Микрофон , в просторечии называемый mic ( / m aɪ k / ), [1] или mike , [a] — это преобразователь , который преобразует звук в электрический сигнал . Микрофоны используются во многих приложениях, таких как телефоны , слуховые аппараты , системы оповещения для концертных залов и общественных мероприятий, производство фильмов , живая и записанная аудиотехника , звукозапись , двусторонняя радиосвязь , мегафоны , а также радио- и телевещание . Они также используются в компьютерах и других электронных устройствах, таких как мобильные телефоны , для записи звуков, распознавания речи , VoIP и других целей, таких как ультразвуковые датчики или датчики удара .
Сегодня используются несколько типов микрофонов, которые используют различные методы для преобразования изменений давления воздуха звуковой волны в электрический сигнал. Наиболее распространенными являются динамический микрофон , который использует катушку провода, подвешенную в магнитном поле; конденсаторный микрофон , который использует вибрирующую диафрагму в качестве пластины конденсатора ; и контактный микрофон , который использует кристалл пьезоэлектрического материала. Микрофоны обычно необходимо подключать к предусилителю, прежде чем сигнал может быть записан или воспроизведен .
Для того чтобы говорить с большими группами людей, возникла необходимость в увеличении громкости человеческого голоса. Самыми ранними устройствами, которые использовались для этого, были акустические мегафоны. Некоторые из первых примеров, из Греции пятого века до нашей эры, были театральные маски с рогообразными отверстиями для рта, которые акустически усиливали голос актеров в амфитеатрах . [4] В 1665 году английский физик Роберт Гук был первым, кто экспериментировал с иной средой, чем воздух, изобретя « телефон для влюбленных », сделанный из натянутой проволоки с чашкой, прикрепленной на каждом конце. [5]
В 1856 году итальянский изобретатель Антонио Меуччи разработал динамический микрофон, основанный на генерации электрического тока путем перемещения катушки провода на различные глубины в магнитном поле. Этот метод модуляции также был наиболее устойчивым методом для технологии телефона. Говоря о своем устройстве, Меуччи писал в 1857 году: «Оно состоит из вибрирующей диафрагмы и электрифицированного магнита со спиральной проволокой, которая обвивает его. Вибрирующая диафрагма изменяет ток магнита. Эти изменения тока, передаваемые на другой конец провода, создают аналогичные колебания приемной диафрагмы и воспроизводят слово». [6]
В 1861 году немецкий изобретатель Иоганн Филипп Рейс построил ранний звуковой передатчик (« телефон Рейса »), который использовал металлическую полоску, прикрепленную к вибрирующей мембране, которая производила прерывистый ток. Лучшие результаты были достигнуты в 1876 году с конструкцией «жидкого передатчика» в ранних телефонах Александра Грэхема Белла и Элиши Грея — мембрана была прикреплена к проводящему стержню в кислотном растворе. [7] Однако эти системы давали очень плохое качество звука.
Первым микрофоном, который позволил вести полноценную голосовую телефонию, был угольный микрофон (со свободным контактом) . Он был независимо разработан Дэвидом Эдвардом Хьюзом в Англии и Эмилем Берлинером и Томасом Эдисоном в США. Хотя Эдисон получил первый патент в середине 1877 года (после длительного юридического спора), Хьюз продемонстрировал свое работающее устройство перед многими свидетелями несколькими годами ранее, и большинство историков приписывают ему его изобретение. [8] [9] [10] [11] Микрофон Берлинера нашел коммерческий успех благодаря использованию Александром Грэхемом Беллом для своего телефона, и Берлинер стал работать на Белла. [12] Угольный микрофон сыграл решающую роль в развитии телефонии, вещания и звукозаписывающей промышленности. [13] Томас Эдисон усовершенствовал угольный микрофон в своем передатчике с угольной кнопкой в 1886 году. [10] [14] Этот микрофон использовался в первой радиопередаче в истории, выступлении в нью-йоркском Метрополитен-опера в 1910 году. [15]
В 1916 году EC Wente из Western Electric совершил следующий прорыв, создав первый конденсаторный микрофон. [16] В 1923 году был создан первый практический микрофон с подвижной катушкой. Магнитофон Маркони-Сайкса, разработанный капитаном Х. Дж. Раундом , стал стандартом для студий BBC в Лондоне. [17] [18] Он был усовершенствован в 1930 году Аланом Блюмлейном и Гербертом Холманом, выпустившими HB1A, и ставший лучшим стандартом того времени. [14]
Также в 1923 году был представлен ленточный микрофон , еще один электромагнитный тип, который, как полагают, был разработан Гарри Ф. Олсоном , который применил концепцию, используемую в ленточном динамике, для создания микрофона. [19] На протяжении многих лет эти микрофоны разрабатывались несколькими компаниями, наиболее известной из которых была RCA, которая добилась больших успехов в управлении диаграммой направленности, чтобы придать микрофону направленность. С расцветом телевизионных и кинотехнологий появился спрос на высококачественные микрофоны и большую направленность. Electro-Voice ответили своим удостоенным премии «Оскар» микрофоном-пушкой в 1963 году. [20]
Во второй половине 20-го века развитие пошло быстрыми темпами, и Shure Brothers выпустили модели SM58 и SM57 . [21]
Микрофоны классифицируются по принципу действия преобразователя (конденсаторные, динамические и т. д.) и по направленным характеристикам (всенаправленные, кардиоидные и т. д.). Иногда для описания микрофона используются и другие характеристики, такие как размер диафрагмы, предполагаемое использование или ориентация основного звукового входа по отношению к главной оси (конечный или боковой адрес) микрофона.
Конденсаторный микрофон , изобретенный в Western Electric в 1916 году EC Wente, [22] также называется конденсаторным микрофоном или электростатическим микрофоном — конденсаторы исторически назывались конденсаторами. Диафрагма действует как одна пластина конденсатора, и аудиовибрации производят изменения расстояния между пластинами. Поскольку емкость пластин обратно пропорциональна расстоянию между ними, вибрации производят изменения емкости. Эти изменения емкости используются для измерения аудиосигнала . [ 23] Сборка неподвижных и подвижных пластин называется элементом или капсулой .
Конденсаторные микрофоны охватывают диапазон от телефонных мундштуков до недорогих микрофонов для караоке и микрофонов для высококачественной записи. Они, как правило, производят высококачественный аудиосигнал и в настоящее время являются популярным выбором в лабораторных и звукозаписывающих студиях . Присущая этой технологии пригодность обусловлена очень малой массой, которая должна быть перемещена падающей звуковой волной по сравнению с другими типами микрофонов, которым требуется, чтобы звуковая волна выполняла большую работу.
Конденсаторные микрофоны требуют источника питания, подаваемого либо через микрофонные входы на оборудовании в качестве фантомного питания , либо от небольшой батареи. Питание необходимо для установления напряжения пластины конденсатора, а также для питания электроники микрофона. Конденсаторные микрофоны также доступны с двумя диафрагмами, которые могут быть электрически соединены для обеспечения ряда полярных диаграмм, таких как кардиоидная, всенаправленная и восьмерка. Также возможно непрерывно изменять диаграмму с некоторыми микрофонами, например, Røde NT2000 или CAD M179.
В зависимости от метода извлечения аудиосигнала из преобразователя существуют две основные категории конденсаторных микрофонов: микрофоны с постоянным смещением и радиочастотные (РЧ) или высокочастотные (ВЧ) конденсаторные микрофоны.
В конденсаторном микрофоне с постоянным смещением пластины смещены с фиксированным зарядом ( Q ). Напряжение, поддерживаемое на пластинах конденсатора, изменяется в зависимости от колебаний в воздухе в соответствии с уравнением емкости (C = Q ⁄ V ), где Q = заряд в кулонах , C = емкость в фарадах и V = разность потенциалов в вольтах . На конденсаторе поддерживается почти постоянный заряд. При изменении емкости заряд на конденсаторе меняется очень незначительно, но на слышимых частотах он остается достаточно постоянным. Емкость капсулы (примерно от 5 до 100 пФ ) и значение резистора смещения (от 100 МОм до десятков ГОм) образуют фильтр, который является фильтром верхних частот для аудиосигнала и фильтром нижних частот для напряжения смещения. Обратите внимание, что постоянная времени RC-цепи равна произведению сопротивления и емкости.
В течение времени изменения емкости (до 50 мс при аудиосигнале 20 Гц) заряд практически постоянен, а напряжение на конденсаторе изменяется мгновенно, отражая изменение емкости. Напряжение на конденсаторе изменяется выше и ниже напряжения смещения. Разность напряжений между смещением и конденсатором видна на последовательном резисторе. Напряжение на резисторе усиливается для исполнения или записи. В большинстве случаев электроника в самом микрофоне не вносит никакого усиления напряжения, поскольку разность напряжений довольно значительна, до нескольких вольт для высоких уровней звука.
Конденсаторные микрофоны RF используют сравнительно низкое напряжение RF, генерируемое малошумящим генератором. Сигнал от генератора может быть либо амплитудно-модулированным за счет изменений емкости, производимых звуковыми волнами, перемещающими диафрагму капсулы, либо капсула может быть частью резонансного контура , который модулирует частоту сигнала генератора. Демодуляция дает малошумящий сигнал звуковой частоты с очень низким импедансом источника. Отсутствие высокого напряжения смещения позволяет использовать диафрагму с более слабым натяжением, что может использоваться для достижения более широкой частотной характеристики из-за более высокой податливости. Процесс смещения RF приводит к получению капсулы с более низким электрическим импедансом, полезным побочным продуктом которого является то, что конденсаторные микрофоны RF могут работать во влажных погодных условиях, которые могут создавать проблемы в микрофонах со смещением постоянного тока с загрязненными изолирующими поверхностями. Серия микрофонов Sennheiser MKH использует технику смещения RF. Скрытое, дистанционно заряжаемое устройство, работающее на том же физическом принципе, под названием «Нечто» было изобретено советским изобретателем Львом Терменом и использовалось для прослушивания резиденции посла США в Москве в период с 1945 по 1952 год.
Электретный микрофон — это тип конденсаторного микрофона, изобретенный Герхардом Сесслером и Джимом Уэстом в лабораториях Белла в 1962 году. [24] Внешний приложенный заряд, используемый для обычного конденсаторного микрофона, заменяется постоянным зарядом в электретном материале. Электрет — это сегнетоэлектрический материал, который был постоянно электрически заряжен или поляризован . Название происходит от слов электростатический и магнит ; статический заряд внедряется в электрет путем выравнивания статических зарядов в материале, во многом так же, как постоянный магнит создается путем выравнивания магнитных доменов в куске железа.
Благодаря хорошим характеристикам и простоте изготовления, а следовательно, и низкой стоимости, подавляющее большинство микрофонов, производимых сегодня, являются электретными микрофонами; производитель полупроводников оценивает годовой объем производства более чем в один миллиард единиц. [25] Они используются во многих приложениях, от высококачественной записи и использования петличных микрофонов до встроенных микрофонов в небольших звукозаписывающих устройствах и телефонах. До распространения микрофонов MEMS почти все микрофоны сотовых телефонов, компьютеров, КПК и гарнитур были электретными. [ необходима цитата ]
В отличие от других конденсаторных микрофонов, они не требуют поляризационного напряжения, но часто содержат встроенный предусилитель , которому требуется питание. Этот предусилитель часто имеет фантомное питание в звукоусилении и студийных приложениях. Монофонические микрофоны, разработанные для персональных компьютеров (ПК), иногда называемые мультимедийными микрофонами, используют штекер 3,5 мм, как обычно используется для стереоподключений; кольцо, вместо того, чтобы нести сигнал для второго канала, несет питание.
Ламповый микрофон — это конденсаторный микрофон, который использует ламповый усилитель. [26] Они остаются популярными среди любителей лампового звука .
Динамический микрофон (также известный как микрофон с подвижной катушкой ) работает посредством электромагнитной индукции . Они прочные, относительно недорогие и устойчивы к влаге. Это, в сочетании с их потенциально высоким коэффициентом усиления до возникновения обратной связи , делает их популярными для использования на сцене.
Динамические микрофоны используют тот же динамический принцип, что и в громкоговорителе , только наоборот. Небольшая подвижная индукционная катушка , расположенная в магнитном поле постоянного магнита, прикреплена к диафрагме. Когда звук проникает через ветрозащиту микрофона, звуковая волна перемещает диафрагму, которая перемещает катушку в магнитном поле, создавая переменное напряжение на катушке посредством электромагнитной индукции.
Ленточные микрофоны используют тонкую, обычно гофрированную металлическую ленту, подвешенную в магнитном поле. Лента электрически соединена с выходом микрофона, и ее вибрация в магнитном поле генерирует электрический сигнал. Ленточные микрофоны похожи на микрофоны с подвижной катушкой в том смысле, что оба производят звук с помощью магнитной индукции. Базовые ленточные микрофоны обнаруживают звук в двунаправленной (также называемой восьмеркой, как на схеме ниже) схеме, поскольку лента открыта с обеих сторон. Кроме того, поскольку лента имеет гораздо меньшую массу, она реагирует на скорость воздуха, а не на звуковое давление . Хотя симметричный передний и задний звукосниматель может быть помехой при обычной стереозаписи, высокочастотное отклонение можно использовать с пользой, расположив ленточный микрофон горизонтально, например, над тарелками, так что задний лепесток улавливает звук только с тарелок. Перекрещенная восьмерка, или пара Блюмлейна , стереозапись набирает популярность, и восьмерка ленточного микрофона идеально подходит для этого применения.
Другие направленные диаграммы создаются путем помещения одной стороны ленты в акустическую ловушку или перегородку, что позволяет звуку достигать только одной стороны. Классический микрофон RCA Type 77-DX имеет несколько внешне регулируемых положений внутренней перегородки, что позволяет выбирать несколько диаграмм отклика от «восьмерки» до «однонаправленной». Такие старые ленточные микрофоны, некоторые из которых все еще обеспечивают высококачественное воспроизведение звука, когда-то ценились по этой причине, но хороший низкочастотный отклик можно было получить только тогда, когда лента была подвешена очень свободно, что делало их относительно хрупкими. В настоящее время внедрены современные ленточные материалы, включая новые наноматериалы [27] , которые устраняют эти проблемы и даже улучшают эффективный динамический диапазон ленточных микрофонов на низких частотах. Защитные ветровые экраны могут снизить опасность повреждения старинной ленты, а также уменьшить взрывные артефакты в записи. Правильно спроектированные ветровые экраны создают незначительное затухание высоких частот. Как и другие классы динамических микрофонов, ленточные микрофоны не требуют фантомного питания; на самом деле, это напряжение может повредить некоторые старые ленточные микрофоны. Некоторые новые современные конструкции ленточных микрофонов включают предусилитель и, следовательно, требуют фантомного питания, а схемы современных пассивных ленточных микрофонов (т. е. без вышеупомянутого предусилителя) специально разработаны для защиты ленты и трансформатора от повреждения фантомным питанием. Также доступны новые ленточные материалы, которые невосприимчивы к порывам ветра и фантомному питанию.
Угольный микрофон был самым ранним типом микрофона. Угольный микрофон-кнопка (или иногда просто микрофон-кнопка) использует капсулу или кнопку, содержащую угольные гранулы, зажатые между двумя металлическими пластинами, как микрофоны Берлинера и Эдисона. Напряжение подается на металлические пластины, заставляя небольшой ток течь через углерод. Одна из пластин, диафрагма, вибрирует в соответствии с падающими звуковыми волнами, оказывая различное давление на углерод. Изменяющееся давление деформирует гранулы, заставляя площадь контакта между каждой парой соседних гранул изменяться, и это вызывает изменение электрического сопротивления массы гранул. Изменения сопротивления вызывают соответствующее изменение тока, протекающего через микрофон, создавая электрический сигнал. Угольные микрофоны когда-то широко использовались в телефонах; они имеют крайне низкое качество воспроизведения звука и очень ограниченный диапазон частотной характеристики, но являются очень надежными устройствами. Микрофон Буде, в котором использовались относительно большие угольные шарики, был похож на микрофоны-кнопки из гранулированного углерода. [28]
В отличие от других типов микрофонов, угольный микрофон также может использоваться как тип усилителя, используя небольшое количество звуковой энергии для управления большим количеством электрической энергии. Угольные микрофоны нашли применение в качестве ранних телефонных ретрансляторов , сделав возможными междугородние телефонные звонки в эпоху до появления электронных ламп. Называемые реле Брауна, [29] эти ретрансляторы работали путем механического соединения магнитного телефонного приемника с угольным микрофоном: слабый сигнал с приемника передавался на микрофон, где он модулировал более сильный электрический ток, производя более сильный электрический сигнал для отправки по линии.
Кристаллический микрофон или пьезоэлектрический микрофон [30] использует явление пьезоэлектричества — способность некоторых материалов производить напряжение при воздействии давления — для преобразования колебаний в электрический сигнал. Примером этого является тартрат калия-натрия , который является пьезоэлектрическим кристаллом, который работает как преобразователь, как микрофон, так и как тонкий компонент громкоговорителя. Кристаллические микрофоны когда-то обычно поставлялись с ламповым (ламповым) оборудованием, таким как бытовые магнитофоны. Их высокое выходное сопротивление хорошо соответствовало высокому входному сопротивлению (обычно около 10 МОм) входного каскада вакуумной лампы. Их было трудно согласовать с ранним транзисторным оборудованием, и на некоторое время они были быстро вытеснены динамическими микрофонами, а позже небольшими электретными конденсаторными устройствами. Высокое сопротивление кристаллического микрофона делало его очень восприимчивым к шуму обработки, как от самого микрофона, так и от соединительного кабеля.
Пьезоэлектрические преобразователи часто используются в качестве контактных микрофонов для усиления звука акустических музыкальных инструментов, для восприятия ударов барабана, для запуска электронных сэмплов и для записи звука в сложных условиях, например, под водой под высоким давлением. Звукосниматели, устанавливаемые на седле акустических гитар, обычно представляют собой пьезоэлектрические устройства, которые контактируют со струнами, проходящими над седлом. Этот тип микрофона отличается от звукоснимателей с магнитной катушкой, которые обычно можно увидеть на типичных электрогитарах , которые используют магнитную индукцию, а не механическую связь, для улавливания вибрации.
Волоконно -оптический микрофон преобразует акустические волны в электрические сигналы, определяя изменения интенсивности света, а не определяя изменения емкости или магнитных полей, как обычные микрофоны. [31] [32]
Во время работы свет от лазерного источника проходит через оптическое волокно, чтобы осветить поверхность отражающей диафрагмы. Звуковые колебания диафрагмы модулируют интенсивность света, отражающегося от диафрагмы в определенном направлении. Затем модулированный свет передается по второму оптоволокну на фотодетектор, который преобразует модулированный по интенсивности свет в аналоговый или цифровой звук для передачи или записи. Волоконно-оптические микрофоны обладают высоким динамическим и частотным диапазоном, аналогичным лучшим традиционным микрофонам высокой точности.
Волоконно-оптические микрофоны не реагируют и не влияют на какие-либо электрические, магнитные, электростатические или радиоактивные поля (это называется устойчивостью к электромагнитным/радиочастотным помехам). Поэтому конструкция волоконно-оптического микрофона идеально подходит для использования в областях, где обычные микрофоны неэффективны или опасны, например, внутри промышленных турбин или в среде оборудования магнитно-резонансной томографии (МРТ).
Волоконно-оптические микрофоны прочны, устойчивы к изменениям окружающей среды в тепле и влажности и могут быть изготовлены для любой направленности или согласования импеданса . Расстояние между источником света микрофона и его фотодетектором может составлять до нескольких километров без необходимости использования какого-либо предусилителя или другого электрического устройства, что делает волоконно-оптические микрофоны подходящими для промышленного и охранного акустического мониторинга.
Волоконно-оптические микрофоны используются в очень специфических областях применения, таких как мониторинг инфразвука и шумоподавление . Они оказались особенно полезными в медицинских приложениях, например, позволяя рентгенологам, персоналу и пациентам в пределах мощного и шумного магнитного поля нормально общаться, внутри помещений МРТ, а также в комнатах дистанционного управления. [33] Другие области применения включают мониторинг промышленного оборудования и калибровку и измерение звука, высококачественную запись и обеспечение соблюдения законов. [34]
Лазерные микрофоны часто изображаются в фильмах как шпионские гаджеты, потому что они могут использоваться для улавливания звука на расстоянии от микрофонного оборудования. Лазерный луч направляется на поверхность окна или другой плоской поверхности, на которую воздействует звук. Вибрации этой поверхности изменяют угол, под которым отражается луч, а движение лазерного пятна от возвращающегося луча обнаруживается и преобразуется в аудиосигнал.
В более надежной и дорогой реализации отраженный свет разделяется и подается в интерферометр , который обнаруживает движение поверхности по изменению оптической длины пути отраженного луча. Первая реализация представляет собой настольный эксперимент; вторая требует чрезвычайно стабильного лазера и точной оптики.
Новый тип лазерного микрофона — это устройство, которое использует лазерный луч и дым или пар для обнаружения звуковых колебаний в свободном воздухе. 25 августа 2009 года был выдан патент США 7,580,533 на Микрофон для обнаружения потока частиц, основанный на паре лазер-фотоэлемент с движущимся потоком дыма или пара на пути лазерного луча. Звуковые волны давления вызывают возмущения в дыме, которые, в свою очередь, вызывают изменения в количестве лазерного света, достигающего фотодетектора. Прототип устройства был продемонстрирован на 127-м съезде Общества инженеров-аудиотехников в Нью-Йорке с 9 по 12 октября 2009 года.
Ранние микрофоны не воспроизводили внятную речь, пока Александр Грэхем Белл не внес усовершенствования, включая микрофон/передатчик с переменным сопротивлением. Жидкостный передатчик Белла состоял из металлической чашки, наполненной водой с небольшим количеством добавленной серной кислоты . Звуковая волна заставляла диафрагму двигаться, заставляя иглу двигаться вверх и вниз в воде. Электрическое сопротивление между проводом и чашкой тогда было обратно пропорционально размеру водного мениска вокруг погруженной иглы. Элиша Грей подал оговорку для версии, использующей латунный стержень вместо иглы. [ когда? ] Другие незначительные изменения и улучшения были сделаны в жидкостном микрофоне Майорной, Чемберсом, Ванни, Сайксом и Элишой Греем, и одна версия была запатентована Реджинальдом Фессенденом в 1903 году. Это были первые рабочие микрофоны, но они не были практичны для коммерческого применения. Знаменитый первый телефонный разговор между Беллом и Уотсоном состоялся с использованием жидкостного микрофона.
Микрофон MEMS (микроэлектромеханические системы) также называют микрофонным чипом или кремниевым микрофоном. Чувствительная к давлению диафрагма вытравливается непосредственно в кремниевой пластине с помощью методов обработки MEMS и обычно сопровождается встроенным предусилителем. [35] Большинство микрофонов MEMS являются вариантами конструкции конденсаторного микрофона. Цифровые микрофоны MEMS имеют встроенные схемы аналого-цифрового преобразователя (АЦП) на том же чипе CMOS, что делает чип цифровым микрофоном и, таким образом, более легко интегрируемым с современными цифровыми продуктами. Основными производителями, выпускающими кремниевые микрофоны MEMS, являются Wolfson Microelectronics (WM7xxx), теперь Cirrus Logic, [36] InvenSense (линейка продукции, продаваемая Analog Devices [37] ), Akustica (AKU200x), Infineon (продукт SMM310), Knowles Electronics, Memstech (MSMx), NXP Semiconductors (подразделение, купленное Knowles [38] ), Sonion MEMS, Vesper, AAC Acoustic Technologies, [39] и Omron. [40]
Совсем недавно, с 2010-х годов, возрос интерес и исследования в области создания пьезоэлектрических микрофонов MEMS, которые представляют собой существенное архитектурное и материальное изменение по сравнению с существующими конструкциями MEMS конденсаторного типа. [41]
В плазменном микрофоне используется плазменная дуга ионизированного газа. Звуковые волны вызывают изменения давления вокруг плазмы, в свою очередь вызывая изменения температуры, которые изменяют проводимость плазмы. Эти изменения проводимости могут быть получены как изменения, наложенные на электропитание плазмы. [42] Это экспериментальная форма микрофона.
Громкоговоритель, преобразователь, который превращает электрический сигнал в звуковые волны, является функциональной противоположностью микрофона. Поскольку обычный динамик похож по конструкции на динамический микрофон (с диафрагмой, катушкой и магнитом), динамики фактически могут работать «наоборот» как микрофоны. Применяется принцип взаимности , поэтому полученный микрофон имеет те же недостатки, что и однодрайверный громкоговоритель: ограниченная низкочастотная и высокочастотная характеристика, плохо контролируемая направленность и низкая чувствительность . На практике динамики иногда используются в качестве микрофонов в приложениях, где не требуются высокая пропускная способность и чувствительность, например, в интеркомах , рациях или периферийных устройствах голосового чата для видеоигр , или когда обычных микрофонов не хватает.
Однако есть по крайней мере одно практическое применение, которое использует эти слабости: использование среднеразмерного вуфера, размещенного близко перед «бочкой» ( бас-барабаном ) в ударной установке , чтобы действовать как микрофон. Примером коммерческого продукта является Yamaha Subkick, 6,5-дюймовый (170 мм) вуфер, установленный на амортизаторе в 10-дюймовой оболочке барабана, используемой перед бас-барабанами. Поскольку относительно массивная мембрана неспособна преобразовывать высокие частоты, будучи способной выдерживать сильные низкочастотные переходные процессы, динамик часто идеально подходит для улавливания бас-барабана, одновременно уменьшая утечку от соседних тарелок и малых барабанов. [43]
Внутренние элементы микрофона являются основным источником различий в направленности. Микрофон давления использует диафрагму между фиксированным внутренним объемом воздуха и окружающей средой и реагирует равномерно на давление со всех сторон, поэтому его называют всенаправленным. Микрофон градиента давления использует диафрагму, которая по крайней мере частично открыта с обеих сторон. Разница давления между двумя сторонами создает его направленные характеристики. Другие элементы, такие как внешняя форма микрофона и внешние устройства, такие как интерференционные трубки, также могут изменять направленную реакцию микрофона. Микрофон чистого градиента давления одинаково чувствителен к звукам, поступающим спереди или сзади, но нечувствителен к звукам, поступающим сбоку, потому что звук, поступающий спереди и сзади одновременно, не создает градиента между ними. Характерная диаграмма направленности микрофона чистого градиента давления похожа на восьмерку. Другие полярные диаграммы получаются путем создания капсулы, которая объединяет эти два эффекта различными способами. Кардиоидный, например, имеет частично закрытую заднюю сторону, поэтому его реакция представляет собой комбинацию характеристик давления и градиента давления. [44]
Направленность или полярная диаграмма направленности микрофона показывает, насколько он чувствителен к звукам, приходящим под разными углами относительно его центральной оси. Полярные диаграммы, показанные выше, представляют собой геометрическое место точек в полярных координатах , которые производят одинаковый уровень выходного сигнала в микрофоне, если заданный уровень звукового давления (SPL) генерируется из этой точки. То, как физическое тело микрофона ориентировано относительно диаграмм, зависит от конструкции микрофона. Для микрофонов с большой мембраной, таких как Oktava (на фото выше), направление вверх на полярной диаграмме обычно перпендикулярно корпусу микрофона, обычно известное как «боковое пламя» или «боковое обращение». Для микрофонов с небольшой мембраной, таких как Shure (также на фото выше), оно обычно простирается от оси микрофона, обычно известной как «концевое пламя» или «верхний/конечный адрес».
Некоторые конструкции микрофонов объединяют несколько принципов в создании желаемой полярной диаграммы. Это варьируется от экранирования (то есть дифракции/рассеивания/поглощения) самим корпусом до электронного объединения двойных мембран.
Ответ всенаправленного (или ненаправленного) микрофона обычно считается идеальной сферой в трех измерениях . В реальном мире это не так. Как и в случае с направленными микрофонами, диаграмма направленности для «всенаправленного» микрофона является функцией частоты. Корпус микрофона не бесконечно мал, и, как следствие, он имеет тенденцию мешать звукам, поступающим сзади, вызывая небольшое сглаживание полярного отклика. Это сглаживание увеличивается по мере того, как диаметр микрофона (предполагая, что он цилиндрический) достигает длины волны рассматриваемой частоты. Таким образом, микрофон наименьшего диаметра дает наилучшие характеристики всенаправленности на высоких частотах.
Длина волны звука на частоте 10 кГц составляет 1,4" (3,5 см). Самые маленькие измерительные микрофоны часто имеют диаметр 1/4" (6 мм), что практически исключает направленность даже до самых высоких частот. Всенаправленные микрофоны, в отличие от кардиоидных, не используют резонансные полости в качестве задержек, и поэтому могут считаться «самыми чистыми» микрофонами с точки зрения низкой окраски; они добавляют очень мало к исходному звуку. Будучи чувствительными к давлению, они также могут иметь очень плоскую низкочастотную характеристику вплоть до 20 Гц или ниже. Чувствительные к давлению микрофоны также гораздо меньше реагируют на шум ветра и взрывные согласные, чем направленные (чувствительные к скорости) микрофоны.
Области применения: студии, старые церкви, театры, выездные телевизионные интервью и т. д. [46]
Примером ненаправленного микрофона является круглый черный шар в форме восьмерки . [47]
Однонаправленный микрофон в первую очередь чувствителен к звукам только с одного направления. Диаграмма выше (лобарная) иллюстрирует ряд таких шаблонов. На каждой диаграмме микрофон направлен вверх. Интенсивность звука для определенной частоты отображается для углов радиально от 0 до 360°. (Профессиональные диаграммы показывают эти шкалы и включают несколько графиков на разных частотах. Приведенные здесь диаграммы дают только обзор типичных форм шаблонов и их названий.)
Наиболее распространенным однонаправленным микрофоном является кардиоидный микрофон, названный так из-за диаграммы чувствительности «в форме сердца» (т. е. кардиоидный ). Семейство кардиоидных микрофонов обычно используется в качестве вокальных или речевых микрофонов, поскольку они хорошо подавляют звуки с других направлений. В трех измерениях кардиоида имеет форму яблока, центрированного вокруг микрофона, который является «стеблем» яблока. Кардиоидная характеристика уменьшает наводку сбоку и сзади, помогая избежать обратной связи от мониторов . Поскольку эти направленные микрофоны-преобразователи достигают своих диаграмм, определяя градиент давления, размещение их очень близко к источнику звука (на расстоянии нескольких сантиметров) приводит к усилению басов из-за увеличенного градиента. Это известно как эффект близости . [48] SM58 был наиболее часто используемым микрофоном для живого вокала на протяжении более 50 лет [49], демонстрируя важность и популярность кардиоидных микрофонов.
Кардиоида фактически является суперпозицией всенаправленного (давление) и восьмерочного (градиент давления) микрофона; [50] для звуковых волн, идущих сзади, отрицательный сигнал от восьмерки отменяет положительный сигнал от всенаправленного элемента, тогда как для звуковых волн, идущих спереди, эти два сигнала суммируются. Однако на низких частотах кардиоидный микрофон ведет себя как всенаправленный микрофон.
Объединяя два компонента в различных соотношениях, можно получить любую диаграмму направленности между всенаправленной и восьмеркой, которые составляют семейство кардиоидных диаграмм первого порядка. Распространенные формы включают:
Три таких кардиоидных микрофона/гидрофона могут быть ориентированы ортогонально как совмещенная триада для улучшения усиления, а также создания управляемой диаграммы направленности. [55] [56]
«Восьмерочные» или двунаправленные микрофоны получают звук одинаково как с передней, так и с задней стороны элемента. Большинство ленточных микрофонов имеют такую схему. В принципе, они вообще не реагируют на звуковое давление, а только на изменение давления между передней и задней частью; поскольку звук, поступающий сбоку, достигает передней и задней части одинаково, нет никакой разницы в давлении и, следовательно, нет чувствительности к звуку с этого направления. В более математических терминах, в то время как всенаправленные микрофоны являются скалярными преобразователями, реагирующими на давление с любого направления, двунаправленные микрофоны являются векторными преобразователями, реагирующими на градиент вдоль оси, перпендикулярной плоскости диафрагмы. Это также имеет эффект инвертирования выходной полярности для звуков, поступающих с задней стороны.
Микрофоны-пушки являются наиболее направленными из простых однонаправленных типов первого порядка. На низких частотах они имеют классическую полярную характеристику гиперкардиоиды, в то время как на средних и высоких частотах интерференционная трубка придает им повышенную прямую характеристику. Это достигается за счет процесса подавления внеосевых волн, входящих в продольный массив щелей. Следствием этой техники является наличие некоторых задних лепестков, которые изменяются по уровню и углу в зависимости от частоты и могут вызывать некоторые эффекты окраски.
Было разработано несколько подходов для эффективного использования микрофона в неидеальных акустических пространствах, которые часто страдают от чрезмерных отражений от одной или нескольких поверхностей (границ), составляющих пространство. Если микрофон помещен в одну из этих границ или очень близко к ней, отражения от этой поверхности имеют ту же синхронизацию, что и прямой звук, тем самым придавая микрофону полусферическую диаграмму направленности и улучшенную разборчивость. Первоначально это делалось путем размещения обычного микрофона рядом с поверхностью, иногда в блоке акустически прозрачной пены. Звукорежиссеры Эд Лонг и Рон Викершем разработали концепцию размещения диафрагмы параллельно границе и лицом к ней. [57] Хотя срок действия патента истек, Pressure Zone Microphone и PZM по-прежнему являются действующими товарными знаками Crown International .
Хотя изначально граничный микрофон был реализован с использованием всенаправленного элемента, также возможно установить направленный микрофон достаточно близко к поверхности, чтобы получить некоторые преимущества этой техники, сохраняя при этом направленные свойства элемента. Торговая марка Crown в этом подходе — Phase Coherent Cardioid или PCC , но есть и другие производители, которые также используют эту технику.
Петличный микрофон предназначен для работы без помощи рук. Эти небольшие микрофоны носят на теле. Первоначально они крепились на месте с помощью шнурка, надеваемого на шею, но чаще их прикрепляют к одежде с помощью зажима, булавки, ленты или магнита. Шнур петлицы может быть скрыт под одеждой и либо проложен к радиочастотному передатчику в кармане, либо прикреплен к ремню (для мобильного использования), либо проложен непосредственно к микшеру (для стационарного применения).
Беспроводной микрофон передает звук как радио- или оптический сигнал, а не через кабель. Обычно он посылает свой сигнал с помощью небольшого радиопередатчика на ближайший приемник, подключенный к звуковой системе, но он также может использовать инфракрасные волны, если передатчик и приемник находятся в пределах видимости друг друга. [ необходима цитата ]
Контактный микрофон улавливает вибрации непосредственно с твердой поверхности или объекта, в отличие от звуковых колебаний, переносимых по воздуху. Одним из вариантов использования этого является обнаружение звуков очень низкого уровня, таких как звуки от небольших объектов или насекомых . Микрофон обычно состоит из магнитного (подвижной катушки) преобразователя, контактной пластины и контактного штифта. Контактная пластина размещается непосредственно на вибрирующей части музыкального инструмента или другой поверхности, а контактный штифт передает вибрации на катушку. Контактные микрофоны использовались для улавливания звука сердцебиения улитки и шагов муравьев. Недавно была разработана портативная версия этого микрофона. Гортанный микрофон — это вариант контактного микрофона, который улавливает речь непосредственно из горла человека, к которому он прикреплен. Это позволяет использовать устройство в областях с окружающими звуками, которые в противном случае сделали бы говорящего неслышимым.
Параболический микрофон использует параболический отражатель для сбора и фокусировки звуковых волн на приемник микрофона, во многом так же, как параболическая антенна (например, спутниковая тарелка ) делает с радиоволнами. Типичные области применения этого микрофона, который имеет необычайно сфокусированную переднюю чувствительность и может улавливать звуки на расстоянии многих метров, включают запись природы, спортивные мероприятия на открытом воздухе, подслушивание , правоохранительные органы и даже шпионаж . Параболические микрофоны обычно не используются для стандартных приложений записи, потому что они, как правило, имеют плохую низкочастотную характеристику как побочный эффект своей конструкции.
Стереомикрофон объединяет два микрофона в одном устройстве для создания стереофонического сигнала. Стереомикрофон часто используется для вещательных приложений или полевой записи , где было бы непрактично настраивать два отдельных конденсаторных микрофона в классической конфигурации XY (см. практику микрофонов ) для стереофонической записи. Некоторые такие микрофоны имеют регулируемый угол покрытия между двумя каналами.
Шумоподавляющий микрофон — это высоконаправленная конструкция, предназначенная для шумных сред. Одним из таких применений является использование в кабинах самолетов , где они обычно устанавливаются в качестве микрофонов-стрелок на гарнитурах. Другое применение — поддержка живых выступлений на громких концертных сценах для вокалистов, участвующих в живых выступлениях . Многие шумоподавляющие микрофоны объединяют сигналы, полученные от двух диафрагм, которые находятся в противоположной электрической полярности или обрабатываются электронным способом. В конструкциях с двумя диафрагмами основная диафрагма устанавливается ближе всего к предполагаемому источнику, а вторая располагается дальше от источника, чтобы она могла улавливать окружающие звуки для вычитания из сигнала основной диафрагмы. После объединения двух сигналов звуки, отличные от предполагаемого источника, значительно уменьшаются, что существенно повышает разборчивость. Другие конструкции с шумоподавлением используют одну диафрагму, на которую влияют порты, открытые по бокам и сзади микрофона, при этом сумма составляет 16 дБ подавления звуков, которые находятся дальше. Одна из разработок компании Crown в области шумоподавляющей гарнитуры с одной диафрагмой широко использовалась такими исполнителями, как Гарт Брукс , Бритни Спирс и Джанет Джексон . [58] Некоторые микрофоны с шумоподавлением — это ларингофоны.
Различные стандартные методы используются с микрофонами, используемыми для звукоусиления на живых выступлениях или для записи в студии или на съемочной площадке. При соответствующем размещении одного или нескольких микрофонов можно сохранить желаемые характеристики собираемого звука, отбрасывая нежелательные звуки.
Микрофоны, содержащие активную схему, такие как большинство конденсаторных микрофонов, требуют питания для работы активных компонентов. Первые из них использовали схемы на вакуумных лампах с отдельным блоком питания, используя многоконтактный кабель и разъем. С появлением твердотельного усиления требования к питанию значительно снизились, и стало практичным использовать одни и те же проводники кабеля и разъем для звука и питания. В 1960-х годах было разработано несколько методов питания, в основном в Европе. Два доминирующих метода были первоначально определены в немецком стандарте DIN 45595 как Tonaderspeisung [de] или T-power и DIN 45596 для фантомного питания. С 1980-х годов фантомное питание стало гораздо более распространенным, поскольку один и тот же вход может использоваться как для включенных, так и для выключенных микрофонов. В бытовой электронике, такой как цифровые зеркальные фотокамеры и видеокамеры, более распространено «питание от разъема», для микрофонов, использующих 3,5-миллиметровый телефонный штекер. Фантомное, Т-питание и подключаемое питание описаны в международном стандарте IEC 61938. [59]
Наиболее распространенные разъемы, используемые микрофонами:
Некоторые микрофоны используют другие разъемы, такие как 5-контактный XLR или мини-XLR для подключения к портативному оборудованию. Некоторые петличные (или «петличные», со времен крепления микрофона к лацкану костюма репортера) микрофоны используют фирменный разъем для подключения к беспроводному передатчику, такому как радиоблок . С 2005 года начали появляться микрофоны профессионального качества с USB-подключением, предназначенные для прямой записи в компьютерное программное обеспечение.
При выборе предварительного усилителя для определенного микрофона необходимо знать его импеданс . Импеданс — это частотно-зависимая электрическая характеристика, измеряемая в омах (Ω), которая связывает напряжение с током. Когда речь не идет о передаче мощности , сигналы обычно передаются как изменяющиеся напряжения, и это также касается микрофонов. Чтобы получить максимальную амплитуду сигнала, используется метод, называемый мостовым сопротивлением . В этой конфигурации выходное сопротивление микрофона должно быть пренебрежимо малым по сравнению с входным сопротивлением предварительного усилителя (на практике рекомендуется сопротивление предварительного усилителя как минимум в 10 раз больше сопротивления микрофона). При этом сигнал ослабляется минимально, и в этом процессе почти не используется мощность. [60]
Основной альтернативой мостовому сопротивлению является согласование сопротивлений, которое максимизирует передачу мощности для заданного сопротивления источника. Однако это не было актуально с начала 20-го века, когда усилители были очень дорогими и производили много тепла. Чтобы уменьшить количество усилителей в телефонных линиях, потери мощности должны были быть минимальными, поэтому сопротивления источника и нагрузки были согласованы. Недостатком согласования сопротивлений является потеря сигнала на 6 дБ, которая происходит, поскольку только половина уровня напряжения появляется на входе предварительного усилителя. [60] Однако некоторые ленточные и динамические микрофоны являются исключениями из-за предположения разработчиков о том, что определенное сопротивление нагрузки является частью внутренней электроакустической схемы демпфирования микрофона. [61] [ сомнительно – обсудить ]
Разные микрофоны могут иметь совершенно разное сопротивление, и это зависит от конструкции. В пассивных микрофонах это значение тесно связано с сопротивлением катушки (или подобного механизма). В активных микрофонах это значение описывает выходное сопротивление его внутренней схемы усилителя.
Низким считается импеданс менее 600 Ом. Средним считается импеданс между 600 Ом и 10 кОм. Высоким считается импеданс выше 10 кОм. Благодаря встроенному усилителю конденсаторные микрофоны обычно имеют выходное сопротивление между 50 и 200 Ом. [60] [62]
Стандарт AES42, опубликованный Audio Engineering Society , определяет цифровой интерфейс для микрофонов. Микрофоны, соответствующие этому стандарту, напрямую выводят цифровой аудиопоток через штекерный разъем XLR или XLD , а не создают аналоговый выход. Цифровые микрофоны могут использоваться либо с новым оборудованием с соответствующими входными соединениями, соответствующими стандарту AES42, либо через подходящий интерфейсный блок. Микрофоны студийного качества, работающие в соответствии со стандартом AES42, теперь доступны у ряда производителей микрофонов.
Из-за различий в конструкции микрофоны имеют свои собственные характерные реакции на звук. Эта разница в реакции приводит к неравномерным фазовым и частотным характеристикам. Кроме того, микрофоны неравномерно чувствительны к звуковому давлению и могут принимать различные уровни без искажений. Хотя для научных приложений желательны микрофоны с более равномерной реакцией, для записи музыки это часто не так, поскольку неравномерная реакция микрофона может давать желаемую окраску звука. Существует международный стандарт для спецификаций микрофонов [63] , но немногие производители придерживаются его. В результате сравнение опубликованных данных разных производителей затруднено, поскольку используются разные методы измерения. Однако следует проявлять осторожность при получении каких-либо серьезных выводов из этих или любых других опубликованных данных, если только не известно, что производитель предоставил спецификации в соответствии с IEC 60268-4.
Диаграмма частотной характеристики отображает чувствительность микрофона в децибелах в диапазоне частот (обычно от 20 Гц до 20 кГц), как правило, для идеально осевого звука (звук, приходящий под углом 0° к капсюлю). Частотная характеристика может быть менее информативно указана текстуально, например: «30 Гц–16 кГц ±3 дБ». Это интерпретируется как почти плоский, линейный график между указанными частотами с изменениями амплитуды не более чем на плюс или минус 3 дБ. Однако по этой информации нельзя определить, насколько плавны изменения и в каких частях спектра они происходят. Обратите внимание, что часто используемые утверждения, такие как «20 Гц–20 кГц», бессмысленны без децибеловой меры допуска. Частотная характеристика направленных микрофонов сильно меняется в зависимости от расстояния от источника звука и геометрии источника звука. IEC 60268-4 указывает, что частотная характеристика должна измеряться в условиях плоской прогрессивной волны (очень далеко от источника), но это редко бывает практичным. Измерение микрофонов , находящихся близко друг к другу, можно проводить с использованием различных источников звука и на разных расстояниях, но стандарта не существует, и, следовательно, нет возможности сравнивать данные, полученные с помощью разных моделей, если не описана методика измерения.
Собственный шум или эквивалентный уровень входного шума — это уровень звука, который создает такое же выходное напряжение, как и микрофон при отсутствии звука. Это представляет собой самую низкую точку динамического диапазона микрофона и особенно важно, если вы хотите записать тихие звуки. Мера часто указывается в дБ(А) , что является эквивалентной громкостью шума по шкале децибел, взвешенной по частоте для того, как слышит ухо, например: «15 дБА SPL» (SPL означает уровень звукового давления относительно 20 микропаскалей ). Чем меньше число, тем лучше. Некоторые производители микрофонов указывают уровень шума, используя шумовое взвешивание ITU-R 468 , которое более точно отражает то, как мы слышим шум, но дает цифру примерно на 11–14 дБ выше. Тихий микрофон обычно измеряет 20 дБА SPL или 32 дБ SPL 468-взвешенный. Очень тихие микрофоны существуют уже много лет для специальных применений, например, Brüel & Kjaer 4179, с уровнем шума около 0 дБ SPL. Недавно на рынке студий/развлечений появились микрофоны с низким уровнем шума, например, модели от Neumann и Røde, которые рекламируют уровень шума в диапазоне 5–7 дБА. Обычно это достигается путем изменения частотной характеристики капсюля и электроники, что приводит к снижению шума в пределах кривой A-взвешивания , в то время как широкополосный шум может быть увеличен. [ необходима цитата ]
Уровень отсечения является важным индикатором максимально используемого уровня, поскольку показатель 1% общего гармонического искажения (THD), обычно указываемый под максимальным SPL, на самом деле является очень мягким уровнем искажения, совершенно неслышимым, особенно на коротких высоких пиках. Отсечение гораздо более слышно. Для некоторых микрофонов уровень отсечения может быть намного выше максимального SPL. [ необходима цитата ]
Динамический диапазон микрофона — это разница в уровне звукового давления между уровнем шума и максимальным уровнем звукового давления. Если он указан отдельно, например, «120 дБ», он передает значительно меньше информации, чем собственные шумы и максимальные показатели звукового давления по отдельности.
Чувствительность показывает, насколько хорошо микрофон преобразует акустическое давление в выходное напряжение. Высокочувствительный микрофон создает больше напряжения и поэтому требует меньшего усиления на микшере или записывающем устройстве. Это практическая проблема, но не является прямым указанием на качество микрофона, и на самом деле термин «чувствительность» является не совсем правильным, «усиление преобразования», возможно, более значимым, (или просто «выходной уровень»), потому что истинная чувствительность, как правило, устанавливается уровнем шума , а слишком большая «чувствительность» в терминах выходного уровня ставит под угрозу уровень отсечения. Есть две общие меры. (Предпочтительный) международный стандарт сделан в милливольтах на паскаль на частоте 1 кГц. Более высокое значение указывает на большую чувствительность. Старый американский метод ссылается на стандарт 1 В/Па и измеряется в простых децибелах, что приводит к отрицательному значению. Опять же, более высокое значение указывает на большую чувствительность, поэтому −60 дБ более чувствительны, чем −70 дБ. [ необходима цитата ]
Некоторые микрофоны предназначены для тестирования динамиков, измерения уровней шума и иной количественной оценки акустического опыта. Это калиброванные преобразователи, которые обычно поставляются с сертификатом калибровки, в котором указана абсолютная чувствительность в зависимости от частоты. Качество измерительных микрофонов часто упоминается с использованием обозначений «Класс 1», «Тип 2» и т. д., которые являются ссылками не на характеристики микрофона, а на измерители уровня звука . [64] Недавно был принят более полный стандарт [65] для описания производительности измерительного микрофона.
Измерительные микрофоны обычно являются скалярными датчиками давления ; они демонстрируют всенаправленный отклик, ограниченный только профилем рассеивания их физических размеров. Измерения интенсивности звука или звуковой мощности требуют измерений градиента давления, которые обычно выполняются с использованием массивов из как минимум двух микрофонов или с помощью анемометров с горячей проволокой .
Чтобы провести научное измерение с помощью микрофона, необходимо знать его точную чувствительность (в вольтах на паскаль ). Поскольку она может меняться в течение срока службы устройства, необходимо регулярно калибровать измерительные микрофоны. Эту услугу предлагают некоторые производители микрофонов и независимые сертифицированные испытательные лаборатории. Вся калибровка микрофонов в конечном итоге прослеживается до первичных стандартов в национальном институте измерений, таком как NPL в Великобритании, PTB в Германии и NIST в США, которые чаще всего калибруют с использованием первичного стандарта взаимности. Измерительные микрофоны, откалиброванные с помощью этого метода, затем могут использоваться для калибровки других микрофонов с использованием методов сравнительной калибровки.
В зависимости от области применения измерительные микрофоны необходимо периодически проверять (обычно раз в год или несколько месяцев), а также после любого потенциально опасного события, например, падения (большинство таких микрофонов поставляются в пенопластовых чехлах для снижения этого риска) или воздействия звуков, превышающих допустимый уровень.
Микрофонная решетка — это любое количество микрофонов, работающих в тандеме . Существует множество применений:
Обычно массив состоит из всенаправленных микрофонов, распределенных по периметру пространства и подключенных к компьютеру , который записывает и интерпретирует результаты в согласованную форму.
Ветрозащиты (или ветровые экраны – термины взаимозаменяемы) обеспечивают метод снижения воздействия ветра на микрофоны. В то время как поп-экраны обеспечивают защиту от однонаправленных порывов, пенопластовые «шапки» защищают решетку от ветра со всех сторон, а дирижабли , цеппелины и корзины полностью закрывают микрофон и защищают его корпус. Последнее важно, поскольку, учитывая крайне низкочастотное содержание шума ветра, вибрация, возникающая в корпусе микрофона, может существенно влиять на выходной шум.
Используемый экранирующий материал — проволочная сетка, ткань или пена — разработан так, чтобы иметь значительное акустическое сопротивление. Относительно низкие изменения давления воздуха со скоростью частиц, которые составляют звуковые волны, могут проходить с минимальным затуханием, но ветер с более высокой скоростью частиц затрудняется в гораздо большей степени. Увеличение толщины материала улучшает затухание ветра, но также начинает ухудшать высокочастотный аудиоконтент. Это ограничивает практический размер простых пенопластовых экранов. В то время как пены и проволочные сетки могут быть частично или полностью самонесущими, мягкие ткани и марли требуют натяжения на рамы или ламинирования более грубыми структурными элементами.
Поскольку весь шум ветра генерируется на первой поверхности, на которую попадает воздух, чем больше расстояние между периферией экрана и микрофонной капсулой, тем больше затухание шума. Для приблизительно сферического экрана затухание увеличивается (приблизительно) на куб этого расстояния. При использовании ветровых экранов с полной корзиной возникает дополнительный эффект камеры давления, впервые объясненный Йоргом Вуттке [66] , который для двухпортовых (градиентных) микрофонов позволяет комбинации экрана и микрофона действовать как высокочастотный акустический фильтр.
Поскольку турбулентность на поверхности является источником шума ветра, уменьшение грубой турбулентности может способствовать снижению шума. Успешно использовались как аэродинамически гладкие поверхности, так и те, которые предотвращают образование мощных вихрей. Исторически искусственный мех оказался очень полезным для этой цели, поскольку волокна создают микротурбулентность и бесшумно поглощают энергию. Если волокна меха не спутаны ветром и дождем, они очень прозрачны акустически, но тканая или вязаная подложка может обеспечить значительное затухание. Как материал, он страдает от того, что его трудно производить с постоянством, и его трудно поддерживать в первозданном состоянии на месте. Таким образом, есть интерес отойти от его использования. [67]
