fbpx

Login

Кондензаторни микрофони

Преобразуващият елемент при тези микрофони е плосък кондензатор, чийто пластини са изолирани електрически една от друга посредством малка въздушна празнина. Плоският кондензатор се зарежда електростатично с помощта на поляризиращо напрежение. За това кондензаторните микрофони също така се наричат електростатични микрофони. Кондензаторът се състои от две пластини- подвижно окачена мембрана и неподвижен противоположен електрод.

Звуковата вълна, която достига до мембраната я разтрептява, като така се променя разстоянието между двете кондензаторни пластини. Положителната полувълна приближава мембраната към противоположния електрод и обратното- отрицателната го отдалечава. Чрез промяната на разстоянието между пластините се променя пропорционално и капацитета на кондензатора.

Мембраната на кондензаторния микрофон се изработва от електропроводим материал (Никел или Титан) или изкуствен материал (полиестерно фолио, хостафан, милар), върху който се нанася златен слой с дебелина буквално няколко атома, за да може да се осигури електропроводимостта на мембраната. Дебелината на мембраната е между 5 и 10 µm (микрометра). За сравнение дебелината на човешки косъм е 40-60 µm (1 µm е една хилядна от милиметъра). Тази изработка на микрофонната мембрана гарантира нейната изключителна лекота, която е около 20 пъти по-лека от тази на динамичните микрофони.

Типичното разстояние между мембраната и противоположния електрод е между 20 и 50 µm. Противоположния електрод обикновено се изработва от месинг, но понякога се среща и изработка от алуминий и алпака (сплав от мед цинк и никел). При полуотворена капсула (приемник на градиент на звуково налягане) в противоположния електрод има пробити отвори за да може звуковата вълна да достига до задната страна на мембраната.

Заради много леката си мембрана кондензаторните микрофони реагират добре на импулсни звукови събития и също така са убедителни в областта на високите честоти. Поради тази причина са предпочитани в случаите когато се налага даден инструмент да бъде представен възможно най-достоверно, например при запис на щрайх, роял, китара и т.н. Кондензаторните микрофони са отличен избор, когато се записват инструменти с изразени високи честоти, например оувърхеди над комплект барабани (обертоновете на чинелите достигат до 20 kHz).

Като недостатък на кондензаторните микрофони може да се посочи по-ниската граница на максимално звуково налягане. Някои модели имат вграден пад от 10-15 dB, но въпреки това максимално допустимите нива остават под динамичните микрофони.

Още едно предимство на кондензаторните микрофони спрямо динамичните е тяхната по-голяма чувствителност. Това означава, че при еднакво звуково налягане, кондензаторните микрофони имат по-високо изходно електрическо ниво. Чувствителността на микрофоните се измерва в mV/Pa (миливолти за Паскал). Кондензаторните микрофони имат около 10 пъти по-голяма чувствителност от динамичните. Това води до необходимостта от по-малко усилване и съответно намаляване на внесения шум.

Преобразуване на сигнала

Всеки кондензаторен микрофон се нуждае от електроника, която да преобразува променливият капацитет на кондензатора в променлив електрически ток. Това преобразуване може да се раздели на два вида: нискочестотно и високочестотно, като първият тип се среща значително по-често.

При нискочестотното преобразуване (DC-biased, NF-Schaltung) към капсулата се подава постоянно захранване през включено във веригата съпротивление RL. Поляризиращото напрежение създава електронен дефицит при едната пластина на плоския кондензатор и излишък в другата пластина. Когато мембраната (в следствие на променливото звуково налягане) се доближи към противоположния електрод, капацитетът на кондензатора се повишава и обратното – при отдалечаване намалява. Това води до изравняване на заряда и респективно променливо напрежение при съпротивлението.

Включените по този начин кондензатор и съпротивление представляват високопропускащ RC-филтър, чиято гранична честота трябва да бъде под честотния диапазон на микрофона, т.е. под 20 Hz. Съпротивлението може да бъде изчислено по следната формула:

C – капацитет; f –  гранична честота; R – съпротивление

При капацитет на кондензатора между 100 и 20 pF (пикофарада), съпротивлението трябва да има стойност между 80 и 400 MΩ. Когато източникът е с толкова високо съпротивление, преносът на сигнал без сериозни изкривявания на голямо разстояние е невъзможен. Поради тази причина в кондензаторните микрофони се вгражда в непосредствена близост до капсулата (най-много 2-3 см) предусилвател с високоомен вход (няколко гигаома). Основната му цел е да преобразува съпротивлението до стандартните стойност (около 200 Ω), но също така да повиши нивото на сигнала.

В първите кондензаторни микрофони, функцията на преобразувател на импеданс е изпълнявана от вакуумна електронна лампа, докато повечето съвременни кондензаторни микрофони използват като електронен елемент полеви транзистор.

Капсула на кондензаторен микрофон с високочестотно преобразуване на сигнала

Високочестотното преобразуване (RF-biased, HF-Schaltung) използва високочестотен носещ сигнал, като към него се модулира нискочестотното трептене на мембраната. Чрез потискане на високочестотната компонента на изхода се получава полезния нискочестотен сигнал. Този метод на преобразуване, макар и по-рядко срещан има някои предимства. Капсулата е изградена на противофазов принцип, като мембраната е разположена между два електрода с еднакъв потенциал, които са звукопроницаеми. Така изкривяванията, предизвикани от капсулата, се намаляват значително*. Противофазовият принцип води до много ниско ниво на собствен шум. Чувствителността към влага на този тип кондензаторни микрофони е много по-малка, което се дължи на значително по-малкия импеданс на капсулата. Това ги прави много добър избор при работа на открито. Известен представител на високочестотното преобразуване е серията MKH (Mikrofon Kondensator Hochfrequenz) на фирмата Sennheiser. MKH 416 е може би най-използваният микрофон при работа на терен.

Схема на кондензаторен микрофон с високочестотно преобразуване

Симетриране (балансиране) на звуковия сигнал

Почти всички микрофони имат балансиран изход. Това помага да се пренесе качествено звуковия сигнал до микрофонният предусилвател (най-често вграден в мишпулта, но понякога и отделно устройство), като в голяма степен се избягват смущенията по кабелното трасе. За симетричният пренос на звуков сигнал са необходими три проводника. Единият проводник пренася сигнала, който е във фаза с променливото звуково налягане (In Phase/HOT), по другия се пренася сигнал който е в противофаза спрямо променливото звуково налягане (Out-of-Phase/COLD). Третият проводник осигурява масата. В микрофонния предусилвател се обръща полярността на сигнала в противофаза и се добавя към първия сигнал (In-Phase сигнал). Така се удвоява неговата амплитуда в сравнение с небалансирания сигнал (+6 dB). По-голямата част от нежеланите смущения (електромагнитни полета индуциращи паразитно напрежение) се отвеждат от ширмовката, която представлява метална оплетка около двата проводника и има свойството на фарадеев кафез. Въпреки това по-силни полета преминават през ширмовката и индуцират напрежение в двата проводника. Поради това, че те са разположени много плътно един до друг и усукани (Twisted Pair), индуцираното паразитно напрежение в двата проводника е еднакво. При обръщане на фазата на единия сигнал, този паразитен импулс се оказва в противофаза и се самоунищожава.

Почти всички производители на микрофонни се придържат към следния стандарт за разпределение на проводниците към XLR конектор: На първи щифт (краче) се закача масата и се отвежда към ширмовката, на втори щифт се закача HOT (In Phase сигнал) и се отвежда към единият проводник, на трети щифт се закача COLD (Out-of-Phase сигнал) и се отвежда към другия проводник.

Поради характера на своята конструкция, електродинамичните микрофони, на изхода на капсулата имат балансиран сигнал. При движението на електромагнитната бобина в магнитното поле от едната и страна имаме натрупване на електрони (негативна полувълна), от другата страна имаме дефицит на електрони (позитивна полувълна). Масата се свързва към корпуса на електродинамичния микрофон и чрез ширмовката се отвежда към микрофонния предусилвател.

Кондензаторните микрофони от друга страна се нуждаят от балансиране на сигнала. До 60-те години на XX век, всичките кондензаторни микрофони са балансирани с помощта на трансформатор. Принципът на действие е следният: сигналът от вътрешния предусилвател се насочва към първична намотка. Двата края на вторичната намотка се отвеждат към двата проводника (HOT и COLD). Масата остава свързана към ширмовката. При използването на трансформатор имаме галванично разделяне на сигнала. През 70-те и 80-те години трансформаторите постепенно се заменя с електронно балансиране. При него се използва допълнително операционен усилвател или транзистор, който осигурява втори сигнал с обърната фаза. Като недостатък на метода може да се посочи липсата на галванично разделяне. Положително при електронното балансиране е теоретично по-коректното предаване на сигнала в честотно отношение. От 1983 г. фирмата Neumann започва производство на серията TLM (Traf-Loses Mikrofon) микрофони, които са електронно балансирани. По същия начин се изработва и бюджетната серия на фирмата Shoeps – Colette.

Балансиране на сигнала на кондензаторен микрофон с трансформатор

Любопитен факт е че някои производители имат един и същи модел, като се произвежда в два варианта: с трансформатор и електронно балансиран. Много хубав пример е моделът С414 на фирмата AKG. Може да се намери в следните разновидности: „златният” AKG C414 B-TL II електронно балансиран и „сребърния” AKG C414 B-ULS балансиран с трансформатор (цветовете са за избягване на всякакво съмнение). В резултат на това „златният” модел има много добри високи честоти, докато „сребърния” предава много изразително ниски и има хубав топъл звук.

Захранване

Всички кондензаторни микрофони се нуждаят от захранване!** То е необходимо не само като поляризиращо напрежение за капсулата, но и осигурява работата на вътрешния предусилвател. Повечето кондензаторни микрофони получават това захранване от мишпулта или микрофонния предусилвател. Нарича се фантомно и представлява 48V прав ток. Преносът му се осъществява чрез двата проводника на сигнал, щифт 2 HOT и щифт 3 COLD. Масата се насочва към ширмовката. Полезният микрофонен сигнал остава незасегнат. Голямото предимство на този пренос на захранващо напрежение е възможността да се включи динамичен микрофон без непременно да бъде изключено фантомното захранване. Тъй като на двата проводника пренасящи балансиран звуков сигнал има едно и също право напрежение, не се получава потенциална разлика и нежелателно отклонение на трептящата звукова бобина на динамичния микрофон. И все пак, при възможност (за съжаление не всички пултове и звукови карти я имат) е добре да се изключва фантомното захранване на канали, към които са комутирани динамични микрофони. Понякога може да се получи неравност във фантомното захранване, което няма да доведе до разрушаване на звуковата бобина, но ще предизвика неприятни шумове. Освен 48V има стандартизирани още 24 и 12 волта като фантомно захранване.

При употреба на лентови микрофони, фантомното захранване трябва задължително да бъде изключено! Теоретично не би трябвало да представлява проблем, както при динамичните микрофони, но всякаква макар и минимална несиметричност във фантомното захранване води до унищожаване на микрофона (мембраната се уврежда фатално).

Електретни кондензаторни микрофони

При тази разновидност на кондензаторните микрофони не е необходимо външно поляризиращо напрежение. Чрез специален метод на производство става възможно фолио от изкуствен материал, така нареченото електретно фолио, да бъде постоянно поляризирано. В ранния период на производство, микрофоните от този тип са изработвани с електретна мембрана, която сравнително бързо губи своята поляризация и микрофонът не може повече да функционира. Съвременните електретни микрофони се изработват по друга технология, при която електретният елемент е противоположния електрод (Back-Elektret-Microphone). Това позволява чувствително удължаване на времето за експлоатация.

Микрофонна капсула с перманентно поляризиран противоположен електрод (Back-Elektret-Microphone)

От днешна гледна точка е трудно да се каже дали съвременните електретни микрофони отстъпват по качество на кондензаторните микрофони с поляризиращо напрежение. Факт е, че към тях се подхожда с определено предубеждение. Все пак трябва да се има предвид, че много от големите производители имат в своя каталог такива микрофони. Дори датската фирма Brüel & Kjaer, известна с много високото качество на продуктите си, предлага електретни микрофони. Като предимство на тези микрофони, освен по-ниската цена, трябва да се посочи по-доброто им поведение при наличие на влага, както и чувствително по-малката им консумация и възможност да работят с батерия. Като недостатък условно може да се приеме по-компромисните технически данни в сравнение с кондензаторните микрофони с поляризиращо напрежение.


* Поради изключително малкият обем, който се образува между микрофонната мембрана и противоположния електрод на кондензаторните микрофони, заключеният въздух причинява допълнителни изкривявания.

** От фантомно захранване или батерия се нуждаят и електретните микрофони за да може да работи тяхната вътрешна електроника (предусилвател).

SEE ALL Add a note
YOU
Add your Comment
 

Информация за инструктора

Търсене на курсове

Статии

© Centeo Group All rights reserved. dTorium - Онлайн Курсове и Семинари 
X