается от динамического

Различия между конденсаторными и динамическими микрофонами заключаются в их конструкции и способе обработки акустических волн. Первые пользуются популярностью из-за повышенной чувствительности и точности при записи звука. Такие устройства фиксируют все детали улавливаемого сигнала. При этом они выполнены из легких и хрупких материалов, которые уязвимы к повреждениям. Также микрофон не может противостоять негативным факторам, таким как повышенная влажность воздуха или температурные скачки.

Различия между конденсаторными и динамическими микрофонами заключаются в их конструкции.

Динамические модели менее восприимчивы к шумам и эху, нормально переносят высокое давление и могут записывать громкий звук. Такие свойства позволяют использовать их для записи гитарных и басовых усилителей.

Приборы поставляются в ударопрочных корпусах, которые выдерживают механическое воздействие и менее подвергаются повреждениям.

Производители конденсаторных микрофонов

Среди популярных производителей микрофонов выделяют такие бренды:

1. AKG. Австрийская компания, которая работает на рынке несколько десятков лет. Наибольшей популярностью в бюджетном ценовом диапазоне пользуется серия Perception и ее модели P120, P220, P420. Начальный выпуск P120 обладает мембраной с диагональю 2/3 дюйма и относится к кардиоидной группе. P220 стоит дороже, но выделяется прогрессивными характеристиками и богатым оснащением. Флагманская модель P420 является самой дорогой в своем сегменте.
2. Rode. Торговая марка была основана в Австралии. В течение нескольких десятилетий она поставляет на рынок качественные приборы для студийного использования. Достоинством продукции Rode является грамотное соотношение цены и качества. В список популярных моделей входит NT1-A, которая появилась в продаже еще в 80-х гг. Являясь родоначальником целой серии, микрофон постоянно модернизируется с целью сохранения оригинального звучания.
3. Neat. Бренд производит микрофоны контрастной расцветки и с нестандартной формой корпуса. Из всех моделей большой популярностью пользуется Worker Bee, выполненная в стиле винтаж. При этом в микрофоне реализованы передовые наработки компании в области оборудования для звукозаписи. Устройство выделяется минимальным шумом, оптимальным соотношением цена-качество и богатым комплектом.

Советы по выбору

Прежде всего нужно понять, что универсальных устройств не бывает. Конечно, если выбирается компьютерный микрофон, значения не имеет, какую модель выбрать. Но даже тут не следует выбирать самые дешевые экземпляры.

Приобретать микрофон нужно только под определенные задачи. К примеру, если необходимо записывать партии на барабанах, то необходим не один, а несколько устройств инструментального типа, которые готовы к серьезному давлению звука. Если нужно записать вокал, то хватит одного студийного вокального микрофона хорошего качества. В общем, для любой цели следует выбирать специальное устройство.

В лучшем случае покупатель переплатит, если ошибется, так как придется докупать дополнительное оборудование, если качество звука будет недостаточно хорошим. Ну а если выбран не тот тип микрофона, то в определенных условиях он будет работать не так, как положено. Тут не только денежные потери, но и временные.

Как подключить к компьютеру?

После того как вы выбрали и купили микрофон, необходимо перейти к его подключению и настройке. Однако перед этим следует тщательно прочитать инструкцию по эксплуатации, которая прилагается в стандартной комплектации. Стоит иметь в виду, что правила подключения могут различаться в зависимости от конкретной модели. Сегодня же в нашей статье мы рассмотрим наиболее универсальные правила. Так, задача подключения микрофона к компьютеру значительно упрощается, если аудиоустройства снабжено специально предназначенным USB-разъемом. В таком случае для подключения вам понадобится только USB-кабель.

Также на рынке представлено большое количество микрофонов, в конструкции которых присутствует XLR-разъём. Соответственно, для такого устройства вам понадобится и соответствующий кабель. При этом стоит иметь в виду, что кабели для подключения микрофонов обычно идут в комплекте с самим устройством. Таким образом, процедура подключения довольно проста и не требует особых технических знаний. После того как вы подсоединили микрофон к компьютеру, вы можете осуществлять настройку. Например, доступно настроить такие параметры, как громкость, воспринимаемый диапазон звуковых волн и т. д.