MIKROFÓNY A ICH ELEKTROAKUSTICKÉ VLASTNOSTI

Transcript

1 MIKROFÓNY A ICH ELEKTROAKUSTICKÉ VLASTNOSTI PRIPOJENIE MIKROFÓNOV K TECHNICKÉMU PROSTREDIU: a, SYMETRICKÉ b, NESYMETRICKÉ ROZDELENIE MIKROFÓNOV PODĽA PRINCÍPU ČINNOSTI SMEROVEJ CHARAKTERISTIKY ÚČELU POUŽITIA. ELEKTROMAGNETICKÝ PRINCÍP PEVNÁ CIEVKA S MAGNETOM, MAGNETICKY VODIVÁ MEMBRÁNA LEN DOROZUMIEVANIE, TELEFÓNNA KVALITA, VYSOKÁ CITLIVOSŤ ELEKTRODYNAMICKÝ PRINCÍP PEVNÝ MAGNET, POHYBLIVÁ CIEVKA SPOJENÁ S MEMBRÁNOU VLASTNOSTI OVPLYVŇUJÚ: PRIEMER MEMBRÁNY (CITLIVOSŤ, HMOTNOSŤ, FREKVENČNÝ ROZSAH, SMEROVÉ VLASTNOSTI (Λ/D) HMOTNOSŤ MEMBRÁNY (FREKV. ROZSAH, HMOTNOSŤ CIEVKY INTENZITA POĽA MAGNETU MOŽNÁ REZONANCIA NA FREKVENCII RÁDOVO khz MECHANICKÁ ODOLNOSŤ, ROBUSTNOSŤ, EXTRÉMNE VEĽKÉ SPL CENA NÁKLADY NA VÝROBU CITLIVEJŠIE NA EL.MAGNETICKÉ POLE (KOMPENZAČNÁ CIEVKA) JEDNO- MEMBRÁNOVÉ, VÝNIMOČNE RIEŠENÉ AKO DVOJITÝ SYSTÉM (AKG D202) PASÍVNE, BEZ NAPÁJANIA.

2 TYPICKÁ IMPEDANCIA 200 Ω, (600 Ω, 50 Ω) CITLIVOSŤ: 1 3 mv/pa {1 Pa = 94 db} ŠUMOVÉ NAPÄTIE: TERMICKÝ ŠUM, U Š = (4.K.T.R.Δf) 1/2, {4.K.T = 1, } U Š = 0,256 uv /200 Ω, t.j. EINL (EKVIVALENT NOISE INPUT LEVEL) = -131,8 dbv U Š = 0,45 uv /600 Ω EKVIVALENTNÁ AKUSTICKÁ ÚROVEŇ AKUST. ŠUMU ENL = 16 db/lin pre citlivosť 2 mv/pa MAX. SPL PRE 0,5% THD ~ db DYNAMICKÝ ROZSAH db CITLIVOSŤ VSTUPU PREDZOSILŇOVAČA 0,1 mv mv ELEKTRODYNAMICKÝ PÁSKOVÝ MIKROFÓN PEVNÝ MAGNET, MEMBRÁNA A CIEVKA JEDEN CELOK TENKÁ MG. VODIVÁ FÓLIA malá hmotnosť pohyblivých častí VLASTNOSTI: VEĽMI NÍZKA IMPEDANCIA (0,2...1 Ω), VYŽADUJE TRANSFORMÁTOR VEĽMI DOBRÉ FREKVENČNÉ VLASTNOSTI, ŠTÚDIOVÉ POUŽITIE Magnet Membrána - pásik Smer zvuku NÍZKA MECHANICKÁ ODOLNOSŤ CITLIVÝ NA PRÚD VZDUCHU (PREFÚKNUTIE) SÚČASNÉ TYPY RELATÍVNE ODOLNEJŠIE PLASTOVÁ MEMBRÁNA S NAPARENOU KOVOVOU VRSTVOU PASÍVNY NEVYŽADUJE NAPÁJANIE, RELATÍVNE DOBRÁ CENA ELEKTRICKÉ VLASTNOSTI POROVNATEĽNÉ ALEBO LEPŠIE AKO CIEVKOVÝ ELEKTRODYNAMICKÝ MIKROFÓN KAPACITNÉ KONDENZÁTOROVÉ MIKROFÓNY R C 100 M 0 V V

3 NAJKVALITNEJŠÍ TYP MIKROFÓNU, FREKVENČNE DOKÁŽE PRACOVAŤ AJ V NADAKUSTICKOM PÁSME VYROVNANÁ FREKVENČNÁ CHARAKTERISTIKA CITLIVÝ NA VLHKOSŤ V MINULOSTI VEĽKÝ PRIEMER MEMBRÁNY, ELEKTRÓNKOVÝ PREDZOSILŇOVAČ, NAPÁJANIE V, VYSOKÁ CITLIVOSŤ (NEUMANN) V SÚČASNOSTI 50 pf PREDZOSILŇOVAČ FET, NAPÁJANIE 9-48 V JEDNO A DVOJMEMBRÁNOVÉ RIEŠENIE (SYMETRIZÁCIA MECHANIKY MIKROFÓNU, MOŽNOSŤ MENIŤ SMEROVÚ CHARAKTERISTIKU) CITLIVOSŤ 5 mv...30 mv /Pa TYPICKÁ IMPEDANCIA 200/600 Ω EKVIVALENTNÁ HLADINA ŠUMU db NAPÁJANIE FANTÓMOVÝM ZAPOJENÍM: C R 100 MOhm A [db] f [Hz] XLR 2 XLR k 10 k 48 V V 0 V 0 V k 48 V 0 V VYSOKOFREKVENČNÉ KONDENZÁTOROVÉ MIKROFÓNY MIKROFÓNOVÁ KAPSLA SÚČASŤOU LADENÉHO OBVODU OSCILÁTORA S FREKVENCIOU OKOLO 10 MHz, FREKVENČNÁ MODULÁCIA DEMODULÁTOROM SA ZÍSKAVA nf SIGNÁL MENŠIE NAPÁJACIE NAPÄTIE BEZPROBLÉMOVÝ PRENOS NAJNIŽŠÍCH FREKVENCIÍ PODOBNÉ VLASTNOSTI AKO MIKROFÓNY s js. NAPÁJANÍM

4 ELEKTRETOVÉ MIKROFÓNY POLARIZÁCIA KONDENZÁTORA ZABEZPEČENÁ ELEKTRETOM PREDZOSILŇOVAČ S FET INTEGROVANÝ PRIAMO DO KAPSLE NAPÁJANIE 1,5 V 5 V (NEVYŽADUJE FANTÓMOVÝ NAPÁJAČ) RELATÍVNE KVALITNÉ, VYNIKAJÚCI POMER CENA/VÝKON KLASICKÁ KONŠTRUKCIA ELEKTRET NESIE MEMBRÁNA (HMOTNOSŤ... Elektret Membrána Zadná elektróda BACK-ELEKTRETOVÉ RIEŠENIE ELEKTRET AKO ZADNÁ ELEKTRÓDA VYŠŠÍ ŠUM, MENEJ VYROVNANÁ FREKVENČNÁ CHARAKTERISTIKA NAPÁJANIE BATÉRIOU V MIKROFÓNE ALEBO Z PREDZOSILŇOVAČA Live 3,5 mm a, ZÁKLADNÉ ZAPOJENIA ELEKTRETOVÝCH MIKROFÓNOV V Live a, mikrofón bez ext. napájania b, b, oddelené napájanie L R V + Live R - Live L - Live c, d, c, Napájanie spolu so signálom d, Stereomikrofón bez/s externým napájaním HLAVNÉ POUŽITIE: MINIATÚRNE MIKROFÓNY, LAVALIER/ KLOPOVÉ/NÁHLAVNÉ, VSTAVANÉ V ZARIADENIACH,..

5 KONTAKTNÉ MIKROFÓNY PIEZO SNÍMAČE SNÍMANIE VIBRÁCIÍ NA POVRCHU REZONANČNEJ ČASTI ZDROJA ZVUKU Piezočlánok Vodivá plocha Ozvučnica Membrána MÁLO CITLIVÉ NA AKUSTICKÝ ZVUK SNÍMANIE NÁSTROJOV V HLUČNOM PROSTREDÍ ELEKTROAKUSTICKÁ GITARA,... ŠPECIFICKÝ ZVUK, ODLIŠNÝ OD REÁLNEHO CITLIVOSŤ NA UMIESTENIE SNÍMAČA NA NÁSTROJI MUSÍ MAŤ PREDZOSILŇOVAČ, ALEBO VSTUP S VYSOKOU IMPEDANCIOU (A VHODNÝ KÁBEL) MIKROFÓNY S TLAKOVOU ZÓNOU (BOUNDARY EFFECT MIKES) SNÍMANIE ZO VZDIALENOSTI BLÍZKEJ POLOMERU DOZVUKU PROBLÉM SO ZMIEŠAVANÍM SIGNÁLOV V PEVNE OHRANIČENOM PROSTREDÍ NENASTÁVA POHYB VZDUCHU PRIAMA A ODRAZENÁ VLNA TAKMER VO FÁZE DVOJNÁSOBNÝ AK. VÝKON ZABUDOVANIE KAPSLE DO ROZMERNEJ PLOCHY ALEBO TESNE NAD ŇU (MILIMETRE) Priama vlna Odrazená vlna PODMIENKA DOSTATOČNE VEĽKÁ PLOCHA (aspoň 1 x 1 m) SMEROVÉ VLASTNOSTI MIKROFÓNOV ROZDELENIE MIKROFÓNOV PODĽA SMEROVÝCH VLASTNOSTÍ GRADIENTNÉ MIKROFÓNY KOMBINOVANÉ SMEROVÉ MIKROFÓNY VLNOVÉ MIKROFÓNY PRI VŠETKÝCH TYPOCH MIKROFÓNOV PODSTATNÝ VPLYV NA ICH VLASTNOSTI MAJÚ AKUSTICKÉ OBVODY

6 ROVNICA SMEROVEJ CHARAKTERISTIKY DEFINUJE POLOHU KONCOVÉHO BODU KRIVKY, KTOREJ STRED JE V REFERENČNOM BODE MIKROFÓNU PRIESTOROVÝ UHOL Θ MÁ NULOVÚ HODNOTU V REFERENČNEJ OSI MIKROFÓNU OBYČAJNE POLÁRNE SÚRADNICE, VŽDY PRIESTOROVÝ ÚTVAR ČINITEĽ SMEROVITOSTI: Q F = (U 0 ) 2 / (U D ) 2 Referenčný bod (príklad) Ξ Akustická os mikrofónu KDE: U 0 U D VÝST. NAPÄTIE, AK AKUST. VLNA DOPADÁ V SMERE OSI VÝST. NAPÄTIE PRI ROVNAKO VEĽKOM AK. TLAKU V DIFÚZNOM POLI ČINITEĽ VZDIALENOSTI: D = (Q F ) 1/2 PRAKTICKY: NÁSOBOK VZDIALENOSTI UMIESTENIA MIKROFÓNU PRI DODRŽANÍ POMERU PRIAMY / ODRAZENÝ ZVUK V POROVNANÍ S TLAKOVÝM MENIČOM D = 1 INDEX SMEROVITOSTI: I Q = 10. log(q F ) = 20. log (D) ČINITEĽ BLÍZKOSTI (PROXIMITY EFFECT) ZMENA FREKVENČNEJ CHARAKTERISTIKY V BLÍZKOM ZVUKOVOM POLI db Polomer dozvuku D = 2 D = cm 10 cm 1 m k 10 k 20 k INÉ DÔLEŽITÉ PARAMETRE (ZVLNENIE FREKVENČNEJ CHARAKTERISTIKY, CITLIVOSŤ NA VIETOR, POLARITA,...

7 GRADIENTNÉ MIKROFÓNY POHYB MEMBRÁNY JE RIADENÝ GRADIENTOM (DERIVÁCIOU ZMENY AKUSTICKÉHO TLAKU PODĽA SÚRADNICE), PODMIENKA Λ >> D GRADIENTNÝ MIKROFÓN NULTÉHO RÁDU BEZ DERIVÁCIE, RIADENÝ PRIAMO AKUSTICKÝM TLAKOM TLAKOVÝ, VŠESMEROVÝ MIKROFÓN (OMNIDIRECTIONAL) p POHYB MEMBRÁNY JE RIADENÝ ZMENOU TLAKU NEMAJÚ (TAKMER) ZMENU FREKVENČNEJ CHARAKTERISTIKY V ZÁVISLOSTI NA VZDIALENOSTI ANI NA SMERE ODOLNÉ PROTI MANIPULAČNÝM HLUKOM VHODNÝ NA REPORTÁŽNE POUŽITIE, DO TERÉNU k ROVNICA SMEROVEJ CHARAKTERISTIKY: k ČINITEĽ SMEROVITOSTI Q f = 1 ČINITEĽ VZDIALENOSTI D = 1 POMER CITLIVOSTI PRE UHOL 0 a 180 ; n 0 /n 180 = 1 GRADIENTNÝ MIKROFÓN 1. RÁDU 1. DERIVÁCIA AKUSTICKÉHO TLAKU = AKUSTICKÁ RÝCHLOSŤ RÝCHLOSTNÝ MIKROFÓN POHYB MEMBRÁNY JE RIADENÝ ROZDIELOM TLAKOV TYPICKÁ SMEROVÁ CHARAKTERISTIKA OSMIČKOVÁ (BI-DIRECTIONAL, FIGURE EIGHT) ROVNICA SMEROVEJ CHARAKTERISTIKY: k. cos Θ ČINITEĽ SMEROVITOSTI Q f = 3 ČINITEĽ VZDIALENOSTI D = 1,7 p p 1 2 POMER CITLIVOSTI PRE UHOL 0 a 180 ; n 0 /n 180 = 1 UHOL ZÁBERU PRE POKLES 3/6 db: 90 / 120 PREJAVUJE SA EFEKT BLÍZKOSTI

8 GRADIENTNÝ MIKROFÓN 2. RÁDU 2. DERIVÁCIA AKUSTICKÉHO TLAKU = AKUSTICKÉ ZRÝCHLENIE AKCELERAČNÝ MIKROFÓN TYPICKÁ SMEROVÁ CHARAKTERISTIKA PREDĹŽENÁ OSMIČKOVÁ (BI-DIRECTIONAL) ROVNICA SMEROVEJ CHARAKTERISTIKY: k. (cos Θ) 2 ČINITEĽ SMEROVITOSTI Q f = 5 ČINITEĽ VZDIALENOSTI D = 2,24 POMER CITLIVOSTI PRE UHOL 0 a 180 ; n 0 /n 180 = 1 UHOL ZÁBERU PRE POKLES 3/6 db: 66 / 90 PREJAVUJE SA EFEKT BLÍZKOSTI ZMENA CITLIVOSTI GRADIENTNÝCH MIKROFÓNOV SO VZDIALENOSŤOU DÔSLEDKY PRE PRAX DISKUSIA n 0 Citlivosť tlakovej jednotky Gradientný 2. rád Gradientný 1. rád L KOMBINOVANÉ MIKROFÓNY KARDIOIDNÁ CHARAKTERISTIKA CHARAKTERISTIKA S ROVNICOU k. (0,5 + 0,5 cos Θ) KOMBINÁCIA V AKUSTICKEJ OBLASTI ČIASTOČNÉ UZATVORENIE REZONÁTORA AKUSTICKÝM ODPOROM ČINITEĽ SMEROVITOSTI Q f = 3 ČINITEĽ VZDIALENOSTI Q d = 1,7 POMER CITLIVOSTI PRE UHOL 0 a 180 ; n 0 /n 180 = nekonečno UHOL ZÁBERU PRE POKLES 3/6 db: 130 / 180 p 1 Akustický odpor p 2 p 2

9 PREJAVUJE SA EFEKT BLÍZKOSTI (MENEJ) KOMBINÁCIA V ELEKTRICEJ OBLASTI SÚČET SIGNÁLOV TLAKOVÉHO A RÝCHLOSTNÉHO MENIČA 0,5 + 0,5 VEĽMI ČASTO POUŽÍVANÝ MIKROFÓN, SNÍMA ROVNOCENNE TLAKOVÚ AJ RÝCHLOSTNÚ ZLOŽKU AKUSTICKÉHO POĽA HYPERKARDIOIDNÁ CHARAKTERISTIKA CHARAKTERISTIKA S ROVNICOU k. (0,25 + 0,75 cos Θ) KOMBINÁCIA V AKUSTICKEJ OBLASTI ČIASTOČNÉ UZATVORENIE REZONÁTORA AKUSTICKÝM ODPOROM ČINITEĽ SMEROVITOSTI Q f = 4 ČINITEĽ VZDIALENOSTI Q d = 2 POMER CITLIVOSTI PRE UHOL 0 a 180 n 0 /n 180 = 2 UHOL ZÁBERU PRE POKLES 3/6 db: 100 / 140 PREJAVUJE SA VÝRAZNE EFEKT BLÍZKOSTI 0,25 + 0,75 SMEROVÝ MIKROFÓN (VIDEOMIKROFÓN) ROZDIEL SIGNÁLOV DVOCH KARDIOIDNÝCH JEDNOTIEK DĹŽKA VLNY MENŠIA AKO d VYSOKÁ SMEROVITOSŤ 2 x kardioida - JEDNODUCHÁ ZMENA KARDIOIDA - SMEROVÝ d

10 ČINITEĽ SMEROVITOSTI Q f = 7,5-8 ČINITEĽ VZDIALENOSTI Q d = 2,74 3, 8 POMER CITLIVOSTI PRE UHOL 0 a 180 ; n 0 /n 180 = 3,8 UHOL ZÁBERU PRE POKLES 3/6 db: 73 / 104 NAJČASTEJŠIE REALIZOVANÉ AKO ELEKTRETOVÉ JEDNOTKY VLNOVÉ MIKROFÓNY ROZMERY POROVNATEĽNÉ S DĹŽKOU VLNY AKUSTICKÁ ŠOŠOVKA PARABOLICKÉ ZRKADLO TLAKOVÝ MIKROFÓN V OHNISKU D SMEROVÁ CHARAKTERISTIKA PRE D = 1 m VYNIKAJÚCA CITLIVOSŤ A SMEROVÉ VLASTNOSTI, NEVÝHODNÉ ROZMERY LINKOVÝ MIKROFÓN AKUSTICKÝ ZVUKOVOD PRISPÔSOBENÝ NA AKUSTICKÚ IMPEDANCIU MENIČA - DĹŽKA cm Štrbina s premenlivým akustickým odporom VEĽMI DOBRÉ SMEROVÉ VLASTNOSTI, CITLIVOSŤ NIŽŠIA AKO PRI PARABOLE

11 BEZDRÔTOVÉ MIKROFÓNY VYSIELAČ A PRIJÍMAČ V PÁSME MHz, FM DOSAH m NUTNOSŤ NASTAVIŤ OPTIMÁLNU ÚROVEŇ SIGNÁLU (POMER SIGNÁL/ŠUM, PREMODULOVANIE VYSIELAČA) TYPICKY BEZ INDIKÁCIE MODULAČNEJ ÚROVNE BEZ MOŽNOSTI KOREKCIE ÚROVNE SIGNÁLU POČAS POUŽITIA ČIASTOČNÉ RIEŠENIE S POUŽITÍM KOMPANDORA (KOMPRESOR/EXPANDÉR) DIVERZITNÝ PRÍJEM: DVA SAMOSTATNÉ PRIJÍMAČE VRÁTANE ANTÉN, OBVOD VYHODNOTENIA SIGNÁLU S LEPŠÍM POMEROM S/Š

12 Digitálny mikrofón Menič, ktorého akusticko-elektrický prevod obsahuje natívne kvantizáciu - prvý mikrofón na svete digitálny Reissov mikrofón (kvantizácia 1 bit) Skupina meničov, z ktorých každý realizuje jeden kvantizačný krok - napr. optické mikrofóny membrána vychyľuje svetelný tok na senzory,... Mikrofón s konvenčným meničom doplnený A/D prevodníkom - reálne pre audio účely v súčasnosti len tento princíp Otázka celkovej koncepcie menič (predzosilnovač) A/D prevodník Vstupný šum meniča a prevodníka medzi -120 dbv dbv Mikrofóny s viac prevodníkmi pre malé a veľké úrovne signálu, aut. prepínateľné Veľký dynamický rozsah mikrofónu netreba (takmer) nastavovať úroveň signálu s mikrofónu (plug&play) Výrobne náročné vysoká cena Euro Hľadisko kvality neplatí pre digitálne USB mikrofóny!!! Bloková schéma Hlavné časti mikrofónu Pripojenie rozhraním AES 42/AES3 NEUMANN TLM 103D: Interný 28 bitový prevodník, dynamika 133 db/a (dva ADC a nelineárna analógová sieť, nastavovanie citlivosti 64 krokov po 1 db, 24 bitová hĺbka, 44,1 khz...96 khz (384 khz v budúcnosti), zmena smerovej charakteristiky, limiter,hp filter. Digital Microphone Interface DMI-2: konverzia AES42 na AES/EBU, pripojenie riadenia cez USB, kaskádovanie DMI, adresovateĺné nastavovanie jednotlivých mikrofónov (pre-attenuation/amplification, citlivosť, smerová charakteristika, :On Air signál,...) Napájanie: DPP (Digital Phantom Power) 10 V/300 ma Riadiace dáta: impulzy 2V +/- 0,2V superponované na napájanie, prenosová rýchlosť 750 b/s pri vzorkovaní 48 khz (1:64) Formát prenášaných dát zhodný so štandardom AES/EBU 3

13 Synchronizačné módy: MODE 1: Selfclocking, mikrofón riadený vlastným zdrojom taktu, retiming v prijímači MODE 2: Synchronizácia vynútená z prijímača cez riadiace impulzy Prenos v opačnom smere nie je priamo špecifikovaný v AES 42, ale využíva User bit, bit 29 v subrámci AES 3 na prenos stavu mikrofónu Kábel STP 110 ohm, v núdzi a na krátku vzdialenosť aj štandardný mikrofónový kábel. Možnosť prenosu po dátovej sieti, napr. cez WIFI OSTATNÉ TYPY ELEKTROAKUSTICKÝCH SNÍMAČOV GITAROVÝ ELEKTROMAGNETICKÝ SNÍMAČ JEDNOCIEVKOVÉ SNÍMAČE PERMANENTNÝ MAGNET PEVNÉ A REGULOVATEĽNÉ PÓLOVÉ NÁSTAVCE - CIEVKA VYSOKÁ INDUKČNOSŤ VSTUP VYSOKÁ IMPEDANCIA, NÍZKA KAPACITA, VÝSTUPNÝ SIGNÁL 30 mv 100 mv CITLIVOSŤ NA EXTERNÉ STRIEDAVÉ POLIA KOMPENZAČNÁ CIEVKA, DVOJCIEVKOVÝ SNÍMAČ VIACCIEVKOVÉ SNÍMAČE DVOJCIEVKOVÝ SNÍMAČ (HUMBUCKER) POTLAČENIE CITLIVOSTI NA EXTERNÉ POLIA PLASTICKÝ SNÍMAČ Struna Pólové nástavce PIEZO KONTAKTNÝ BEZMEMBRÁNOVÝ MIKROFÓN ČASTO VSTAVANÉ KOREKCIE NA IMPEDANCII VIAC AKO 100 KΩ PREDZOSILŇOVAČ Permanentný magnet PRIPOJENIE SNÍMAČA PRIAMO DO MIXÁŽNEHO PULTU ÁNO, ALE DIRECT INPUT (DI) BOX PRISPÔSOBOVACÍ ČLÁNOK MEDZI SNÍMAČMI A LINKOVÝM VSTUPOM MIX. PULTU (IMPEDANCIA, FREKVENČNÉ CHARAKTERISTIKY, ÚROVEŇ)