Mikrofón
Mikrofon
Mikrofon je zařízení pro přeměnu akustického signálu na signál elektrický. První mikrofon vynalezl tvůrce gramofonu Emile Berliner 4. března1877.
Dynamický mikrofon
dynamický mikrofon
Membrána mikrofonu se pohybuje v závislosti na akustickém tlaku. Toto zároveň způsobuje i pohyb cívky, která je spojena s membránou. V cívce, která se takto pohybuje v magnetickém poli, se vytváří elektrický signál. Výstupní napětí se mění v závislosti na pohybu membrány a cívky. U tohoto mikrofonu pohybuje membrána cívkou v magnetickém poli permanentního magnetu, čímž se vytváří střídavé napětí respektive proud (jedná se o opačný proces než se odehrává v klasických reproduktorech). Dynamické mikrofony jsou méně citlivé než kondenzátorové mikrofony, lépe proto zpracovávají hlasitý zpěv při živých vystoupeních atp. Nevyžadují napájení a jsou velmi odolné vůči mechanickému poškození. (Příkladem žijící legendy je například mikrofon Shure SM58, který se velmi často používá při veřejných vystoupeních). Směrová charakteristika je srdeční.
Páskový mikrofon
kondenzátorový mikrofon
Tento druh mikrofonu obsahuje dvě tenké kovové destičky, které navzájem tvoří kondenzátor. Napájecí obvod vytváří v kondenzátoru elektrický náboj. Jedna z těchto destiček je pevně uchycená a druhá je pohyblivá a má funkci akustické membrány. Vzájemné přibližování a oddalování těchto destiček způsobuje změnu kapacity a tím i změnu výstupního napětí. Tloušťka membrány je několik mikronů a je na ní nanesena vrstva vzácného kovu, nejčastěji zlata, podobnou metodou jako se vyrábějí tranzistory. Změna kapacity se přeměňuje na elektrický signál buď pomocí napájení z měkkého zdroje nebo předzesilovače s velmi velkou vstupní impednací (na toto jsou velmi vhodné elektronky, které se používaly v prvních mikrofonech. Dnes je jednodušší řešit takový mikrofon pomocí integrovaného obvodu, resp, tranzistorů). Někdy je mikrofon součást oscilátoru rozlaďovaného změnou kapacity a v následujících obvodech je změna demodulována na nízkofrekvenční signál. Je nutné aby vzdálenost mezi membránou a předzesilovačem byla co nejmenší. Průměr membrány je obvykle jeden palec (tedy 2,54 cm). Kondenzátorové mikrofony vyžadují napájení. Při vhodné konstrukci mikrofonní vložky lze polarizačním napětím měnit směrovou charakteristiku mikrofonu, čehož se využívá u studiových mikrofonů. Kondenzátorové mikrofony se používají hlavně pro profesionální studiový záznam a pro účely měření. Při živých vystoupeních se dnes používají hlavně dynamické mikrofony. Kondenzátorový mikrofon patří mezi akusticky nejvěrohodnější a nejcitlivější z různých principů mikrofonů.
Elektretový mikrofon
elekretové mikrofony
Elektretový mikrofon je typem kondenzátorového mikrofonu, u kterého je elektrické pole potřebné pro funkci, vytvářené elektretem neboli nevodivou hmotou, která je permanentně nabitá. V rytmu pohybu membrány se mění kapacita kondenzátoru a tím i napětí mezi deskami. Změny napětí musí být zpracovány předzesilovačem s vysokou vstupní impedancí, (obvykle zabudovaný FET tranzistor, přímo v tělese mikrofonu), tím pádem potřebují i napájení. Vyrábějí se pro náročné měřící účely, pro studia, ale také pro nenáročné použití například v počítačích, telefonech, spotřební elektronice atp. Samotné těleso mikrofonu není obvykle v průměru větší než 1 cm.
Uhlíkový mikrofon
Tento typ není ani dynamickým ani kondenzátorovým mikrofonem. Mikrofon byl používán ve starých telefonních přístrojích, a díky odolnosti proti otřesům také v armádních vysílačkách a telefonech. Princip je založen na stlačování uhlíkových granulí. Pokud jsou tyto stisknuté jejich odpor klesá a výstupní napětí roste. Na principu uhlíkového mikrofonu byly zkonstruovány také první akustické zesilovače pro telefonní ústředny. Takové zesilovače měly vysoké zkreslení a malý frekvenční rozsah. V mikrofonech této konstrukce se při mechanických (i velmi jemných) úderech objevuje chraštění způsobené třením uhlíkových zrnek o sebe. V začátcích rozhlasového vysílání procházel uhlíkovým mikrofonem signál vysílače s vysokým výkonem, mikrofony proto vyžadovaly chlazení. Byly umísťovány do těžkých stativů a do soustav pružin což eliminovalo mechanické rázy. Nemají žádnou směrovou charakteristiku.
piezo mikrofon
Mikrofon je založen na piezoelektrickém jevu. Krystalová substance při své deformaci generuje polarizované elektrické napětí. Na tomto principu je založen piezoelektrický mikrofon, který se používá hlavně ke snímání zvuku akustických nástrojů (kontrabas, kytara, housle), protože plochý snímací prvek lze s výhodou upevnit na rezonanční desku hudebního nástroje. Vibrace desky se přenesly na snímací krystal, což generovalo napětí ekvivalentní vibracím. Piezoelektrický mikrofon se používal hlavně ve druhé polovině 20. století. Nízké náklady na jeho výrobu jej předurčily jako doplněk k páskovým magnetofonům.
Charakteristika mikrofonu
frekvenční rozsah, pro který jsou mikrofony určeny. Udává se v Hz. Pro kvalitní záznam se požaduje rozsah 40 Hz – 15 kHz. Uhlíkový mikrofon: 300 Hz – 3 kHz, dynamický mikrofon: 20 Hz – 20 kHz, kondenzátorový mikrofon: 10 Hz – 20 kHz.
směrová charakteristika závislost citlivosti mikrofonu na úhlu mezi osou mikrofonu a směrem, ze kterého působí zdroj zvuku. Vyjadřuje se prostorovým grafem.
frekvenční charakteristika je závislost citlivosti mikrofonu na frekvenci. Vyjadřuje se graficky.
citlivost mikrofonu je minimální akustický tlak který je mikrofon schopen zachytit aby vyvolal požadovanou odezvu. Udává se v mV/Pa pro danou frekvenci. Čím je citlivost nižší, tím musí být mikrofon blíže ke zdroji zvuku. Citlivost není rozhodujícím činitelem, pokud neklesne pod 0.8 mV/Pa při vnitřním odporu mikrofonu 200 Ohm. Tehdy je stále zachován odstup signálu – šum 45 dB, což je hranice poznatelnosti.
šum mikrofonu Je-li ekvivalentní hladina šumu mikrofonu nižší než hladina šumu studia (akustický tlak 3,6.10-2 Pa) pak mikrofon vyhovuje.
výstupní impedance. Podle druhu je víceméně závislá na frekvenci. Velikost impedance je důležitá pro připojení mikrofonu ke zesilovači (impedanční přizpůsobení).
činitel směrovosti Každý typ mikrofonu se vyznačuje tím, že jeho výstupní napětí závisí také na směru, ze kterého na mikrofon dopadá zvuková vlna. Všesměrnou citlivost mají pouze mikrofony s všesměrovou směrovou charakteristikou, ale i pro ně to platí jen pro střední a nízké frekvence. Při vyšších frekvencích se mění na srdeční až osmičkovou v případě, že vlnová délka se přibližuje s rozměrem mikrofonu. Mikrofony se srdeční resp. osmičkovou charakteristikou zdůrazňují zvukové vlny přicházející ze směru největší citlivosti mikrofonu a potlačují zvuk z ostatních směrů. Činitel směrovosti se dá matematicky vyjádřit jako poměr druhé mocniny výstupního napětí k druhé mocnině výstupního napětí stejného mikrofonu umístěného v dokonale difúzním akustickém poli za předpokladu stejného akustického tlaku a vlny dopadající v ose mikrofonu. Mikrofon s dokonale všesměrnou charakteristikou má koeficient směrovosti = 1. Odmocnina činitele směrovosti je tzn. činitel vzdálenosti, který udává kolikrát je možné vzdálit směrový mikrofon od akustického zdroje oproti mikrofonu s všesměrnou charakteristikou při zachování stejného poměru přímého a rušivého signálu.
Směrová charakteristika
Směrová charakteristika je prostorová citlivost mikrofonu. V závislosti na konstrukci a typu mikrofonu může tento přijímat zvuk z různých směrů v různé intenzitě. Mikrofony se navrhují se směrovými charakteristikami podle jejich předpokládaného použití. Směrová charakteristika je frekvenčně závislá – projevuje se zpravidla při vysokých tónech, zatímco hluboké zůstávají nepoznamenány.
-
všesměrová -
subsrdeční -
srdeční -
superkardioidná -
osmičková -
směrová
hyperkardioidní
- všesmerová (omnidirectional) alebo guľová charakteristika je taká, pri ktorej mikrofón prijíma zvuk rovnako kvalitne zo všetkých strán. Dá sa dosiahnuť najjednoduchšie a je typická pre elektretové mikrofóny.
- srdcová (kardioidná) charakteristika potlačuje príjem zvuku „zozadu“ mikrofónu. Typická charakteristika pre spevácke dynamické mikrofóny, potláča spätnú väzbu.
- hyperkardioidná charakteristika je viac smerová charakteristika ako charakteristika kardioidná.
- osmičková (bidirectional) charakteristika je taká, pri ktorej prijíma mikrofón zvuk iba zozadu a spredu.
- smerová charakteristika predstavuje oslabený príjem zvuku zozadu a zo strán. Prijíma sa len zvuk spredu.
- úzko smerová charakteristika reprezentuje výrazne oslabený príjem zvuku zozadu, čo sa obyčajne z fyzikálnych dôvodov dosiahne dĺžkou mikrofónu až 1 meter. Je charakteristická pre filmové štáby, ktoré držia mikrofóny vo výške nad hranicou hornej hranice obrazu. Úzko smerová charakteristika mikrofónu sa dosahuje na úkor frekvenčnej charakteristiky, ktorá je zatlačená len do akustického spektra.
Frekvenční charakteristika
Frekvenční charakteristiky mikrofonů
Nahoru Oktava 319 (studiový), dole Shure SM58 (pěvecký)
Frekvenční charakteristika mikrofonu je závislost citlivosti na frekvenci. Vyjadřuje se graficky. Fyzikálním ideálem by byl mikrofon, který by akustický podnět přeměnil vždy na ekvivalentní elektrický signál bez ohledu na jeho frekvenci. Tak tomu ovšem není. Dosažení vyrovnané charakteristiky alespoň ve slyšitelné oblasti vyžaduje nákladná opatření, například velmi malé rozměry mikrofonu. Z nedostatku se však časem stala ctnost a frekvenční nevyrovnanosti jednotlivých výrobků začaly být využívány tak, aby pomohly zvýraznit nebo potlačit některé charakteristické zvukové odstíny snímaných objektů. Např. všechny mikrofony kromě všesměrových pracují jako převodníky gradientu tlaku, s přibližováním ke zdroji signálu zesilují hluboké frekvence – tzv. 'proximity efekt'. Toho využívají někteří zpěváci k dosažení teplé barvy zvuku v některých pasážích zpěvu přibližováním a oddalováním mikrofonu.
Pro speciální účely se vyrábějí mikrofony s potištěnou částí frekvenční charakteristiky (např. pro reportážní snímání řeči nebo pro komunikační zařízení pracující v hlučném prostředí), v některých případech jsou vybaveny i přepínatelnými korekcemi přímo ve vlastním tělese mikrofonu, nebo mají zdůraznit určitou část spektra potřebnou ke snímání zvuku specifických hudebních nástrojů.
Příslušenství
ochrana proti větru a mechanickým vlivům – obvykle ve formě zvukově prodyšného návleku (molitan, tkanina)
pavouk – využívá se hlavně u kondenzátorových mikrofonů. Tělo mikrofonu je zachyceno v gumou (nebo pružinami) odpružené soustavě, která jej odděluje od mechanických otřesů.
windshield- obecně používaný název pro pěnovou ochranu mikrofonu vůči větru. Hlavně jej používají televizní štáby na reportážních mikrofonech, a také jeho „chlupatá“ obdoba se používá na úzce směrových mikrofonech.
pop filtr – využívá se ve studiích. Je to sítko z prodyšné tkaniny tlumící (rozptylující) větší objemu vzduchu (např. výdech) aby se nepřenesl jako rázová vlna na mikrofon.