Elektroakustika i audiotehnika. ak.god. 2016/ MIKROFONI

Transcript

1 Elektroakustika i audiotehnika ak.god. 2016/ MIKROFONI

2 Reference i izvori slika 1. DPA Microphones: Microphone University The Essentials Essentials.aspx 2. Glen Ballou (ed.) Electroacosutic Devices: Microphones and Loudspeakers, Elsevier, Neumann: Sound Engineering Contest 1998 i en 4. University of Salford Microphones hones/?content=index 5. Sound on Sound atterns.htm 2

3 Mikrofoni općenito mikrofon je elektroakustički pretvarač koji pretvara zvučni tlak na mjestu svoje membrane u električni signal na svojim izlaznim stezaljkama u tom smislu je načelno sličan osnovnoj funkciji ljudskog uha potrebno je definirati bitne karakteristike mikrofona koje ga opisuju odabir optimalnog mikrofona vrlo je važan za kvalitetu snimke u procesu audio produkcije preuzeto sa 3

4 Osjetljivost mikrofona osjetljivost mikrofona je bitan tehnički parametar mikrofona koji pokazuje koliki će biti napon na izlaznim stezaljkama mikrofona uz određeni referentni zvučni tlak signala na njegovoj membrani (obično se gleda zvučni tlak na frekvenciji 1 khz) tipična jedinica osjetljivosti je mv/pa ako se mikrofon nalazi u zvučnom polju tlaka 1 Pa (= 94 db) i ako se na izlaznim električkim stezaljkama mjeri napon od 0,05 V = 50 mv, onda je osjetljivost tog mikrofona 50 mv/pa osjetljivost se može izraziti i u logaritamskom obliku, u odnosu na referentnu vrijednost osjetljivosti 1 V/Pa! 4

5 Osjetljivost mikrofona načelno se može reći da veća vrijednost parametra osjetljivosti ujedno znači bolju prikladnost mikrofona za tiše zvukove, odnosno izlazni signal će biti veći u odnosu na šum mikrofona osjetljivosti tipičnih mikrofona za audio produkciju Microphone (Cardiod) Test SPL Output U db -30 dbu c414 XLS 94 db -31 dbu U db -32 dbu U 87ai 94 db -29 dbu U 87 (original) 94 db -40 dbu Shure SM58 94 db -52 dbu AKG c12 94 db -38 dbu FAR 12 SE 94 db -38 dbu ELA m db -36 dbu Royer R db -48 dbu TLM db dbu Osjetljvost (mv/pa) 24,5 21,8 19,5 27,5 7,8 1,9 9,8 9,8 12,3 3,1 23,1 5

6 Frekvencijski odziv mikrofona to je ovisnost osjetljivosti mikrofona o frekvenciji zvuka kojemu je izložen pri mjerenju osjetljivosti mikrofona, primjenjuje se signal promjenjive frekvencije, ali konstantnog zvučnog tlaka, a mjeri se izlazni napon na mikrofonu za svaku frekvenciju frekvencijski odziv mikrofona daje se grafički: Neumann U87 6

7 Usmjerenost mikrofona usmjerna karakteristika prikazuje osjetljivost mikrofona ovisno o kutu pod kojim dolazi zvuk usmjerenost se prikazuje ili za 2D prostor, uz pretpostavku osne simetričnosti mikrofona, ili za 3D prostor grafički prikaz usmjerenosti mikrofona Shure SM58: 7

8 Podjela mikrofona A. prema građi tlačni mikrofoni gradijentni mikrofoni B. prema usmjerenosti usmjerenost se dijeli na nekoliko tipičnih kategorija: neusmjereni mikrofoni, dvosmjerni mikrofoni, kardioidni mikrofoni + varijacije ove kategorije su bitne zbog različitih međupoložaja i usmjerenosti glazbenika, njihovih glazbala, pjevača, prostora i publike C. prema načinu rada određena načinom na koji se zvučni tlak na membrani pretvara u električni signal na izlaznim stezaljkama mikrofona tipični predstavnici su ugljeni, kristalni, dinamički, kondenzatorski, elektretski, PZM i MEMS mikrofoni 8

9 A1 - Građa mikrofona Dva tipa mikrofona: Tlačni = reagira na tlak s prednje strane membrane zvučni valovi dolaze do membrane samo s jedne strane Gradijentni reagira na razliku tlaka s prednje i stražnje strane membrane zvučni valovi dolaze do membrane s obje strane 9

10 A2 - Efekt blizine efekt blizine kod gradijentnih mikrofona dolazi do izdizanja niskih frekvencija kad je mikrofon blizu izvora zvuka izvor [2] proizvođači obično daju podatak o udaljenosti za koju je optimiziran mikrofon 10

11 B1 - Neusmjereni mikrofon drugi nazivi: omnidirekcionalni, svesmjerni razina električnog signala na izlazu ne ovisi o smjeru dolaska zvuka frekvencijska karakteristika jednaka za sve smjerove mjerni mikrofoni, mikrofoni za snimanja orkestara i zborova A 1 izvor [2] 11

12 B1 - Neusmjereni mikrofon neusmjerenost je zadovoljena do frekvencija na kojima je promjer membrane manji od 1/10 valne duljine zvuka: D 10 v 10D gdje je D promjer membrane, v brzina zvuka, a f frekvencija f Npr. za D=1/2, neusmjerenost je zadovoljena do f = 2712 Hz ovakve mikrofone još zovemo tlačni mikrofoni budući da su osjetljivi na zvučni tlak samo s jedne strane membrane, a druga je (gotovo) zatvorena prema vanjskom svijetu te je okrenuta prema kućištu mikrofona 12

13 B1 - Neusmjereni mikrofon utjecaj frekvencije zvuka na usmjernu karakteristiku mikrofona 13

14 B2 - Dvosmjerni mikrofon drugi naziv: mikrofon s osmičastom karakteristikom osjetljivost u oba smjera je jednaka, ali su signali protufazni A cos izvor [2] 14

15 B2 - Dvosmjerni mikrofon mikrofoni s ovakvom usmjernom karakteristikom se još zovu gradijentni mikrofoni budući da reagiraju na razliku (gradijent) tlaka između prednje i stražnje strane membrane 15 izvor [5]

16 B3 - Kardioidni mikrofon usmjerna karakteristika je srcolika minimum osjetljivosti je u stražnjem smjeru mikrofona izvrsno potiskivanje smetnji sa stražnje strane izvor [2] 16

17 B3 - Kardioidni mikrofon frekvencijska karakteristika ovisna o smjeru dolaska zvuka 17

18 B3 - Kardioidni mikrofon kardioidna usmjerna karakteristika (zeleno) može se dobiti kombinacijom (zbrojem) usmjernih karakteristika neusmjerenog (plavo) i dvosmjernog mikrofona (crveno) 1 cos A izvor [5] iako se ovakve usmjerne karakteristike stvarno mogu dobiti zbrojem signala iz navedena 2 različita mikrofona, u praksi se koristi samo jedan mikrofon s internim labirintima za prolaz zvuka 18

19 B3 - Kardioidni mikrofon usmjerenost se dobiva otvaranjem dodatnih otvora za dolazak zvuka na membranu mikrofona akustičko prigušenje kod dolaska pod 0 zvuk s prednje strane je dominantan i dolazi prije, a sa stražnje strane je prigušen i kasni kod dolaska pod 180 zvuk sa stražnje strane je prigušen i jednak po razini onom s prednje strane, pa dolazi do poništavanja 19

20 B4 - Varijacije kardioidnih mikrofona pomicanjem točaka alternativnog ulaska zvuka na membranu dolazi do modifikacije osnovne srcolike karakteristike dobiva se bolja usmjerenost prema naprijed, ali se to plaća stražnjom laticom 20

21 Značenje usmjerne karakteristike Mikrofon veće usmjerenosti omogućava veću udaljenost od izvora zvuka. Kod snimanja to znači da se utjecaj okoline čuje u snimci tek kod većih udaljenosti mikrofona i izvora zvuka. Kod ozvučavanja to znači da će korištenjem usmjerenog mikrofona do pojave oscilacija doći na većim udaljenostima nego za neusmjereni mikrofon. izvor [1] 21

22 Značenje usmjerne karakteristike 22

23 Značenje usmjerne karakteristike Coverage angle (kut pokrivanja) kut između dvije -3 db točke na svakoj strani glavne osi Angle of maximum rejection (kut najvećeg potiskivanja) nul-točke usmjerne karakteristike mikrofon prima najmanje zvuka iz ovih smjerova Rear rejection (potiskivanje prema natrag) izražava se u odnosu na smjer prema naprijed Ambient sound sensitivity (osjetljivost na pozadinsku buku) izražava se u odnosu na neusmjereni mikrofon (najgori slučaj) usmjereni mikrofoni primaju manje pozadinske buke od neusmjerenih što usmjereniji mikrofon, to bolje Distance factor (faktor udaljenosti) izražava se u odnosu na neusmjereni mikrofon (najgori slučaj) označava na koliko se puta veću udaljenost može postaviti usmjereni mikrofon u odnosu na neusmjereni za isti rezultat (kriterij je potiskivanje pozadinske buke, odnosno pojava akustičke povratne veze) 23

24 Značenje usmjerne karakteristike A 1 Bcos B 1, subkardioida 1, kardioida 1,66, superkardioida 3, hiperkardioida preuzeto s 24

25 C1 - Ugljeni mikrofon na metalnu membranu mikrofona pričvršćen je mjedeni disk koji se nalazi u posudi s ugljenim zrncima ovisno o razini zvuka membrana i mjedeni disk se pomiču i tako povećavaju ili smanjuju broj ugljenih zrnaca koje dotiču, a to mijenja otpor u strujnom krugu 25 izvor [2]

26 C1 - Ugljeni mikrofon 26

27 C2 - Kristalni ili keramički mikrofon koristi se piezoelektrični efekt pod djelovanjem sile u jednoj osi, dolazi do generiranja naboja u drugoj osi keramičkog elementa djelovanjem zvučnog tlaka tanka pločica kristala ili polarizirane keramike se savija i na krajevima se javlja el. naboj vrlo robusni mikrofoni, neosjetljivi na vlagu, relativno visoki vlastiti šum izvor [2] 27

28 C3 - Dinamički mikrofon Membrana je vezana na zavojnicu koja titra u magnetskom polju konstantnog magneta Zbog mase zavojnice i na nju vezane membrane, ne mogu biti linearni u cijelom prijenosnom području; ipak, često se koriste za snimanje Vrlo robusni, mala osjetljivost, loš tranzijentni odziv Varijacija ovog dizajna su tzv. ribbon mikrofoni tanka vrpca koja titra u magnetskom polju stalnog magneta zbog manje mase membrane često mogu uhvatiti više detalja u zvuku U B l v U = napon, B magnetsko polje, L duljina zavojnice, v brzina titranja membrane izvor [2] 28

29 C3 - Dinamički mikrofon prvi dinamički mikrofoni su imali aluminijsku membranu, pa je zbog njezine težine i krutosti bio ograničen frekvencijski opseg današnji mikrofoni koriste Mylar za membranu čime se dobivaju izvrsne karakteristike i na visokim frekvencijama 29 izvor [2]

30 C4 - Kondenzatorski mikrofon Membrana zajedno s fiksnom baznom pločom čini kondenzator kojemu se kapacitet mijenja linearno s razmakom ploča Zvučni valovi dovode do titranja membrane - u istom ritmu mijenja se razmak između ploča, a time i kapacitet kondenzatora te napon na izlazu C U E C U napon audiosignala, E polarizacijski napon, ΔC promjena kapaciteta, C u kapacitet mikrofona Potrebno im je napajanje za ostvarivanje polarizacije ploča kondenzatora (fantomsko napajanje) Lagana membrana osigurava širok i linearan frekvencijski odziv i visoku osjetljivost Vrlo osjetljivi na mehanička oštećenja u 30

31 C4 - Kondenzatorski mikrofon za rad kondenzatorskog mikrofona potreban je polarizacijski napon ovo se rješava tzv. fantomskim napajanjem budući da je mikrofon kondenzator, kapacitet priključnih kabela dovodi do dijeljenja napona i do smanjenja osjetljivosti zbog toga se redovito u istom kućištu uz membranu nalazi odmah i pretpojačalo koje obavlja prilagođenje kapacitivnog izvora na mikrofonske vodove 32

32 C5 - Elektretski mikrofon princip rada jednak kao kod kondenzatorskog mikrofona, ali umjesto polarizacijskog napona koristi predpolarizirani dielektrik kao i kod kondenzatorskog mikrofona, kapacitet priključnih kabela dovodi do dijeljenja napona i do smanjenja osjetljivosti zbog toga se redovito u istom kućištu uz membranu nalazi odmah i pretpojačalo koje se sada može napajati internom baterijom 33

33 C6 - PZM mikrofon PZM (Pressure Zone Microphone) - mikrofon koristi refleksiju zvuka od tvrde plohe prilikom refleksije od tvrde plohe, u relativno uskom pojasu ispred plohe dolazi do zbrajanja upadne i reflektirane zrake što daje povećanje zvučnog tlaka od 6 db to povećava osjetljivost mikrofona također za 6 db što je ploha refleksije veća to je niža frekvencija na kojoj dolazi do ove pojave usmjerna karakteristika je polukugla 34

34 C7 MEMS mikrofoni MEMS (eng. MicroElectrical-Mechanical System) mikrofoni je mikrofon izrađen izravno na čipu membrana osjetljiva na tlak izravno je pričvršćena na silikonski čip i uz njega se obično ugrađuje i integrirano pojačalo, ali i AD pretvarač 35

35 Tipične osjetljivosti mikrofona u tablici su prikazane osjetljivosti mikrofona u ovisnosti o tipu mikrofona (s obzirom na princip elektromehaničke pretvorbe): Tip mikrofona Područje osjetljivosti db re 1 V/Pa ugljeni -20 do 0 kondenzatorski -55 do -25 dinamički -60 do -50 piezoelektrički -40 do

36 Još o mikrofonima sažetak načina rada mikrofona OVDJE slušni test naučenog, izvor [3]: 1998 A7, D2, D4, D A10, A11, A12, C10, E2, E6, E12, E13 37