Микрофоны.

…выбор и правильное использование хорошего микрофона становится в наши дни чем-то вроде утраченного искусства¹…

Прежде чем начинать планирование помещений и разводку кабелей в Вашем будущем конференцзале, имеет смысл ненадолго отвлечься и заняться теорией.

В данном случае речь пойдет о микрофонах…

Пока существует человеческий голос, перед нами вновь и вновь будет вставать проблема выбора наиболее оптимального в данной ситуации и помещении микрофона, и её важность ни в коем случае нельзя преуменьшать.

Микрофонами в конференцзале пользуются все…

Взгляд изнутри.

Микрофон это основной и важнейший из всех элементов, которые стоят между реальным акустическим звуком и его передачей слушателям, поэтому важность правильного выбора микрофона трудно переоценить.

Любой, кто собирается оснащать звуковым оборудованием конференцзал, должен хорошо разбираться в микрофонной технологии и в существующих типах и моделях микрофонов.

При внимательном рассмотрении микрофонная техника и технология оказываются достаточно простыми.

Все разнообразие существующих моделей сводится к трем или четырем основным типам микрофонов и четырем типам диаграмм направленности и именно на этой последней характеристике мы и остановимся немного подробнее.

Стараться куда?

Диаграмма направленности является одной из основных характеристик любого микрофона и описывает его способность реагировать на звуки, поступающие с различных направлений.

В этом отношении различные микрофоны могут отличаться друг от друга очень сильно: одни, например, воспринимают звук более-менее равномерно во всех направлениях, а другие реагируют только на одно какое-нибудь направление и остаются глухими к звукам со всех остальных. Эти особенности следует учитывать при выборе микрофона для того или иного приложения.

Например, при выступлении участников президиума, Председательствующего, следует использовать узко направленный на него микрофон, который позволит предотвратить проникновение на запись шума и помех, идущих сзади и с боковых сторон. Аналогичный микрофон можно использовать и для индивидуального усиления от конкретного участника.

Если же, например, мы усиливаем выступающего от выносных микрофонов зала или находящегося на трибуне, то следует выбирать микрофон с как можно более широкой диаграммой направленности, который будет равномерно воспроизводить звук, идущий со всех сторон (в том числе при изменении положения выступающего по отношению к микрофону).
 

Рис. 1. Часто встречающиеся типы диаграмм направленности микрофонов.
A — всенаправленный, B — кардиоидный, C — суперкардиоидный, D — восьмерка

Описанные выше два типа микрофонов (с как можно более узкой и как можно более широкой диаграммой направленности) принято называть направленными (unidirectional) и всенаправленными (omnidirectional). Однако существуют и другие типы микрофонов, которые также могут оказаться полезными в конкретной ситуации.

Вовсе не обязательно знать, как именно достигается та или иная диаграмма направленности и почему у одних микрофонов она одна, а у других другая. Достаточно знать, в какой ситуации следует применять тот или иной микрофон. Например, в уже рассматривавшейся выше ситуации подзвучивания ударной установки можно использовать расположенные над установкой один или два (для стереозаписи) всенаправленных микрофона, смешав их сигналы с индивидуальными сигналами от кардиоидных микрофонов, установленных в непосредственной близости от томов и малого барабана.

Термин кардиоидный объясняется формой диаграммы направленности этих микрофонов, которая напоминает человеческое сердце (см. рис. 1). Такие микрофоны не являются однонаправленными в прямом смысле этого слова, однако на практике эти два термина считаются практически равнозначными. Суперкардиоидные микрофоны представляют собой вариант кардиоидных, но с более узкой диаграммой направленности. Пушечные (rifle) микрофоны, используемые при записи на открытой местности и для точечного подзвучивания исполнителей во многих телевизионных студиях, представляют собой кардиоидные микрофоны, помещенные в специально спроектированную интерференционную трубу. Форма этой трубы выбрана таким образом, чтобы гасить колебания, приходящие со всех направлений, кроме осевого.

Для снятия звука обычно используют кардиоидные микрофоны, однако в тех случаях, когда микрофон находится не прямо перед источником звука, а как бы внутри звукового поля, имеет смысл предпочесть микрофоны с диаграммой направленности в форме восьмерки, которые в данной ситуации обеспечат более сочный звук. Восьмерку можно использовать и тогда, кода у вас не хватает микрофонов для индивидуальных инструментов например, ей можно одновременно снять хай-хэт и одну из тарелок ударной установки. При этом, правда, следует уделить максимум внимания выбору правильного положения микрофона. Такой подход вполне допустим, так как эти два инструмента редко звучат одновременно и требуют примерно одинаковой обработки эквалайзером и пультом.

Учтите, однако, что даже одинаковые микрофоны одного и того же производителя (особенно сравнительно дешевые) могут иметь существенно отличающиеся диаграммы направленности. Кроме того, многие профессиональные микрофоны могут поставляться в различных вариантах конфигурации и даже иметь переключаемую (обычно механически) диаграмму направленности.

Теперь давайте пристальнее взглянем на наиболее широко распространенные типы микрофонов.

Динамические микрофоны.

Динамические микрофоны (иначе называемые микрофонами с подвижной катушкой) представляют собой, пожалуй, наиболее популярный и распространенный тип (да и наиболее приемлемый для конференцсистем).

Внутри такого микрофона находится круглая мембрана, которая механически соединена с катушкой тонкого провода, помещенной между двумя цилиндрическими магнитами (один внутри другого). Звуковые колебания вызывают колебания мембраны, которые сообщаются катушке, а при перемещении катушки между магнитами в ней наводится напряжение, амплитуда которого пропорциональна перемещению мембраны.

Таким образом, попадающая в микрофон акустическая энергия преобразуется в электрическую, которая впоследствии может быть усилена и вновь преобразована в акустическую мембраной громкоговорителя (в сущности, громкоговоритель это не что иное, как динамический микрофон наоборот).

По сравнению с остальными типами, динамические микрофоны обладают целым рядом достоинств они сравнительно дешевы и в то же время надежны и долговечны, и могут успешно работать в областях высокого звукового давления. Это делает их незаменимыми в условиях реальных дискуссий и выступлений и при специальных требованиях.

Устойчивость к громким звукам позволяет использовать эти микрофоны для снятия звука от крика до шопота.

Особенности внутреннего устройства динамических микрофонов ограничивают количество возможных типов диаграмм направленности. Такие микрофоны могут быть только однонаправленными или всенаправленными. Кроме того, инерционность перемещающейся в магнитном поле катушки с проводом ограничивает воспринимаемый этими микрофонами частотный диапазон (что является преимуществом в конференцсистемах).

На сегодняшний день различными фирмами разработано огромное количество различных динамических микрофонов стоимостью от единиц до тысяч долларов, причем многие модели специально ориентированы на то или иное конкретное применение.

Конденсаторные микрофоны.

Конденсаторные микрофоны представляют собой более совершенный тип, чем динамические.

Принцип их действия основан на изменении электрической емкости двух проводящих пластин при изменении расстояния между ними. Одна из этих пластин жестко закреплена в корпусе микрофона, а вторая (тонкая) выступает в роли мембраны. Колебания мембраны, вызванные колебаниями воздуха, приводят к изменению емкости.

Для работы такого микрофона на его пластины необходимо подать электрическое напряжение.

Для этого обычно используется напряжение в 48 вольт (фантомное питание), подаваемое на микрофон непосредственно с предварительного усилителя или микшерного пульта. Конденсаторные микрофоны сложнее в производстве, и поэтому значительно дороже динамических, однако обеспечивают значительно более высокое качество звучания.

Диафрагма конденсаторного микрофона может быть сделана сколь угодно тонкой (в разумных пределах), что позволяет добиться значительно более высокой, чем у динамических микрофонов, чувствительности и способности к воспроизведению высоких частот. Кроме того, конденсаторные микрофоны могут иметь практически любую диаграмму направленности. Существуют модели со сменными головками, переключение которых позволяет изменять направленность в довольно широких пределах.

Конденсаторные микрофоны используются везде, где предъявляются высокие требования к качеству и точности воспроизведения звука. Низкая устойчивость к механическим нагрузкам делает их малопригодными для конференцсистем, однако в студии они оказываются незаменимыми, особенно в тех случаях, когда требуется максимальная достоверность воспроизведения гармонических составляющих звука например.

На самом деле высокая акустическая точность далеко не всегда является основной целью звукового обеспечения. Динамические микрофоны часто оказываются предпочтительнее конденсаторных например, из-за того, что их звучание, несмотря на специфический характер, хорошо подходит к характеру человеческой речи. С другой стороны, именно высокая степень правдоподобности делает конденсаторные микрофоны наиболее универсальными и пригодными для снятия звука любых голосов.

Универсальность и технологическая сложность конденсаторных микрофонов приводит к тому, что стоимость их в большинстве случаев оказывается очень высокой.

Электретные микрофоны.

Принцип действия электретных микрофонов аналогичен принципу действия конденсаторных, с тем отличием, что для их работы не требуется внешний источник питания. Мембрана таких микрофонов получает электрический заряд в процессе производства, и для их питания достаточно небольшого напряжения (обычно около 1,5 вольта), которое обеспечивается установленной в микрофоне батареей. К сожалению оне имеют небольшой срок службы, чтобы серьезно рассматривать их как альтернативу динамическим с точки зрения их применения в конференцсистемах.

По сравнению с конденсаторными, мембрана электретных микрофонов значительно толще, поэтому их чувствительность и частотные характеристики несколько хуже. Появившиеся недавно обратно-электретные микрофоны несколько компенсируют этот недостаток за счет того, что электрический заряд получает не мембрана, а фиксированная металлическая пластина, а сама мембрана может быть изготовлена из более тонкого материала.

Микрофонный сленг.

Импеданс (impedance) — электрическое сопротивление, которое микрофон оказывает проходящему сквозь него току. В этом отношении микрофоны принято делить на высоко- и низкоимпедансные. Высокоимпедансные микрофоны (от 5 до 10 килоом) обладают более высоким уровнем сигнала и часто используются в бытовой и полупрофессиональной записи. Низкоимпедансные микрофоны (250 ом и менее) обычно применяются в профессиональных студиях. Несмотря на сравнительно низкий выходной уровень, они менее чувствительны к посторонним помехам и шуму и качественно воспроизводят высокие частоты даже при использовании длинных кабелей.

Эффект близости (proximity effect) — эффект, наблюдаемый при использовании динамических микрофонов в непосредственной близости от источника звука. Он вызван тем, что звук поступает в микрофон по двум направлениям (спереди и сзади). Возникающие при этом фазовые искажения приводят к усилению низкочастотных составляющих звука. Чем ближе источник звука к микрофону, тем больше разность длины звуковых путей и, соответственно, больше усиление низких частот. Многие опытные вокалисты умело используют этот эффект, достигая нужного им звучания, однако в ряде ситуаций он может приводить к существенному ухудшению звучания. Как бы то ни было, этот эффект никогда не следует упускать из виду. Например, при снятии звука басового барабана ( бочки ) у вас может возникнуть необходимость немного отодвинуть от него микрофон, чтобы уменьшить уровень сигнала. При этом, однако, будет ослаблен эффект близости и ухудшится воспроизведение низких частот, составляющих существенную часть звучания бочки, что приведет к необходимости соответствующей частотной коррекции. (Именно поэтому звукорежиссеры и владельцы студий так нервничают, когда кто-нибудь начинает переставлять тщательно настроенные микрофоны.)

Обратная связь² (завод, feedback) слабость, которой в той или иной степени подвержены абсолютно все микрофоны (хотя в студийных условиях это может быть и не очень заметно). Обратная связь возникает тогда, когда поступающие от микрофона сигналы воспроизводятся колонками или студийными мониторами и снова попадают в микрофон. Если не принять мер по предотвращению этого процесса, он будет продолжаться непрерывно, с постоянным возрастанием амплитуды паразитных сигналов, в результате чего возникнет характерный воющий или свистящий звук. Для того чтобы избавиться от обратной связи, следует как можно тщательнее выбирать микрофон с необходимой диаграммой направленности и правильно ориентировать его по отношению к источникам звука (колонкам и мониторам). В ряде случаев обратную связь можно предотвратить, вырезав эквалайзером ту частоту, на которой она происходит. При этом общая громкость снимаемого микрофоном сигнала останется практически неизменной…

Примечания:
¹ (обратно к тексту)  …по материалам фирмы «Shure»… и группы «РАСТР», и …Ганина Андрея Георгиевича (звукооператор)
² (обратно к тексту) …рассмотрим технологическую цепочку:
Микрофон усиливает звуковые волны от источника сигналов (оратор, Председательствующий, депутат).
Сигнал от микрофона проходит звуковой тракт (предусилитель, устройства обработки, усилитель мощности).
Усиленный сигнал поступает на громкоговорители.
Микрофон улавливает сигнал от громкоговорителя
…
Таким образом, возникает так называемый цикл обратной связи.
Приходящий звук будет усилен до уровня исходного звука, улавливаемого микрофоном, в результате чего акустическая система (громкоговоритель) начинает «свистеть» и резонировать.
Но это не все, что определяет «индекс усиления» в конкретном случае.
Есть еще один фактор — избирательное фильтрование.
Эффект акустической интерференции является результатом использования большого количества микрофонов и может возникнуть даже при использовании двух микрофонов. Избирательное фильтрование является результатом микширования сигналов. Для него характерно использование самых высоких и низких участков слышимого частотного диапазона. Так как микрофоны находятся не на одинаковом расстоянии от источника звука, звук, улавливаемый более отдаленным микрофоном, будет воспроизводиться с большей задержкой, чем звук с микрофона расположенного ближе…
Результат — фазовый сдвиг и, как следствие, избирательное фильтрование.