Mikrofon
Mikrofon je uređaj za pretvaranje akustičkog signala u električni. Prvi mikrofon izumio je tvorac gramofona Emile Berliner 4. marca1877.
Dinamički mikrofon
Membrana mikrofona se kreće u zavisnosti od akustičkog pritiska. To isto uzrokuje i kretanje zavojnice, koja je povezana s membranom. U zavojnici, koja se tako kreće u magnetskom polju, se stvara električni signal. Izlazno napon se menja u zavisnosti od kretanja membrane i zavojnice. U ovom mikrofonu, membrana pokreće zavojnicu u magnetskom polju trajnog magneta, čime se stvara izmjenični napon odnosno struja (radi se o suprotni proces od onog koji se dešava u klasičnim reproduktorima). Dinamički mikrofoni su manje osjetljivi od kondenzatorskih mikrofona, pa bolje obradjuju glasan pev na živim izvođenjima itd. Ne zahtijevaju napajanje i vrlo su otporni prema mehaničkom oštećenju. (Primjerom žive legendarije je npr. mikrofon Shure SM58, koji se često koristi na javnim izvođenjima). Smjerni karakter je srce.
Traktni mikrofon
Ovaj mikrofon radi na istom principu kao dinamički mikrofon. Razlika je u tome što membrana je zamijenjena tankim aluminijevim trakom, koji se u zavisnosti od akustičkog pritiska kreće u magnetskom polju. Dinamički mikrofon traktni (tzv. Ribbon). Tu je „membranom“ valoviti trak iz vrlo tankog aluminijevog folije (opet nekoliko mikrona), postavljen u trajnom polju magneta. Za pretvaranje iz vrlo male impedancije koristi se transformator, koji je ključna komponenta ovih mikrofona, slično kao i snaga magneta (danas najčešće neodimski) i kvaliteta napetosti i valovitosti aluminijevog folije. Konstrukcija je jednostavna, ali je vrlo osjetljiva na mehaničko oštećenje i ne smije se skladištit blizu magnetski osjetljivih medija, jer se može dogoditi da se oni zamuče. Danas traktni mikrofoni „comeback“, iako im je vrlo niska osjetljivost, i frekvencijski opseg do otprilike 15 kHz. Njihov veliki prednost je ugodan „topli zvuk“. Dugotrajno se takvi mikrofoni moraju skladištiti u uspravnoj poziciji. Specifični su osmijevim karakterom.
Kondenzatorski mikrofon
Ovaj tip mikrofona sadrži dvije tankih metalnih pločice, koje međusobno formiraju kondenzator. Napajajući krug stvara u kondenzatoru električni naboj. Jedna od ovih pločica je fiksno pričvršćena, a druga je pokretna i ima funkciju akustičke membrane. Međusobno približavanje i udaljavanje ovih pločica uzrokuje promjenu kapaciteta i time i promjenu izlaznog napona. Debljina membrane je nekoliko mikrona i na njoj je nanijeta sloj rijetkog metala, najčešće zlatnog, sličnom metodom kao se proizvode tranzistori. Promjena kapaciteta se pretvara u električni signal ili pomoću napajanja iz mekog izvora ili predpojačivača s vrlo velikom ulaznom impedancijom (za to su vrlo pogodni elektroni, koji su se koristili u prvim mikrofonima. Danas je jednostavnije riješiti takav mikrofon pomoću integriranog kruga, odnosno tranzistora). Ponekad je mikrofon dio oscilatora razmještavanja kapaciteta i u sljedećim krugovima promjena se demodulira na niskofrekventni signal. Njegova je dužina između membrane i predpojačivača što manja moguća. Promjer membrane je obično jedan palac (tj. 2,54 cm). Kondenzatorski mikrofoni zahtijevaju napajanje. Pri odgovarajućoj konstrukciji mikrofonske vložke moguće je polarizacijskim naponom mijenjati smjerni karakter mikrofona, što se koristi pri študijским mikrofonima. Kondenzatorski mikrofoni se koriste pre svega za profesionalni študij ski snimanje i za mjerenje. Na živim izvođenjima danas se koriste pre svega dinamički mikrofoni. Kondenzatorski mikrofon pripada među akustički najvjerojatnije i najosjetljivije među različitim principima mikrofona.
Elektretske mikrofon
Elektretske mikrofon je tip kondenzatorske mikrofona, kod kojeg je električno polje potrebno za funkciju, stvoreno elektretom tj. nevodljivom tvari, koja je trajno nabijena. U ritmu kretanja membrane se mijenja kapacitet kondenzatora i time i napon između pločica. Promjene napona moraju biti obradivane predpojačivačem s visokom ulaznom impedancijom, (obično ugrađeni FET tranzistor, direktno u tijelo mikrofona), time se zahtijevaju i napajanje. Proizvode se za zahtjevne mjernu svrhu, za študije, ali i za nizahtjevne upotrebe npr. u računalima, telefonima, potrošačkoj elektronici itd. Samo tijelo mikrofona nije obično u promjeru veće od 1 cm.
Ugljenički mikrofon
Ovaj tip nije ni dinamički ni kondenzatorski mikrofon. Mikrofon je bio korišten u starijim telefonskim uređajima, i zbog otpornosti na udare i u vojnim emitiracima i telefonima. Princip je zasnovan na stiskanju ugljeničkih granula. Kada su stisnute, njihov otpor pada i izlazni napon raste. Na principu ugljeničkog mikrofona su konstruirani i prvi akustički pojačivači za telefonske centrala. Takvi pojačivači imali su visoko izobličenje i mali frekvencijski opseg. U mikrofonima ove konstrukcije pri mehaničkim (i vrlo jemkim) udarima javlja se škripanje uzrokovano trenjem ugljeničkih zrna o sebe. Na početku rođenja radijskog emitiranja signal emitera s visokom snagom prolazio je kroz ugljenički mikrofon, pa su mikrofoni zahtijevali hlađenje. Bili su postavljeni u teške stativima i sustavima pružina što je eliminiralo mehaničke udare. Nemaju nikakav smjerni karakter.
Piezoelektrički (piezo)mikrofon
Mikrofon je zasnovan na piezoelektričkom efektu. Kristalna tvar pri svojoj deformaciji generira polarizirani električni napon. Na ovom principu je zasnovan piezoelektrički mikrofon, koji se koristi pre svega za snimanje zvuka akustičkih instrumenata (kontrabas, gitara, husle), jer se ravna snimka može učinkovito pričvrstiti na rezonantnu ploču muzičkog instrumenta. Vibracije ploče se prenose na snimkački kristal, čime se generira napon ekvivalentan vibracijama. Piezoelektrički mikrofon se koristio pre svega u drugoj polovici 20. stoljeća. Niske troškove njegove proizvodnje predodređuju kao dopunski za traktnim magnetofonima.
Karakteristika mikrofona
- frekvencijski opseg, za koji su mikrofoni namijenjeni. Izražava se u Hz. Za kvalitetno snimanje zahtijeva se opseg 40 Hz – 15 kHz. Ugljenički mikrofon: 300 Hz – 3 kHz, dinamički mikrofon: 20 Hz – 20 kHz, kondenzatorski mikrofon: 10 Hz – 20 kHz.
- smjerni karakter zavisnost osjetljivosti mikrofona od kuta između osi mikrofona i smjera iz kojeg djeluje izvor zvuka. Izražava se prostornim grafom.
- frekvencijski karakter je zavisnost osjetljivosti mikrofona na frekvenciju. Izražava se grafom.
- osjetljivost mikrofona je minimalni akustički pritisak koji je mikrofon sposoban prihvatiti da bi izazvao traženu reakciju. Izražava se u mV/Pa za datu frekvenciju. Što je osjetljivost niža, tim se mikrofon mora više približiti izvoru zvuka. Osjetljivost nije odlučujući čimbenik, sve dok ne pada ispod 0.8 mV/Pa pri unutarnjem otporu mikrofona 200 Ohm. Tada je još uvijek zadržan razmak signal – šum 45 dB, što je granica prepoznavanja.
- šum mikrofona Ako je ekvivalentna razina šuma mikrofona niža od razine šuma študija (akustički pritisak 3,6.10-2 Pa) onda mikrofon zadovoljava.
- izlazna impedancija. Prema vrsti je više-manje zavisna od frekvencije. Veličina impedancije je važna za priključak mikrofona na pojačivač (impedancijsko prilagodavanje).
- koeficijent smjernosti Svaki tip mikrofona se izdvaja time što mu izlazni napon također ovisi o smjeru iz kojeg na mikrofon dolazi zvučna vala. Svestrana osjetljivost imaju samo mikrofoni s svestranim smjernim karakterom, ali i za njih to vrijedi samo za srednje i niske frekvencije. Na višim frekvencijama se mijenja u srcevitu i čak osmijevu ako valna duljina se približava dimenziji mikrofona. Mikrofoni s srcevitim odnosno osmijevim karakterom ističu zvučne vala dolaze iz smjera najveće osjetljivosti mikrofona i potiskuju zvuk iz drugih smjerova. Koeficijent smjernosti se može matematički izraziti kao omjer kvadrata izlaznog napona do kvadrata izlaznog napona istog mikrofona postavljenog u savršeno difuznom akustičkom polju uz pretpostavku istog akustičkog pritiska i vala dolaze u osi mikrofona. Mikrofon s savršeno svestranim karakterom ima koeficijent smjernosti = 1. Korijen koeficijenta smjernosti je tzv. koeficijent udaljenosti, koji izražava koliko je puta moguće udaliti smjerni mikrofon od akustičkog izvora u odnosu na mikrofon s svestranim karakterom pri održanju istog omjera direktnog i smetnji signala.
Smjerni karakter
Smjerni karakter je prostorni osjetljivost mikrofona. U zavisnosti od konstrukcije i tipa mikrofona može prihvatiti zvuk iz različitih smjerova u različitoj intenzitetu. Mikrofoni se dizajniraju sa smjernim karakterima prema njihovoj predviđenoj upotrebi. Smjerni karakter je frekvencijski ovisan – izražava se obično na visokim tonovima, dok duboki ostaju nepromijenjeni.
-
všestrana -
subsrcevita -
srcevita -
superkardioidna -
hiperkardioidna -
osmijevita -
smjerni
- všestrana (omnidirectional) ili kuglasti karakter je takav, pri kojem mikrofon prihvaća zvuk jednako kvalitetno s svih strana. Može se postići najjednostavnije i je tipičan za elektretske mikrofone.
- srcevita (kardioidna) karakteristika potiskuje prijem zvuka „s leđa“ mikrofona. Tipična karakteristika za pjevačke dinamičke mikrofone, potiskuje povratnu vezu.
- hiperkardioidna karakteristika je više smjerna karakteristika od kardioidne karakteristike.
- osmijevita (bidirectional) karakteristika je takva, pri kojoj prihvaća mikrofon zvuk samo s leđa i s prednje strane.
- smjerna karakteristika predstavlja oslabljeni prijem zvuka s leđa i s bočnih strana. Prihvaća se samo zvuk s prednje strane.
- uzak smjerni karakteristika predstavlja izraženo oslabljeni prijem zvuka s leđa, što se obično fizičkim razlogom postiže dužinom mikrofona do 1 metar. Je karakteristična za filmovske štabe, koji drže mikrofone na visini iznad granice gornje granice slike. Uzak smjerni karakter mikrofona se postiže na račun frekvencijske karakteristike, koja je stlačena samo u akustički spektar.
Frekvencijski karakter
Gore Oktava 319 (študij ski), dole Shure SM58 (pjevački)
Frekvencijski karakter mikrofona je zavisnost osjetljivosti od frekvencije. Izražava se grafom. Fizičkim idealom bi bio mikrofon, koji bi akustički podražaj pretvorio u ekvivalentni električni signal bez obzira na njegovu frekvenciju. Takvo nije slučaj. Postizanje ravnomjernog karaktera barem u slušljivom području zahtijeva skupstvena mjera, npr. vrlo male dimenzije mikrofona. Nedostatak se s vremenom pretvorio u vrijednost i frekvencijske neravnoteže pojedinih proizvoda počele su se koristiti tako da pomognu istaknuti ili potisnuti neke karakteristične zvučne nijanse snimljenih objekata. Npr. svi mikrofoni osim svestranih rade kao pretvarači gradijenta pritiska, s približavanjem izvora signala pojačavaju duboke frekvencije – tzv. 'efekt blizine'. To se koristi određeni pjevači za postizanje tople boje zvuka u određenim pasama pjevanja približavanjem i udaljavanjem mikrofona.
Za posebne svrhe se proizvode mikrofoni s potisnutim dijelom frekvencijske karakteristike (npr. za reportažno snimanje govora ili za komunikacijske uređaje koji rade u bučnom okruženju), u nekim slučajevima su opremljeni i preklopnim korekcijama direktno u samom tijelu mikrofona, ili da istaknu određeni dio spektra potreban za snimanje zvuka specifičnih muzičkih instrumenata.
Pribor
- zaštita od vjetra i mehaničkih utjecaja – obično u obliku zvukovno prigušnog navlaka (molitan, tkanina)
- pauk – koristi se pre svega kod kondenzatorskih mikrofona. Tijelo mikrofona je uhvaćeno u gumu (ili oprugama) odprugenoj sustavi, koja ga odvaja od mehaničkih udara.
- windshield- općenito korišteni naziv za pjenasti zaštitu mikrofona od vjetra. Glavno ga koriste televizijski štapi za reportažne mikrofone, a također njegova "krzna" verzija se koristi na uzakim smjernim mikrofonima.
- pop filtar – koristi se u študijima. To je mreža od prigušne tkanine koja prigušuje (raspršuje) veći volumen zraka (npr. izdah) da se ne prenese kao udarni val na mikrofon.