Un microfon (denumit adesea microfon prin apocop ) este un traductor electroacustic, adică un dispozitiv capabil să convertească un semnal acustic într- un semnal electric .
Utilizarea microfoanelor este acum răspândită și contribuie la numeroase aplicații practice:
De asemenea, numiți micro , prin metonimie , traductoare electromagnetice de chitară electrică ( pickup de chitară ) și traductoare piezoelectrice ( piezo pickup ) utilizate pentru instrumente al căror sunet este destinat să fie amplificat.
Componenta electronică care produce sau modulează tensiunea sau curentul electric în funcție de presiunea sonoră se numește capsulă . Termenul de microfon este folosit și de sinecdoșă . O țesătură sau o rețea protejează în general această parte fragilă.
Prima utilizare a termenului de microfon a desemnat un fel de corn acustic . David Edward Hughes l-a folosit mai întâi pentru a se referi la un traductor acustic-electric. Îmbunătățind dispozitivul lui Graham Bell , Hugues afirmă capacitatea dispozitivului pe care l-a inventat co-de a transmite sunete mult mai scăzute.
O diafragmă vibrează sub efectul presiunii sonore și un dispozitiv care se bazează pe tehnologia microfonului transformă aceste oscilații în semnale electrice. Proiectarea unui microfon include o parte acustică și o parte electrică, care va defini caracteristicile sale și tipul de utilizare.
Dacă membrana este în contact cu unda sonoră pe o singură parte, în timp ce cealaltă se află într-o carcasă cu presiune atmosferică constantă, aceasta vibrează în funcție de variațiile de presiune. Vorbim despre un senzor acustic de presiune . Acest tip de senzor reacționează în același mod la undele sonore, indiferent de direcția de origine. Este insensibil la vânt. Este baza microfoanelor omnidirecționale .
Microfoanele cu efect de suprafață sunt senzori de presiune atașați la o suprafață într-o oarecare măsură formând un deflector, care dublează presiunea sonoră din emisferă limitată de suprafața portantă (A se vedea PZM (microfon) (ro) ).
Senzori cu gradient de presiune (bidirecțional sau directivitate în 8)Dacă membrana este în contact cu unda sonoră pe ambele părți, aceasta nu vibrează atunci când o undă vine peste, deoarece suprapresiunile sunt egale pe ambele părți. Acest tip de membrană se numește senzor acustic de gradient de presiune . Aceasta este baza microfoanelor bidirecționale sau cu 8 direcții .
Tipuri mixte sau variabileCombinând aceste două tipuri, fie prin mijloace acustice, controlând într-un mod mai subtil accesul undelor sonore la fața din spate a membranei, fie prin mijloace electrice, prin combinarea semnalului de la două membrane, obținem directivități utile, în cardioid special (numit și unidirecțional):
capsulă | omnidirecțional | bidirecțional | cardioid | raport | |
---|---|---|---|---|---|
formulă | |||||
sunet în axă | 100%, 0 dB | ||||
partea lui | (90 °) | 50%, -6 dB | |||
spatele lui | (180 °) | 0%, -∞ dB |
Microfoanele cu directivitate largă cardioidă , super- cardioidă și hipercardioidă sunt construite prin schimbarea proporțiilor dintre componenta omnidirecțională și componenta bidirecțională. Microfoanele pot asigura reglarea directivității sau comutarea.
Aceste construcții permit acordarea unei importanțe mai mari unei surse către care este direcționat microfonul și atenuarea câmpului sonor reverberat, care vine din toate direcțiile. Definim un indice de directivitate ca expresia, în decibeli, a raportului dintre un sunet care vine pe axa microfonului și un sunet de aceeași presiune acustică efectivă provenind dintr-o sursă difuzată în mod ideal (provenită de pretutindeni în jurul microfonului).
omnidirecțional
cardioid
supercardioid
hipercardioid
bidirecțional
capsulă | formulă | indicele de directivitate |
unghi pentru atenuare la | nivel pentru un unghi de | |||
---|---|---|---|---|---|---|---|
-3 dB | -6 dB | -∞ dB | 90 ° (sunet lateral) | 180 ° (sunet din spate) | |||
omnidirecțional | 0 dB | - | - | - | 0 dB | 0 dB | |
cardioid | 4,8 dB | 65 ° | 90 ° | 180 ° | -6 dB | -∞ dB | |
supercardioid | 5,7 dB | 56 ° | 75 ° | 120 ° | -9 dB | -10 dB | |
hipercardioid | 6,0 dB | 52 ° | 70 ° | 110 ° | -12 dB | -6 dB | |
bidirecțional | 4,8 dB | 45 ° | 60 ° | 90 ° | -∞ dB | 0 dB |
Microfoanele cu tuburi de interferență dau directivități accentuate, dar puternic dependente de frecvențe. Datorită formei lor alungite, ele sunt numite microfoane de pușcă .
Dimensiunea diafragmeiMărimea membranei influențează conversia la vibrații și apoi la un semnal electric .
În contact cu un perete perpendicular pe direcția de propagare, o undă sonoră dezvoltă o putere proporțională cu aria și cu pătratul presiunii sonore:
sau o membrană de microfon cu diametrul de 20 mm atinsă de o undă sonoră perpendiculară cu o presiune de 1 Pa . Suprafața peretelui este de 3,14e -4 m², puterea sonoră pe membrană este de 0,76 μW .
Doar o parte din această putere poate fi recuperată sub forma unui semnal electric care descrie unda sonoră. Cu cât membrana este mai mare, cu atât este mai puțin necesară amplificarea semnalului și, prin urmare, cu atât este mai puțin supusă procesării, ceea ce duce inevitabil la o anumită cantitate de zgomot și distorsiuni.
Prin urmare, dimensiunea diafragmei determină sensibilitatea maximă a microfonului. Dar de îndată ce cea mai mare dimensiune a membranei devine semnificativă în ceea ce privește lungimea de undă a unui sunet, ea constituie, pentru undele sonore care nu ajung perpendicular, un filtru de pieptene . Desigur, intervin alte fenomene precum difracția de pe margini, ceea ce face ca răspunsul real să fie mai complex.
Prezența unui înconjurător rigid în jurul membranei creează un efect de suprafață care crește presiunea sonoră pentru frecvențe a căror lungime de undă este mai mică decât dimensiunea ansamblului membrană-înconjurător. Acest obstacol poate fi plat sau sferic, constituie în jurul unei capsule a senzorului de presiune un filtru acustic, precum grila de protecție, care delimitează o cavitate ale cărei caracteristici influențează răspunsul microfonului, în special la cele mai mari frecvențe.
Aplicațiile ( telefon mobil , microfon lavalier ) care necesită microfoane mici limitează astfel dimensiunea membranei.
Primele microfoane, utilizate pentru prima dată în telefoane, au folosit variația rezistenței unei pulberi granulare de carbon atunci când sunt supuse presiunii. Când pulberea este comprimată, rezistența scade. Dacă curentul este trecut prin această pulbere, acesta va fi modulat în funcție de presiunea acustică pe membrană care apasă pe pulbere. Evident, numai senzorii de presiune pot fi construiți în acest fel. Aceste microfoane sunt insensibile, funcționează pe o gamă limitată de frecvențe, iar răspunsul lor este doar aproximativ liniar, ceea ce provoacă distorsiuni. Au avantajul că pot produce o putere destul de mare fără amplificator. Au fost folosite în telefoane , unde a fost apreciată robustețea lor, și în radio înainte de introducerea metodelor care dădeau rezultate mai bune.
Microfon cu bobină dinamică în mișcareÎn microfoanele electromagnetice în bobină în mișcare, o bobină este lipită de membrană, ceea ce face ca aceasta să vibreze în câmpul magnetic puternic fixat al unui magnet permanent. Mișcarea creează o forță electromotivă care creează semnalul electric. Deoarece conversia energiei sonore emise de acțiunea presiunii acustice asupra membranei dă direct un curent utilizabil, se spune că aceste microfoane sunt dinamice , deoarece, spre deosebire de microfoanele din carbon și microfoanele cu condensator, nu au nevoie de „hrană”.
Apariția în anii 1980 a magneților de neodim a permis câmpuri magnetice mai intense, cu o îmbunătățire a calității microfoanelor electromagnetice.
Microfon panglicăÎn microfoanele cu panglică electromagnetică, membrana este o panglică flexibilă în relief instalată în câmpul magnetic al unui magnet permanent. Funcționează ca microfonul cu bobină în mișcare electromagnetică, cu avantajul ușurinței părții în mișcare. Nu necesită energie. Impedanța de ieșire este mult mai mică decât cea a altor tipuri și este destul de fragilă.
Microfon condensatorÎn microfoanele cu condensator , membrana, acoperită cu un strat conductor subțire, este una dintre armăturile unui condensator , încărcate de o tensiune directă, cealaltă armătură fiind fixată. Vibrația trage armăturile împreună și îndepărtează, variind capacitatea . Deoarece sarcina este constantă și egală cu produsul tensiunii și capacității, schimbarea capacității produce o schimbare inversă a tensiunii. Impedanța de ieșire este foarte mare. Microfoanele cu condensator necesită o sursă de alimentare, pe de o parte pentru polarizarea condensatorului, pe de altă parte pentru amplificatorul adaptorului de impedanță care trebuie să fie aproape de membrană.
Puterea poate fi furnizată de un conductor special conectat la o cutie de interfață care asigură, de asemenea, potrivirea impedanței. Cu toate acestea, acest lucru este valabil doar pentru câteva microfoane extrem de înalte. Majoritatea modelelor folosesc alimentarea fantomă , numită astfel deoarece nu necesită drivere suplimentare.
Sensibilitatea microfoanelor cu condensator este mai mare decât cea a microfoanelor dinamice. Este necesară o putere sonoră mai mică pentru a vibra diafragma singură decât dispozitivul diafragmă-bobină, iar amplificatorul de potrivire a impedanței atrage foarte puțină energie. Acest amplificator este proiectat pentru senzor și controlează, de asemenea, lățimea de bandă; răspunsul condensatorului singur este un filtru trece-jos ( Rayburn 2012 , p. 33). Acești amplificatori au fost compuși mai întâi dintr-un tub de electroni și un transformator . Mai recent, nivelul lor de zgomot și distorsiune, precum și sensibilitatea lor la interferențe au fost reduse prin utilizarea tranzistoarelor sau a tranzistoarelor cu efect de câmp , fără transformatoare.
Microfon cu condensator de înaltă frecvențăCondensatorul format de membrană și o armătură fixă nu este polarizat de o tensiune directă, ci constituie, cu o rezistență, un filtru a cărui frecvență de întrerupere variază ca capacitatea. Prin urmare, nivelul de modulație de înaltă frecvență urmează vibrația membranei. Următoarea etapă are o demodulare pe o diodă care acționează tranzistoarele de ieșire.
Microfon cu condensator electretMicrofoanele cu condensator electret profită de proprietatea anumitor materiale pentru a păstra o încărcare electrostatică permanentă. Un astfel de material formează o armătură a condensatorului, membrana cealaltă. Microfoanele Electret nu au nevoie de o tensiune de polarizare, dar au un amplificator de potrivire a impedanței, care necesită alimentare. Dacă tensiunea de vârf de ieșire nu este prea mare, această energie poate fi alimentată de o baterie.
Încărcarea de polarizare scade în timp, ceea ce duce la pierderea sensibilității microfonului de-a lungul anilor.
Proiectarea sau alegerea unui model existent trebuie să ia în considerare utilizarea pentru care este destinat microfonul:
Calitatea transcrierii sunetului depinde de caracteristicile și calitatea microfonului, dar și, și în principal, de locația microfonului în raport cu sursa, precum și de mediul de înregistrare a sunetului (zgomot, vânt etc.) .
Directivitatea este o caracteristică esențială a microfonului. Acesta indică sensibilitatea sa în funcție de originea sunetului în raport cu axa sa.
Omnidirecțional | Cardioid larg | Cardioid | Hipercardioid | Butoi (lobi) | Bi-direcțional sau figura 8 | |
---|---|---|---|---|---|---|
În tabel, microfonul este așezat vertical și îndreptat în sus. |
Diagrama polară reprezintă sensibilitatea microfonului în funcție de direcția de origine a undei sonore. Lungimea punctului central de pe curbă indică sensibilitatea relativă în decibeli . În majoritatea cazurilor, sensibilitatea depinde doar de direcția relativă la axa principală a microfonului; în caz contrar, sunt necesare două diagrame. Directivitatea depinde și de frecvență ; diagramele complete includ mai multe curbe ale valorilor relative. În general, diagrama este simetrică și se pot pune, pentru o mai bună lizibilitate, jumătate de curbă pe ambele părți ale axei.
Cel mai adesea, răspunsul în frecvență este cel mai uniform atunci când microfonul este orientat spre sursă. Dacă alte sunete nu se amestecă cu cel al sursei principale, diferențele de răspuns în afara axei pot fi utilizate pentru a uniformiza tonul.
Profesioniștii în sunet tind să prefere microfoanele cu condensator decât dinamica de studio. În general, acestea oferă un raport semnal-zgomot mult mai mare și un răspuns de frecvență mai larg și mai lin.
Pentru surse foarte puternice, cum ar fi un instrument de percuție , instrumente de alamă sau un amplificator pentru o chitară electrică , un microfon dinamic are avantajul de a absorbi presiuni acustice puternice. Robustețea lor îi face deseori preferați pentru scenă.
Microfonul cu condensator are avantajul unor răspunsuri excelente tranzitorii și de lățime de bandă, printre altele datorită ușurinței părții în mișcare (doar o membrană conductivă, în comparație cu masa bobinei unui microfon dinamic). De obicei au nevoie de putere, de obicei putere fantomă . Acestea includ adesea opțiuni de procesare a semnalului, cum ar fi un modulator de directivitate, un atenuator de frecvență joasă sau chiar un limitator de volum (Pad).
Microfoanele cu condensator sunt populare printre profesioniști datorită fidelității lor de reproducere.
La nivel de sunet profesioniști folosesc toate senzori de presiune microfoane (omnidirecționale) electrostatice. Această utilizare necesită calibrarea microfonului; pistonphone este un dispozitiv utilizat în mod obișnuit în acest scop.
Ușor miniaturizat, microfonul electret este utilizat pe scară largă în domeniul audiovizual (microfon lavalier, microfon cu cască etc.) unde este apreciat pentru raportul său de dimensiune / sensibilitate. Cele mai bune modele reușesc chiar să concureze cu unele microfoane cu condensator din punct de vedere al sensibilității.
Electrii actuali beneficiază de o construcție care depășește această enervantă speranță de viață limitată pe care electret o cunoaște încă din anii 1970.
Microfon Grundig vechi (cărbune).
Microfon dinamic pentru karaoke .
Shure SM57 și echivalentul său Beta57 (dinamic).
Sennheiser 845 (dinamic).
Microfon AKG C414 (voce, voce, condensator).
Neumann U89i (universal, condensator).
Neumann U87 (universal, condensator).
Oktava 319 (instrumente, condensator).
Microfon electret miniatural.
O capsulă de microfon dă un semnal corespunzător unui punct din spațiul sonor. Aranjamentele capsulelor dau mai multe semnale care fac posibilă reprezentarea direcției sursei sau obținerea unor directivități speciale.
Accesoriile pentru microfon sunt