Когда-то давно я сделал остронаправленный высокочувствительный микрофон и выложил результаты его испытаний в интернете. С тех пор прошло уже много лет, но мне по-прежнему приходят запросы на приобретение этого изделия. В абсолютном большинстве случаев желающие приобрести имеют представление об этом изделии из художественных кинофильмов, обычно детективных. Поэтому, как только я высылал им фото, их интерес к нему пропадал. Для тех, кому действительно интересно такое устройство я решил написать эту статью, в которой кратко рассказать о том, как сделать его своими руками.

Структурно изделие состоит из параболического отражателя, приемного устройства, расположенного в его фокусе, НЧ усилителя, наушников и автономного блока питания. Все устройство закреплено на подвеске, позволяющей плавно поворачивать его в горизонтальной и вертикальной плоскости.
Чтобы представлять назначение каждого блока устройства напомню немного теории.

Пусть на параболический отражатель падает поток звуковых волн. Если источник звука достаточно далек, то звуковой поток можно представить в виде потока параллельных векторов. Падая на поверхность вектора отражаются в область фокуса (см. рис.2). Согласно волновой теории диаметр этой зоны d не может быть меньше длины волны падающего на отражатель звука. То есть, d ≥ λ, где λ = c/f. Здесь c – скорость звука, f – его частота. Будем считать, что форма параболического отражателя идеальна, а потому d = λ. Отсюда следует первая важнейшая характеристика устройства, его коэффициент усиления параболического отражателя: Kp = (D/d)2

Смысл данного соотношения очень прост. Звуковой поток падает на поверхность параболоида S = πD2/4. Параболоид концентрирует энергию потока в фокусе на поверхность приемного устройства площадью s = πd2/4. В результате на этой поверхности плотность энергии звукового потока возрастает в Kp = S/s = (D/d)2 раз. На фото диаметр параболического отражателя D = 90 см. Для волны λ = 15 см (f = 2000 гц.) получим Kp = (90/15)2 = 36.

Рис. 2

Второй важнейшей характеристикой устройства является его острота направленности. Этот параметр важен потому, что необходимо не просто усилить звуковой сигнал, а усилить полезный сигнал. Для этого необходимо с помощью диаграммы направленности «вырезать» его из общего звукового потока. Величину диаграммы направленности параболического отражателя можно вычислить так. Поворачивая параболоид (см. рис. 3) можно повернуть его на такой угол α, что область концентрации звукового потока выйдет за пределы приемного устройства. Поскольку размеры приемного устройства ограничены длиной волны принимаемого звука λ, то угол диаграммы направленности в первом приближении можно выразить так:
α = arctg(λ/F).

В устройстве, показанном на фото, параболический отражатель имеет фокусное расстояние F = 36 см. Отсюда, для λ = 15 см острота направленности устройства будет равна 22 градуса. Это достаточно малый угол. По этой причине параболический отражатель с приемным устройством установлены на подвеске (см.фото рис.1) которая позволяет плавно его поворачивать. Без этой подвески работать с устройством крайне затруднительно. К этому следует добавить, что в соотношения как коэффициента усиления (1), так и остроты направленности (2) входит длина волны λ. По мере ее уменьшения растут как коэффициент усиления, так и острота направленности. Это хорошо заметно при прослушивании акустического горизонта. Лучше всего слышны звуки высокой частоты: на природе крики птиц, в жилом районе звон посуды из открытых окон и форточек.

Рис. 3

Что касается приемного устройства, которое находится в фокусе параболоида (см. рис. 4). Основной частью устройства является кронштейн. В его центральной части есть отверстие. С одной стороны в нем закреплен конденсаторный микрофон, а с другой в него входит с небольшим зазором поршень из пенопласта, который приклеен к мембране. Сама мембрана вклеена в кронштейн. Кронштейн имеет окна, которые соединяют объем, ограниченный мембраной с объемом корпуса. Для увеличения акустического объема корпуса он заполнен синтепоном или иным волокнистым материалом.

Устройство помещено в фокусе параболического отражателя и работает следующим образом. Поток звуковых волн, отраженный параболическим отражателем падает на мембрану и заставляет ее колебаться. Из теории мембран следует, что под действием давления (звуковой волны) мембрана изгибается по форме параболоида четвертой степени. То есть под действием звуковых волн перемещается преимущественно центральная область мембраны. А это значит, что мембрана концентрирует энергию падающей звуковой волны в колебания своей центральной зоны. В результате поршень, который вклеен в центральную часть мембраны, будет возбуждать в объеме между ним и микрофоном колебания с амплитудой существенно превышающей амплитуду падающей на мембрану звуковой волны. Коэффициент усиления мембраны можно оценить так:
Km = (Dm/dk)2

Величину dk, т.е. размер зоны концентрации деформаций мембраны в первом приближении ее можно принять равной dk ≈ 0,2 Dm. Отсюда коэффициент усиления мембраны (для Dm = 15 см) будет равен: Km ≈ 25. Тогда общий акустический коэффициент усиления устройства будет равен: K = Kp Km = 36 x 25 = 900.

Некоторые практические советы по изготовлению остронаправленного высокочувствительного микрофона.

Рис. 4

1. Параболический отражатель

В своем устройстве в качестве отражателя я использовал прямофокусный отражатель спутниковой антенны с параметрами: D = 900 мм, F = 360 мм, F/D = 0.4. Материал отражателя – алюминиевый лист толщиной 1 мм. Подвеска (устройство поворота отражателя в двух плоскостях) стандартная от спутниковой антенны. Стойка с треногой самодельная.
Сейчас прямофокусных спутниковых «тарелок», тем более алюминиевых нет. Их вытеснили стальные офсетные. В принципе это не столь существенно. Неудобство состоит лишь в том, что стальная тарелка существенно тяжелее алюминиевой, а из-за офсетной формы, вектор ее диаграммы направленности не столь наглядный как у прямофокусной. Спутниковую тарелку можно купить как в специализированных фирмах, так и на радиорынке. Весте с «тарелкой» следует купить и ее подвеску, включая подвеску конвертора. То есть следует купить спутниковую антенну, но без электроники (конвертора и тюнера). Использовать для изготовления микрофона «тарелку» диаметром менее 900 мм нет смысла.

2. Приемное устройство

В качестве корпуса приемного устройства можно использовать любой цилиндрический контейнер подходящего (D ≈ 150 мм) размера. Например, можно использовать кружку из нержавеющей стали. Сейчас таких продают много.
Внутри корпуса размещается микрофонный НЧ усилитель. Я не электронщик, а потому использовал готовую схему усилителя и набор деталей КИТ ее реализующий. В качестве микрофона использовал конденсаторный микрофон диаметром около 1 см. Вопросы согласования характеристик микрофона и НЧ усилителя выяснял у продавцов наборов КИТ.
Выход усилителя и подвод к нему питания выведены на пятипиновый разъем, врезанный в корпус приемного устройства (см. фото).

Кронштейн (см. рис.3) выточен из пластика (я вытачивал из текстолита). Я не привожу его конкретные размеры. Достаточно задаться его внешним диаметром (у меня 150 мм) и диаметром микрофона (около 10 мм). Остальные размеры достаточно произвольные. Их соотношение можно взять, например, из приведенного рисунка 4.

Окна кронштейна (3 секторных окна) я высверлил, края обработал напильником. Затем подобрал тонкостенную металлическую трубку длиной миллиметров 50…100, с наружным диаметром, равным диаметру микрофона. После просверлил в кронштейне отверстие диаметров, равным наружному диаметру этой трубки. Край трубки заточил так, что получил из нее высечку. За тем подготовил пластину из пенопласта толщиной 5…7 мм. Вращая высечку, вырезал с ее помощью из пенопластовой пластины поршень. Поршень оставил в трубке.

После этих подготовительных работ можно вклеивать мембрану. Из папиросной либо иной тонкой бумаги вырезаем круг, равный диаметру кронштейна. Вклеиваем его в кронштейн с помощью водостойкого клея (резиновый клей, клей 88, «Момент» (каучуковый) и др.) После того как клей высох смачиваем (например ватным тампоном) вклеенную мембрану водой и даем ей высохнуть. После высыхания мембрана туго натянется. После этого в мембрану можно вклеить пенопластовый поршень, который находится в металлической трубке. Для этого выступающий из трубки торец поршня смазываем водостойким клеем. Но не «Моментом», он интенсивно растворяет пенопласт. Резиновый или 88 – ой. Кладем кронштейн на плоскую поверхность мембраной вниз и в центральное отверстие вводим трубку с поршнем. Не вынимая трубки, выталкиваем из нее поршень до соприкосновения с мембраной. За тем, прижимая поршень к мембране, осторожно вынимаем трубку из отверстия кронштейна. Все поршень вклеен. Спрашивается, зачем все эти сложности. За тем, чтобы поршень был установлен в отверстии кронштейна с минимальным зазором и строго коаксиально.

После вклейки поршня с другой стороны отверстия закрепляем микрофон. Например, подматываем на его боковую поверхность бумагу и плотно вставляем микрофон в отверстие. Соединение микрофона с платой НЧ усилителя желательно сделать разъемным. При проверке и настройке НЧ усилителя микрофон придется многократно отключать и подключать к плате усилителя. Кронштейн с вклеенной мембраной и микрофоном закрепляется в корпусе приемного устройства с помощью боковых винтов (саморезов). После того как НЧ усилитель настроен его плата закрепляется в корпусе приемного устройства, например с помощью термоклея. После этого корпус приемного устройства заполняется волокнистым материалом (синтепон, хлопковая вата и т.п. волокнистым материалом) и закрывается собранным кронштейном. Чтобы защитить бумажную мембрану от повреждения ее следует закрыть не очень толстой (8…10 мм) пластиной поролона (пенополиуритана). Поролон закрыть тонкой полиэтиленовой пленкой. Такая защита сколько ни будь существенно качество приема не снижает, но защищает мембрану от дождя и шума ветра.

3. Блок питания

Сейчас полно недорогих малогабаритных аккумуляторных батарей на основе которых можно сделать блок питания устройства. Кроме своего прямого назначения он используется также для коммутации. То есть аккумуляторная батарея размещается в корпусе, который используется для закрепления в нем следующий элементов. Выключатель питания, резистор управления уровнем сигнала с НЧ усилителя, пятипиновый разъем для подключения приемного устройства (на фото виден кабель, соединяющий разъем приемного устройства и блока питания). Кроме этого разъем для подключения наушников, и, при необходимости, записывающего устройства, которое содержит аналоговый вход.

После того как все блоки готовы устройство собирается в целом. Приемное устройство закрепляется вместо конвертора в фокусе спутниковой тарелки. С помощью штатной подвески тарелка устанавливается в подходящей треноге. Кабелем соединяем блок питания и приемное устройство. Подсоединяем наушники. Все, высокочувствительный остронаправленный микрофон готов к работе. Осталось только включить питание и начать прослушивать акустический горизонт.

Рассмотрены схемы и конструкции высокочувствительных микрофонов в комплексе с самодельными малошумящими усилителями низкой частоты (УНЧ).

Конструирование чувствительного и малошумящего усилителя (УНЧ) имеет свои особенности. Наибольшее влияние на качество воспроизведения звуков и разборчивость речи оказывают амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) усилителя, уровень его шумов, параметры микрофона (АЧХ, диаграмма направленности, чувствительность и т.д.) или заменяющих его датчиков, а также их взаимная согласованность с усилителем. Усилитель должен иметь достаточное усиление.

При использовании микрофона - это 60дб-80дб, т.е. 1000-10000 раз. Учитывая особенности приема полезного сигнала и его низкую величину в условиях сравнительно значительного уровня помех, которые существуют всегда, целесообразно в конструкции усилителя предусмотреть возможность коррекции АХЧ, те. частотной селекции обрабатываемого сигнала.

При этом необходимо учитывать, что наиболее информативный участок звукового диапазона сосредоточен в полосе от 300 Гц до 3-3.5 кГц. Правда, иногда с целью уменьшения помех эту полосу сокращают еще больше. Использование полосового фильтра в составе усилителя позволяет значительно увеличить дальность прослушивания (в 2 и более раз).

Еще большей дальности можно достичь использованием в составе УНЧ селективных фильтров с высокой добротностью, позволяющих выделять или подавлять сигнал на определенных частотах. Это дает возможность значительно повысить соотношение сигнал/шум.

Элементарная база

Современная элементная база позволяет создавать качественные УНЧ на основе малошумящих операционных усилителей (ОУ), например, К548УН1, К548УН2, К548УНЗ, КР140УД12, КР140УД20 и т.д.

Однако, несмотря широкую номенклатуру специализированных микросхем и ОУ, и их высокие параметры, УНЧ на транзисторах в настоящее время не потеряли своего значения. Использование современных, малошумящих транзисторов, особенно в первом каскаде, позволяет создать оптимальные по параметрам и сложности усилители: малошумящие, компактные, экономичные, рассчитанные на низковольтное питание. Поэтому транзисторные УНЧ часто оказываются хорошей альтернативой усилителям на интегральных микросхемах.

Для минимизации уровня шумов в усилителях, особенно в первых каскадах, целесообразно использовать высококачественные элементы. К таким элементам относятся малошумящие биполярные транзисторы с высоким коэффициентом усиления, например, КТ3102, КТ3107. Однако в зависимости от назначения УНЧ используются и полевые транзисторы.

Большое значение играют и параметры остальных элементов. В малошумящих каскадах электронных схем используют оксидные конденсаторы К53-1, К53-14, К50-35 и т. п., неполярные - КМ6, МБМ и т. п., резисторы - не хуже традиционных 5% МЛТ-0.25 и МЛ Т-0.125, лучший вариант резисторов - проволочные, безиндуктивные резисторы.

Входное сопротивление УНЧ должно соответствовать сопротивлению источника сигнала - микрофона или заменяющего его датчика. Обычно входное сопротивление УНЧ стараются сделать равным (или немного больше) сопротивлению источника-преобразователя сигнала на основных частотах.

Для минимизации электрических помех целесообразно для подключения микрофона к УНЧ использовать экранированные провода минимальной длины. Электретный микрофон МЭК-3 рекомендуется монтировать непосредственно на плате первого каскада микрофонного усилителя.

При необходимости значительного удаления микрофона от УНЧ следует использовать усилитель с дифференциальным входом, а подключение осуществлять витой парой проводов в экране. Экран подключается к схеме в одной точке общего провода максимально близко к первому ОУ. Это обеспечивает минимизацию уровня наведенных в проводах электрических помех.

Малошумящий УНЧ для микрофона на К548УН1А

На рисунке 1 представлен пример УНЧ на основе специализированной микросхемы - ИС К548УН1А, содержащей 2 малошумящих ОУ. ОУ и УНЧ, созданный на базе этих ОУ (ИС К548УН1А), рассчитаны на однополярное напряжение питания 9В - ЗОВ. В приведенной схеме УНЧ первый ОУ включен в варианте, который обеспечивает минимальный уровень шумов ОУ.

Рис. 1. Схема УНЧ на ОУ К548УН1А и варианты подключения микрофонов: а - УНЧ на ОУ К548УН1А, б - подключение динамического микрофона, в - подключение электретного микрофона, г - подключение удаленного микрофона.

Элементы для схемы на рисунке 1:

• R1 =240-510, R2=2.4к, R3=24к-51к (подстройка усиления),
• R4=3к-10к, R5=1к-3к, R6=240к, R7=20к-100к (подстройка усиления), R8=10; R9=820-1.6к (для 9В);
• С1 =0.2-0.47, С2=10мкФ-50мкФ, С3=0.1, С4=4.7мкФ-50мкФ,
• С5=4.7мкФ-50мкФ, С6=10мкФ-50мкФ, С7=10мкФ-50мкФ, С8=0.1-0.47, С9=100мкФ-500мкФ;
• ОУ 1 и 2 - ОУ ИС К548УН1А (Б), два ОУ в одном корпусе ИС;
• Т1, Т2 - КТ315, КТ361 или КТ3102, КТ3107 или аналогичные;
• Т - ТМ-2А.

Выходные транзисторы данной схемы УНЧ работают без начального смещения (с Iпокоя=0). Искажения типа “ступенька" практически отсутствуют благодаря глубокой отрицательной обратной связи, охватывающей второй ОУ микросхемы и выходные транзисторы. При необходимости изменения режима выходных транзисторов (Iпокоя=0) схему необходимо соответствующим образом откорректировать: включить в схему резистор или диоды между базами Т1 и Т2, два резистора по 3-5к с баз транзисторов на общий провод и провод питания.

Кстати, в УНЧ в двухтактных выходных каскадах без начального смещения хорошо работают уже устаревшие германиевые транзисторы. Это позволяет использовать с такой структурой выходного каскада ОУ с относительно низкой скоростью нарастания выходного напряжения без опасности возникновения искажений, связанных с нулевым током покоя. Для исключения опасности возбуждения усилителя на высоких частотах используется конденсатор СЗ, подключенный рядом с ОУ, и цепочка R8С8 на выходе УНЧ (достаточно часто RC на выходе усилителя можно исключить).

Малошумящий микрофонный УНЧ на транзисторах

На рисунке 2 представлен пример схемы УНЧ на транзисторах . В первых каскадах транзисторы работают в режиме микротоков, что обеспечивает минимизацию внутренних шумов УНЧ. Здесь целесообразно использовать транзисторы с большим коэффициентом усиления, но малым обратным током.

Это могут быть, например, 159НТ1В (Iк0=20нА) или КТ3102 (Iк0=50нА), или аналогичные.

Рис. 2. Схема УНЧ на транзисторах и варианты подключения микрофонов: а УНЧ на транзисторах, б - подключение динамического микрофона, в - подключение электретного микрофона, г - подключение удаленного микрофона.

Элементы для схемы на рисунке 2:

• R3=5.6к-6.8к (регулятор громкости), R4=3к, R5=750,
• R6=150к, R7=150к, R8=33к; R9=820-1.2к, R10=200-330,
• R11=100к (подстройка, Uэт5=Uэт6=1.5В),
• R12=1 к (подстройка тока покоя Т5 и Т6, 1-2 мА);
• С1=10мкФ-50мкФ, С2=0.15мкФ-1мкФ, С3=1800,
• С4=10мкФ-20мкФ, С5=1мкФ, С6=10мкФ-50мкФ, С7=100мкФ-500мкФ;
• Т1, Т2, Т3 -159НТ1 В, КТ3102Е или аналогичные,
• Т4, Т5 - КТ315 или аналогичные, но можно и МП38А,
• Т6 - КТ361 или аналогичные, но можно и МП42Б;
• М - МД64, МД200 (б), МЭК-3 или аналогичный (в),
• Т - ТМ-2А.

Использование подобных транзисторов позволяет обеспечить не только устойчивую работу транзисторов при малых коллекторных токах, но и достичь хороших усилительных характеристик при низком уровне шумов.

Выходные транзисторы могут использоваться как кремниевые (КТ315 и КТ361, КТ3102 и КТ3107, и т.п.), так и германиевые (МП38А и МП42Б и т.п.). Настройка схемы сводится к установке резистором R2 и резистором RЗ соответствующих напряжений на транзисторах: 1,5В - на коллекторе Т2 и 1,5В - на эмиттерах Т5 и Т6.

Микрофонный усилитель на ОУ с дифференциальным входом

На рисунке 3 представлен пример УНЧ на ОУ с дифференциальным входом . Правильно собранный и настроенный УНЧ обеспечивает значительное подавление синфазной помехи (60 дб и более). Это обеспечивает выделение полезного сигнала при значительном уровне синфазных помех.

Следует напомнить, что синфазная помеха - помеха, поступающая в равных фазах на оба входа ОУ УНЧ, например, помеха, наведенная на оба сигнальных провода от микрофона. Для обеспечения корректной работы дифференциального каскада необходимо точно выполнить условие: R1 =R2, R3=R4.

Рис.3. Схема УНЧ на ОУ с дифференциальным входом и варианты подключения микрофонов: а - УНЧ с дифференциальным входом, б - подключение динамического микрофона, в - подключение электретного микрофона, г - подключение удаленного микрофона.

Элементы для схемы на рисунке 3:

• R7=47к-300к (подстройка усиления, К=1+R7/R6), R8=10, R9=1,2к-2.4к;
• C1=0.1-0.22, C2=0.1-0.22, СЗ=4.7мкФ-20мкФ, C4=0.1;
• ОУ - КР1407УД2, КР140УД20, КР1401УД2Б, К140УД8 или другие ОУ в типовом включении, желательно с внутренней коррекцией;
• D1 - стабилитрон, например, КС133, можно использовать светодиод в обычном включении, например, АЛ307;
• М - МД64, МД200 (б), МЭК-3 или аналогичный (в),
• Т - ТМ-2А.

Резисторы целесообразно подобрать с помощью омметра среди 1%-резисторов с хорошей температурной стабильностью. Для обеспечения необходимого баланса рекомендуется один из четырех резисторов (например, R2 или R4) выполнить переменным. Это может быть высокоточный переменный резистор-подстроечник с внутренним редуктором.

Для минимизации шумов входное сопротивление УНЧ (значения резисторов R1 и R2) должно соответствовать сопротивлению микрофона или заменяющего его датчика. Выходные транзисторы УНЧ работают без начального смещения (с 1покоя=0). Искажения типа "ступенька” практически отсутствуют благодаря глубокой отрицательной обратной связи, охватывающей второй ОУ и выходные транзисторы. При необходимости схему включения транзисторов можно изменить.

Настройка дифференциального каскада: подать синусоидальный сигнал 50 Гц на оба входа дифференциального канала одновременно, подбором величины RЗ или R4 обеспечить на выходе ОУ 1 нулевой уровень сигнала 50 Гц. Для настройки используется сигнал 50 Гц, т.к. электросеть частотой 50 Гц дает максимальный вклад в суммарную величину напряжения помехи. Хорошие резисторы и тщательная настройка позволяют достичь подавления синфазной помехи 60дб-80дб и более.

Для повышения устойчивости работы УНЧ целесообразно зашунтировать выводы питания ОУ конденсаторами и на выходе усилителя включить RC-целочку (как в схеме усилителя на рисунке 1). Для этой цели можно использовать конденсаторы КМ6.

Для подключения микрофона использована витая пара проводов в экране. Экран подключается к УНЧ (только в одной точке!!) максимально близко от входа ОУ.

Улучшеные усилители для чувствительных микрофонов

Применение в выходных каскадах УНЧ низкоскоростных ОУ и эксплуатация кремниевых транзисторов в усилителях мощности в режиме без начального смещения (ток покоя равен нулю - режим В) может, как это уже отмечалось выше, привести к переходным искажениям типа “ступенька”. В этом случае для исключения данных искажений целесообразно изменить структуру выходного каскада таким образом, чтобы выходные транзисторы работали с небольшим начальным током (режим АВ).

На рисунке 4 представлен пример подобной модернизации приведенной схемы усилителя с дифференциальным входом (рисунок 3).

Рис.4. Схема УНЧ на ОУ с дифференциальным входом и с низким уровнем искажений выходного каскада.

Элементы для схемы на рисунка 4:

• R1=R2=20к (равно или немного выше максимального сопротивления источника в рабочем диапазоне частот),
• RЗ=R4=1м-2м; R5=2к-10к, R6=1к-Зк,
• R7=47к-300к (подстройка усиления, К=1+R7/R6),
• R8=10, R10=10к-20к,R11=10к-20к;
• С1 =0.1-0.22, С2=0.1-0.22, СЗ=4.7мкФ-20мкФ, C4=0.1;
• ОУ - К140УД8, КР1407УД2, КР140УД12, КР140УД20, КР1401УД2Б или другие ОУ в типовом включении и желательно с внутренней коррекцией;
• Т1, Т2 - КТ3102, КТ3107 или КТ315, КТ361, или аналогичные;
• D2, D3 - КД523 или аналогичные;
• М - МД64, МД200, МЭК-3 или аналогичный (в),
• Т - ТМ-2А.

На рисунке 5 представлен пример УНЧ на транзисторах . В первых каскадах транзисторы работают в режиме микротоков, что обеспечивает минимизацию шумов УНЧ. Схема во многом аналогична схеме на рисунке 2. Для увеличения доли полезного сигнала низкого уровня на фоне неизбежных помех в схему УНЧ включен полосовой фильтр, обеспечивающий выделение частот в полосе 300 Гц -3.5 кГц.

Рис.5. Схема УНЧ на транзисторах с полосовым фильтром и варианты подключения микрофонов: а - УНЧ с полосовым фильтром, б - подключение динамического микрофона, в - подключение электретного микрофона.

Элементы для схемы на рисунке 5:

• R1=43к-51к, R2=510к (подстройка, Uкт2=1.2В-1,8В),
• R3=5.6к-6.8к (регулятор громкости), R4=3к, R5=8.2к,
• R6=8.2к, R7=180, R8=750; R9=150к, R10=150к, R11=33к,
• R12=620, R13=820-1,2к, R14=200-330,
• R15=100к (подстройка, Uэт5=Uэт6=1.5В), R16=1 к (подстройка тока покоя Т5 и Т6, 1-2мА);
• С1=10мкФ-50мкФ, С2=0.15-0.33, С3=1800,
• С4=10мкФ-20мкФ, С5=0.022, С6=0.022,
• С7=0.022, С8=1мкФ, С9=10мкФ-20мкФ, С10=100мкФ-500мкФ;
• Т1, Т2, Т3 -159НТ1 В, КТ3102Е или аналогичные;
• Т4, Т5 - КТ3102, КТ315 или аналогичные, но можно и устаревшие, германиевые транзисторы, например, МП38А,
• Т6 - КТ3107 (если Т5 - КТ3102), КТ361 (если Т5 - КТ315) или аналогичные, но можно и устаревшие, германиевые транзисторы, например, МП42Б (если Т5 - МП38А);
• М - МД64, МД200 (б), МЭК-3 или аналогичный (в),
• Т - ТМ-2А.

В данной схеме также целесообразно использовать транзисторы с большим коэффициентом усиления, но малым обратным током коллектора (Iк0), например, 159НТ1В (Iк0=20нА) или КТ3102 (Iк0=50нА), или аналогичные. Выходные транзисторы могут использоваться как кремниевые (КТ315 и КТ361, КТ3102 и КТ3107, и т.п.), так и германиевые (устаревшие транзисторы МП38А и МП42Б и т.п.).

Настройка схемы, как и в случае схемы УНЧ на рис.11.2, сводится к установке резистором R2 и резистором RЗ соответствующих напряжений на транзисторах Т2 и Т5, Т6: 1,5В - на коллекторе Т2 и 1,5В - на эмиттерах Т5 и Т6.

Конструкция микрофона

Из большого листа плотной бумаги с ворсом, под бархат, изготавливается труба диаметром 10-15 см и длиной 1.5-2 м. Ворс, как можно догадаться, конечно, должен быть не снаружи, а внутри. В один конец этой трубы вставляется чувствительный микрофон. Лучше если это будет хороший динамический или конденсаторный микрофон.

Однако можно воспользоваться и обычным, бытовым, микрофоном. Это может быть, например, динамический микрофон типа МД64, МД200 или даже миниатюрный МКЭ-3.

Правда, с бытовым микрофоном результат будет несколько хуже. Конечно, микрофон необходимо подключить с помощью экранированного кабеля к чувствительному усилителю с малым уровнем собственных шумов (рис.1 и 2). Если длина кабеля превышает 0.5 м, то лучше воспользоваться микрофонным усилителем, имеющим дифференциальный вход, например, УНЧ на ОУ (рис.

Это позволит уменьшить синфазную составляющую помех - различного рода наводки от ближайших электромагнитных устройств, фон 50 Гц от сети 220 В и т. д. Теперь о втором конце данной бумажной трубы. Если этот свободный конец трубы направить на источник звука, например, на группу разговаривающих людей, то можно услышать речь. Казалось бы ничего особенного.

Именно для этого и существуют микрофоны. И труба для этого совершенно не нужна. Однако удивительно то, что расстояние до разговаривающих может быть значительным, например, 100 и более метров. И усилитель, и микрофон, снабженный такой трубой, позволяют все достаточно хорошо слышать на таком значительном удалении.

Расстояние может быть даже увеличено при использовании специальных селективных фильтров, позволяющих выделять или подавлять сигнал в узких полосах частот.

Это дает возможность повысить уровень полезного сигнала в условиях неизбежно существующих помех. В упрощенном варианте вместо спецфильтров можно применить полосовой фильтр в УНЧ (рис. 4) или воспользоваться обычным эквалайзером - многополосным регулятором тембра, в крайнем случае - традиционным, т.с. обычным, двухполосным, регулятором тембра НЧ и ВЧ.

Литература: Рудомедов Е.А., Рудометов В.Е - Электроника и шпионские страсти-3.

Микрофоном называется электроакустический преобразователь звуковых колебаний в электрические сигналы. Еще недавно микрофоны были относительно редкими устройствами. Сегодня микрофоны - везде. У каждого в кармане есть смартфон, в котором устанавливают несколько микрофонов, иногда до четырех. Еще один микрофон - на руке, в смарт-часах. В iPhone 6 стоит три микрофона, а в iPhone 6S - даже четыре. Один прикладывают к уху при разговоре, другим пользуется при громкой связи, еще один используется для записи звука при съемке основной камерой. Один из микрофонов iPhone используется для шумоподавления. В режиме громкой связи могут использоваться сразу все четыре микрофона в зависимости от ориентации телефона.

В этой статье мы рассмотрим технические характеристики микрофонов и уделим особое внимание одной из основных характеристик - чувствительности, которую можно перевести из логарифмических единиц в линейные с помощью этого конвертера.

Производители микрофонов ежегодно выпускают миллиарды микрофонов. Первые микрофоны устанавливались в телефоны и радиопередатчики. Сейчас микрофоны используются в акустике (передача и преобразование в электрические сигналы и поток цифровой информации голоса, музыки, звуков естественного происхождения), а также для целей, не связанных с акустикой (в различных датчиках). В наши дни микрофоны используются во многих устройствах: телефонах, системах громкой связи, в аппаратуре радио- и телевизионного вещания, видеозаписи, в мегафонах, системах распознавания речи, системах устного перевода с участием человека-переводчика или (пусть не сегодня, но уже очень скоро) в полностью автоматизированных системах устного перевода.

Во многих системах микрофоны используются для целей, не связанных с акустикой. Это датчики для измерения расстояний, устройства, который могут включить и выключить различное оборудование в ответ на определенный звуковой сигнал, датчики, определяющие наличие определенных звуков, например детонационных стуков двигателей. При появлении детонационных стуков такие пьезоэлектрические датчики определяют их наличие, чтобы электронный блок управления смог принять меры для их предотвращения.

Классификация микрофонов

Существуют также специализированные микрофоны. Одним из примеров таких микрофонов являются гидрофоны, используемые для прослушивания и записи подводных звуков, например, издаваемых морскими млекопитающими или подводными лодками. Другими примерами являются контактные микрофоны и контактные пьезоэлектрические звукосниматели, которые улавливают звуковые колебания твердых объектов и, в то же время, плохо воспринимают колебания воздуха.

Микрофоны классифицируются по различным признакам:

Технические характеристики микрофонов

Какой тип микрофона выбрать для записи оркестра, певца, малого барабана или гитары? Кардиоидный, ненаправленный, а, может быть, остронаправленный высокочувствительный микрофон? А как насчет цены? Неужели микрофон за 20 тысяч долларов будет записывать звук в 200 раз лучше микрофона за 100 долларов или в 20 тысяч раз лучше микрофона за доллар (примерно столько стоят микрофоны, устанавливаемые в iPhone или недорогие компьютерные микрофоны). А что если я вам скажу, что микрофон-петличка за доллар, на котором даже нет названия, будет звучать намного лучше, чем Neumann за 20 тысяч, установленный на камере в пяти метрах от источника звука? Вполне возможно, что вы сможете ответить на эти вопросы, если научитесь читать и понимать технические характеристики микрофонов.

В качестве примера, рассмотрим характеристики кардиоидного динамического микрофона Shure PGA48:

• Чувствительность на частоте 1 кГц без нагрузки: –53,5 дБВ/Па (2,10 мВ/Па) при эталонном уровне чувствительности 1 Па = 94 дБ SPL
• Номинальный диапазон частот: 70–15000 Гц
• Характеристика направленности: кардиоида
• Модуль полного электрического сопротивления: 600 Ом
• Выходной соединитель: трехполюсный профессиональный соединитель (вилка) типа XLR

Теперь рассмотрим характеристики микрофонов более подробно.

Чувствительность в децибелах и линейных единицах

Микрофон представляет собой преобразователь, который преобразует звуковое давление в электрическое напряжение на выходе. Его чувствительность представляет собой соотношение между входным звуковым давлением и выходным электрическим напряжением. Она показывает насколько хорошо микрофон выполняет эту функцию преобразования. Высокочувствительный микрофон создает более высокое напряжение для определенного звукового давления, а значит, требует меньшего усиления в микшере или устройстве записи звука. Однако чувствительность никак не влияет на общее качество микрофона.

Чувствительность можно выразить в удобных линейных единицах в виде отношения напряжения на выходе микрофона в милливольтах на разомкнутом выходе или на нагрузке в 1 кОм к давлению синусоидального звукового сигнала с частотой 1 кГц. Именно такой подход, впрочем, весьма непоследовательный, принят в российских ГОСТах, описывающих параметры микрофонов и их измерение. Часто используемые логарифмические единицы не очень понятны людям далеким от техники.

Чувствительность микрофона обычно (в Европе и Америке, но не по российскому ГОСТу) выражается в логарифмических единицах (децибелах) и обычно измеряется с помощью излучения сигнала синусоидальной формы частотой 1 кГц и давлением 1 паскаль (1 Па = 1 Н/м² = 10 дин/см² = 10 микробар, которое соответствует уровню эквивалентного звукового давления 94 дБ SPL. Некоторые изготовители микрофонов используют другой эталонный уровень чувствительности - 74 дБ SPL, который соответствует давлению 0,1 Па или 1 дин/см². Однако рекомендуется использовать 94 дБ SPL, так как уровень звукового давления 74 дБ SPL слишком близок к типичному уровню шума.

Величина сигнала, снимаемого с микрофона, является мерой его чувствительности. Чем она выше, тем больше чувствительность микрофона. В связи с очень большим диапазоном человеческого слуха и удобства для измерения звуков пользоваться логарифмической шкалой, чувствительность микрофонов часто измеряют в децибелах относительно эталонного уровня чувствительности в 1 В/Па. Это очень большой уровень, намного превышающий чувствительность любого микрофона, поэтому их чувствительность в децибелах выражается отрицательными значениями. В этом конвертере единиц измерения для перевода чувствительности в децибелах в линейные единицы мВ/Па и наоборот используются следующие формулы:

S dB re 1V/Pa = 20 log 10 (TFmV/Pa/1000 mV/Pa)

TF mV/Pa = 1000 mV/Pa × 10(S dB re 1V/Pa/20).

S dB относительно 1В/Па - чувствительность в децибелах относительно 1 В/Па,

TF мВ/Па - чувствительность в мВ/Па и

1000 мВ/Па = 1 В/Па - эталонный уровень чувствительности, равный напряжению 1 В, вырабатываемом микрофоном при действии на него звукового давления в 1 Па.

Логарифмическая чувствительность в децибелах с указанным эталонным уровнем является «абсолютной» величиной, то есть, ее всегда можно преобразовать в мВ/Па или любые иные линейные значения.

Почему именно 94 или 74 децибела можно увидеть во всех статьях, посвященных чувствительности микрофонов? Это связано с уровнем порога слышимости человека, равного 2 10⁻⁵ Н/м² или 20 мкПа для синусоидальной волны частотой 1 кГц. Именно такой самый тихий звук может обнаружить здоровый молодой человек. Уровень звукового давления в децибелах P SPL , измеренный по относительной шкале для давления 1 Па, часто используемого для измерения чувствительности микрофонов, определяется по формуле

P SPL = 20·Log₁₀(P/P₀),

где P = 1 Па и P₀ = 2·10⁻⁵ Па. То есть,

P SPL = 20·Log₁₀(1/2·10⁻⁵) = 93,979 dB.

Если же использовать в качестве опорного уровня давление не в 1 паскаль, а в 1 дин/см² = 2·10⁻⁴ Па, то имеем:

P SPL = 20·Log₁₀(1/2·10⁻⁴) = 73,979 дБ.

Отметим, что эти две величины отличаются ровно на 20 децибел. Отметим также, что 94 и 74 децибела - это абсолютные значения звукового давления, равного 1 Па и 1 дин/см² соответственно. .

Более высокие значения чувствительности в децибелах указывают на более высокую чувствительность, например, микрофон с чувствительностью в –50 дБ является более чувствительным, чем микрофон с чувствительностью –65 дБ. Чувствительность гидрофонов обычно выражают в децибелах относительно эталонного уровня 1 В/мкПа.

Несмотря на то, что чувствительность не является показателем качества микрофона, эта характеристика имеет особое значение при записи таких слабых звуков, как, например, движение эмбрионов в куриных яйцах. В то же время, если нужно записать звук кузнечного молота, то при использовании высокочувствительного микрофона входные каскады предусилителя или микшера скорее всего будут перегружены, что приведет к появлению искажений. В остронаправленных микрофонах («пушках») для записи звуков от удаленных источников используются высокочувствительные головки. В то же время в микрофонах для записи речи или вокала, которые находятся всего в нескольких сантиметрах от источника звука, например, в упомянутом выше Shure PG48, установлены микрофонные капсюли значительно меньше чувствительности. Чувствительность микрофона - только один показатель среди множества других, которые следует учесть при выборе микрофона для конкретной области применения.

В технических характеристиках микрофонов чувствительность обычно указывается для разомкнутой цепи , то есть без нагрузки. Есть несколько причин измерения чувствительности именно таким образом. Во-первых, в этом случае можно рассчитать, как будет работать микрофон на любую нагрузку. Для этого нужно знать всего две величины: чувствительность без нагрузки и полное выходное сопротивление микрофона. Во-вторых, в современном оборудовании для обработки и усиления звука для эффективного использования микрофоны всегда подключают к высокоомной нагрузке, например, 200-омный микрофон следует подключать к нагрузке сопротивлением не менее 2 кОм. Тогда можно считать, что микрофон работает на разомкнутую цепь. Чувствительность для разомкнутой цепи удобна также для сравнения чувствительности различных микрофонов.

При сравнении чувствительности микрофонов различных изготовителей следует учитывать какие эталонные уровни чувствительности используются в характеристиках - упомянутые выше 94 или 74 дБ SPL. Например, взятый в качестве примера микрофон Shure PGA48, имеет чувствительность 2,1 мВ/Па, что соответствует чувствительности –73,5 дБ относительно 1В/дин см² и –53,5 дБ относительно 1 В/Па. Видно, что разность величин чувствительности в децибелах равна точно 20 дБ. Таким образом, для сравнения чувствительности микрофонов различных изготовителей можно воспользоваться нашим конвертером для преобразования различных значений к одному эталонному уровню чувствительности.

Ниже в таблице приведены типичные значения чувствительности микрофонов с различными типами преобразователей в дБВ/Па и мВ/Па.

Чувствительность по мощности

В литературе, посвященной динамическим микрофонам, выпущенной до середины прошлого века, да и в характеристиках самих микрофонов той поры можно найти характеристики чувствительности микрофонов по мощности, которые были приняты на заре развития радиовещания, когда была в ходу концепция согласования входного и выходного импеданса. В соответствии с этой концепцией, микрофон должен был подключаться к нагрузке с импедансом, равным внутреннему импедансу микрофона. Позже была принята идея согласования по напряжению, и она остается актуальной для микрофонов и усилителей и сейчас. То есть, сейчас считается, что импеданс любого предусилителя должен быть не менее, чем на порядок (в десять раз) выше, чем внутреннее сопротивление микрофона. Поэтому концепция чувствительности микрофона по мощности представляет исключительно исторический интерес и здесь не обсуждается.

Полоса воспроизводимых частот

График частотной характеристики показывает полосу воспроизводимых микрофоном частот в области 20 Гц - 20 кГц, то есть в диапазоне слуха человека. Часто на этом графике имеются кривые для различного расстояния от микрофона до источника звука. Диаграмма получена в результате тестирования микрофона в звукомерной (безэховой) камере, которая обеспечивает полное поглощение отраженных звуков. Испытуемый микрофон помещается перед калиброванным громкоговорителем, излучающим розовый шум, спектральная плотность которого затухает на 3 дБ на каждую октаву. Выходной сигнал микрофона анализируется и результаты анализа выдаются в форме графика частотной характеристики, на горизонтальной оси которого в логарифмическом масштабе указывается частота, а на вертикальной - относительный уровень сигнала в децибелах.

Характеристика направленности

Характеристика (диаграмма) направленности микрофона показывает зависимость чувствительности микрофона к направлению падения звуковой волны относительно его акустической оси. Обычно эту характеристику представляют в полярных координатах, в которых каждая точка на плоскости определяется расстоянием от начала координат до этой точки (полярным радиусом) и углом между нулевым направлением и направлением на эту точку (азимутом). Наиболее часто применяются ненаправленные микрофоны или направленные микрофоны с диаграммой направленности в полярных координатах в форме кардиоиды, субкардиоиды, гиперкардиоиды и суперкардиоиды. Имеются также двунаправленные микрофоны с диаграммой направленности в форме объемной восьмерки.

Полное внутреннее (выходное) сопротивление

Модуль полного внутреннего электрического сопротивления (импеданс) описывает сопротивление магнитной катушки или мембраны в случае ленточного микрофона, или выходное сопротивление предусилителя в случае конденсаторного микрофона. Диапазон значений модуля полного внутреннего сопротивления у разных типов микрофонов велик - от 1 ома у ленточного микрофона до десятков и сотен мегаом у конденсаторных микрофонов. Впрочем, в конденсаторных микрофонах всегда имеется внутренний предусилитель, выходное сопротивление которого значительно (на несколько порядков) меньше выходного сопротивления самой головки конденсаторного микрофона.

До середины пятидесятых годов прошлого века инженеры, занимающиеся вопросами звукозаписи, согласовывали импедансы микрофонов и усилителей. Однако в наши дни никто больше не озабочен вопросами согласования импедансов микрофонов с усилителями, так как обычно полное внутреннее выходное сопротивление самого микрофона или его предусилителя относительно низкое, в то время как входное сопротивление усилителя мощности или микшера относительно высокое (обычно выше более, чем на порядок).

Тепловой шум и эквивалентный уровень шума

Мы хорошо слышим тихий шипящий шум микрофонов и усилителей (не путать с сетевым гулом!), который представляет собой тепловой шум, являющийся результатом броуновского движения ионизированных молекул в проводнике, обладающем электрическим сопротивлением. Этот шум всегда присутствует и избавиться от него невозможно. Современные микрофоны имеют модуль полного внутреннего сопротивления 150–300 Ом и это сопротивление генерирует тепловой шум и при полном отсутствии звукового сигнала. Полупроводниковые приборы и резисторы усилителей, к которым подключаются микрофоны, также генерируют шум, который также невозможно устранить, но можно несколько уменьшить различными способами. Низкий уровень шума особенно полезен, когда приходится работать с очень тихими звуками, так как такие звуки могут «утонуть» в неизбежном шуме микрофона и усилителя.

Собственный шум микрофонов обычно приводится в их характеристиках в форме отношения сигнал-шум в децибелах или в форме величины собственного шума , которая указывается как эквивалентный уровень шума . Например, собственный шум конденсаторного микрофона iSK BM-800 равен 16 дБ(А). Здесь в децибелах с весовым фильтром А (дБ(А)) измеряется уровень звукового давления со взвешивающим фильтром типа А относительно звукового давления 20 мкПа, соответствующего порогу слышимости человека. А-фильтр предназначен для измерения относительно тихих звуков и для фильтрации низкочастотных шумов. При такой методике измерения собственных шумов хорошими считаются результаты ниже 15 дБ(А). Имеется и другая методика измерения шума, при использовании которой хорошими шумовыми характеристиками обладают микрофоны, если результат измерений менее 30 дБ.

Уровень предельного звукового давления

При записи звука необходимо знать какой предельный уровень звукового давления может выдержать используемый микрофон без превышения установленного в нормативно-технической документации суммарного коэффициента гармонических искажений (обычно 0,5, 1 или 3%) и, конечно, без ограничения сигнала, при котором синусоида превращается в меандр. 0,5-процентные искажения можно измерить, но нельзя услышать. Например, уровень предельного звукового давления микрофона iSK BM-800 равен 132 дБ на частоте 1 кГц при суммарном коэффициенте гармонических искажений 1%.

Динамический диапазон

Динамический диапазон микрофона определяется как диапазон звуковых давлений в децибелах, верхний предел которого ограничен уровнем предельного звукового давления, а нижний - эквивалентным уровнем собственного шума, измеренного с фильтром типа А. В нашем примере конденсаторного микрофона iSK BM-800 динамический диапазон можно рассчитать как 132 дБ – 16 дБ = 116 дБ. Следует отметить, что многие изготовители микрофонов не указывают динамический диапазон в технических характеристиках своих изделий.

Эффект близости

Каждый направленный микрофон характеризуется эффектом близости, который выражается в подчеркивании нижних частот при приближении источника звукового сигнала близко к микрофону. У ненаправленных микрофонов эффект близости отсутствует, в то время как у кардиоидных динамических вокальных микрофонов наблюдается усиление нижних частот до 16 дБ и даже более, если вокалист касается микрофона губами. Эффект близости обычно показывается на частотных характеристиках микрофонов в форме отдельных кривых с указанием расстояния от микрофона до источника звука. Ведущие радиопередач часто используют эффект близости для придания глубины своему голосу. В то же время, этот эффект может ухудшить разборчивость речи.

Гармонические искажения

В акустике суммарный коэффициент гармонических искажений сигнала определяется как отношение суммы мощностей всех гармонических компонентов к мощности основной частоты и характеризует линейность аудиосистемы. Обычно он выражается в процентах. Если полные гармонические искажения невелики, то компоненты акустической системы (микрофон, предусилитель, микшер, усилитель мощности и громкоговоритель) позволяют точнее воспроизводить звук. Для калибровки микрофона используют испытательный громкоговоритель, который излучает чистый синусоидальный звуковой сигнал. Воздействующий на микрофон звуковой сигнал анализируется на наличие первых пяти гармоник основной частоты.

Тип микрофонного соединителя

В микрофонах для бытового употребления обычно используются телефонные стерео или моно соединители типа TRS с диаметром вилки 6,35 мм, 3,5 мм или 2,5 мм. В профессиональных микрофонах чаще всего используется трехполюсный соединитель XLR, предназначенный для передачи балансного аудиосигнала. Иногда применяются и другие соединители, например, в радиолюбительской или профессиональной аппаратуре связи.

Трехполюсный соединитель XLR, используемый для балансной передачи звукового сигнала по экранированной витой паре, заслуживает особого внимания. Он используется в абсолютном большинстве профессиональных микрофонов. Балансные линии позволяют использовать длинные кабели, так как они уменьшают восприимчивость кабелей к внешним электромагнитным помехам. Кабель имеет две жилы для передачи звукового сигнала - по одному проводу идет прямой сигнал от микрофона (контакт 2), по другому инверсный (противофазный), полярность которого противоположна прямому сигналу (контакт 3). Эти два провода подключаются к входу дифференциального усилителя, который усиливает разность напряжений между двумя балансными линиями и подавляет помехи, которые являются синфазными. Скрутка проводов уменьшает электромагнитные помехи, вызванные электромагнитной индукцией. Третий провод - экранная оплетка кабеля, подключаемая к контакту 1 соединителя XLR.

Выводы

Мы надеемся, что, прочитав эту статью, вы сможете читать и понимать технические характеристики микрофонов, сравнивать их и выбирать микрофон, который вам нужен для выполнения конкретной задачи. Однако помните, что характеристики дают только объективную информацию об электроакустических возможностях микрофона и не могут показать как микрофон будет звучать. Они не могут рассказать всё о качестве микрофона. Например, они определенно не расскажут о качестве пайки элементов на печатной плате предусилителя или о качестве изготовления мембраны капсюля конденсаторного микрофона.

А как же насчет цены? Тут стоит помнить, что известные изготовители микрофонов используют те же рассчитанные на снобизм методы привлечения далеких от техники покупателей, которые используют компании, выпускающие духи и модную одежду . «Микрофоны Neumann признаны профессионалами по всему миру! Их можно найти в любой уважающей себя студии звукозаписи! Если у тебя есть Neumann - ты настоящий профессионал!»

В. М. Сапожков. Акустика. М. - «Книга по требованию»

Микрофон может использоваться как для записи музыки дома, стриминга или караоке, так и для концертных выступлений и записи целого оркестра. Динамические микрофоны, способные пережить резкие перепады звукового давления часто используют для точной передачи звука ударных, а конденсаторные микрофоны могут записывать даже самые тихие звуки.

Конденсаторные и динамические микрофоны

Конденсаторные микрофоны более чувствительны, имеют широкий частотный диапазон, передают звук достовернее и могут быть очень компактными. Но они слишком чувствительны к падениям или ударам и не могут работать на холоде. Кроме того, для работы конденсаторного микрофона нужно дополнительное питание 48 В. Такая функция есть во многих микшерных пультах, предусилителях, внешних звуковых картах и других устройствах с микрофонным входом. Если же его нет, можно дополнительно приобрести блок с фантомным питанием. Конденсаторные микрофоны чаще всего используют в студиях звукозаписи, на телевидении и при видеосъемке.

Динамические микрофоны выдерживают резкие звуки или перепады в звуковом давлении, поэтому их часто используют для записи ударных установок. Их конструкция более надежная и менее подвержена выходу из строя после падения. Для динамических микрофонов в меньшей степени характерна проблема «обратной связи», они меньше «ловят» низкочастотные шумы или призвуки. Но у них не самый широкий частотный диапазон и ниже достоверность передачи звука. Динамические микрофоны используют в студиях, на выезде, на концертах, в театрах и дома.

Характеристики микрофонов

Чувствительность микрофона указывается в дБ, и чем меньше это значение по модулю, тем проще микрофону записывать тихие звуки. Некоторые динамические микрофоны имеют достаточно низкую чувствительность в -70 дБ, тогда как многие конденсаторные микрофоны обладают более высокой чувствительностью на уровне от -46 до -35 дБ и выше. Если необходимо провести запись в непосредственной близости от микрофона, не нужно гнаться за устройствами с высокой чувствительностью, и наоборот, если задача предполагает извлечение достаточно тихих звуков в камерной атмосфере (акустическая гитара, струнный квартет), нужно позаботиться о микрофоне с более высокой чувствительностью.

Максимальный уровень звукового давления (SPL) показывает, на какую громкость звука рассчитан микрофон. Высокими значениями уровня звукового давления являются показатели более 90 дБ. Такой шум можно ощутить вблизи Ниагарского водопада или на рок-концерте. Уровень шума в тихой студии звукозаписи составляет 10 дБ, а взлетающий реактивный самолет способен развивать звуковое давление, близкое к болевому порогу человека в 130 дБ. Микрофоны с высоким показателем максимального уровня звукового давления стоит выбирать для концертной деятельности или любой другой области, где источник звука очень мощный.

Одни из самых важных параметров микрофона динамический диапазон (способность воспроизводить самые тихие и самые громкие звуки без искажений) и отношение «сигнал/шум» (разница в дБ между 94 дБ динамического диапазона микрофона и собственным шумом). Что чем это значение, тем лучше - вы получите более чистое, прозрачное и динамичное звучание.

Чем шире частотный диапазон, тем звук при передаче более естественный и натуральный - и басовые инструменты не «съедаются», и высокие ноты хорошо слышны. Почти все динамические микрофоны имеют диапазон от 50 – 80 Гц до 15 кГц - этого достаточно для вокала и большей части акустических инструментов, за исключением самых низко- и высокочастотных - контрафагота, тубы, большого органа, рояля, контрабаса, большого барабана и скрипки, цимбал и многих деревянных духовых инструментов. Если же стоит задача качественно записать выступление симфонического оркестра, микрофон лучше подбирать с более широким диапазоном - конденсаторный. Для простой передачи речи достаточно охвата в 100 –10 000 Гц.

Чем больше сопротивление микрофона, тем хуже его слышно, если не использовать микшерный пульт или звуковую карту со встроенными предусилителями. При подключении высокоомного микрофона к стандартному входу компьютера или караоке звук будет очень тихим.

Специализированные микрофоны

Микрофоны для общения по сети стоят недорого, поскольку от них не требуют высокого качества звукопередачи. Они бывают настольного исполнения либо в виде «прищепки» для крепления на одежду.

Микрофоны для больших конференций четко передают речь и устраняют посторонние звуки (кашель, шуршание бумаг). Их можно разделить на настольные поверхностные микрофоны, микрофоны «на гусиной шее», микрофоны пограничного слоя (встраиваются в стол или в кафедру вровень с их поверхностью), а также ручные, петличные и головные.

Когда за небольшим столом собирается группа из нескольких человек, не обязательно каждому ее участнику ставить отдельный микрофон, достаточно установить в центре стола один всенаправленный микрофон. Если же участвующих в конференции много, и им необходимо говорить часто по очереди или выступать по одному перед всеми, лучше использовать однонаправленный микрофон «на гусиной шее», кардиоидный или суперкардиоидный, который улавливает звук только непосредственно говорящего в него.

Более продвинутый вариант - большие конференц-системы, состоящие из пульта «председателя» (который может управлять другими микрофонами), пультов «делегатов» и головного устройства, которое позволяет делать переводы, запись самой конференции и назначение групп делегатов. У таких пультов есть кнопка вкл/выкл, возможность подключения наушников, у некоторых - выбор перевода, встроенный динамик и подсветка на стержне микрофона.

Микрофоны для записи видео фотоаппаратом имеют возможность установки в «горячий башмак» (hot shoe) фотоаппарата и подключаются к нему через разъем 3,5 мм mini-jack (реже XLR).

Беспроводные микрофоны

Беспроводные микрофоны очень удобны и часто бывают необходимы в разных сферах - в театрах, на концертах или лекциях в больших аудиториях. Первое, что здесь необходимо учитывать - это расстояние, на котором может работать система, в среднем это 50 – 60 м. Но существуют и системы с дальностью действия до 100 м. Если нужно использовать несколько радиосистем в одном месте, нужно учитывать, сколько радиосистема может иметь разных частот, чтобы они не создавали друг другу проблем.

Головной или петличный микрофон, работающий с радиосистемой, имеет поясной (или карманный) передатчик, микрофон к которому подключается кабелем небольшой длины. Но не всякий микрофон можно подключить к любому передатчику. Недостаток беспроводных микрофонов - необходимость смены батареек или подзарядки аккумуляторов в среднем через 6 ч работы.

Дорогой профессиональный микрофон нет смысла приобретать, если нет соответствующего оборудования для его подключения - предусилителей или студийных звуковых карт и профессиональных записывающих устройств, а также подготовленного помещения (студии). Он не сможет работать в таких условиях в соответствии с заявленными характеристиками.

Если вы ищете недорогой, но качественный и надежный микрофон для дома, например, чтобы петь в домашнем караоке или записывать вокал на ноутбук, лучше выбрать динамический микрофон, поскольку он наименее подвержен поломке при случайных падениях или ударах и не требует дополнительного питания. Достаточно подключить его к звуковой карте, караоке-системе или в микшерный пульт.

Если микрофон подбирается для записи подкастов в домашних условиях, нужно учесть, насколько он чувствителен и «капризен» - конденсаторный микрофон с высокой чувствительностью будет записывать звуки работающих электроприборов в комнате. Для их устранения нужно будет позаботиться о дополнительных аксессуарах: поп-фильтре и микрофонной стойке.

Справочная статья, основанная на экспертном мнении автора.