Что такое чувствительность микрофона?

Вы, вероятно, заметили, что некоторым микрофонам для достижения одинакового уровня сигнала требуется большее усиление от предусилителя, чем другим. Поэтому некоторые микрофоны более чувствительны, чем другие. Но что такое чувствительность микрофона? Давайте выясним...

Рассмотрим, чем не является чувствительность микрофона

Первое, что необходимо прояснить, - это то, что чувствительность микрофона не регулируется. Изменяя громкость микрофона, вы не изменяете его чувствительность. Если увеличить громкость, то она, конечно, возрастет, но чувствительность микрофона останется прежней.

При определенном уровне звукового давления он выдает определенное количество сигнала.

Номинальная чувствительность

Этот показатель определяется силой звукового сигнала или, другими словами, выходным напряжением по отношению к уровню звукового давления.

Чувствительность микрофона определяется тем, насколько хорошо он работает в качестве преобразователя. Если вы не знаете, что такое преобразователь, давайте объясним это немного подробнее...

Преобразователь

Все микрофоны можно охарактеризовать как преобразователи. Задача преобразователя - принимать акустическую энергию и преобразовывать ее в электрическую. Другими словами, принимать звук и преобразовывать его в электрический сигнал. Именно это и делают микрофоны.

По тому, насколько хорошо микрофон справляется с этой задачей, можно судить о его чувствительности. Тип преобразователя можно определить по тому, как он работает. Существует два основных типа - динамический и конденсаторный. Подробнее о них мы расскажем чуть позже.

Высокие или низкие частоты - часть 1

Выбор микрофона с высокой или низкой чувствительностью может показаться простым решением. Но все зависит от ситуации, в которой он будет использоваться. И прежде чем принять такое решение, необходимо многое учесть. 

Эта статья посвящена чувствительности микрофона. Как она влияет на то, для чего мы его используем, и что следует учитывать при выборе микрофона.

Что такое чувствительность микрофона?

Рассмотрев, чем она не является, рассмотрим, чем она является. Его можно описать как определенный вход, дающий определенное количество выхода. Под входом понимается уровень звукового давления, действующий на мембрану микрофона.

Он измеряется с использованием стандартного входного сигнала в качестве эталона. Это синусоидальный сигнал частотой кГц с уровнем звукового давления 94 дБ, или, говоря другим языком, 1 паскаль или Па.

Как это работает?

Как я уже говорил, все микрофоны можно рассматривать как преобразователи. Они преобразуют энергию из одной формы в другую. В микрофоне это преобразование механической энергии в электрическую.

Вход и выход микрофона имеют разные формы энергии. Не углубляясь в Паскаля или ньютоновскую физику, приведем их краткое описание.

Вход микрофона

Входной сигнал микрофона - это уровень звукового давления, который поступает на мембрану. Он измеряется в дБ SPL или Па. ДБ SPL - это децибелы звука, соотнесенные с порогом слышимости человека. То есть 0 дБ SPL.

Выход микрофона

Это напряжение, подаваемое через выходной разъем. Оно измеряется в мВ или дБВ.

Чувствительность аналоговых и цифровых микрофонов измеряется по-разному. Аналоговые измеряются в единицах мВ/Па. Цифровые микрофоны измеряются путем оценки выходного сигнала, генерируемого при входном уровне SPL 94 дБ. Расчеты для определения обоих показателей различны.

Имеет ли это значение?

Мы рассматриваем расчеты и описания, которые для многих людей ничего не значат. Так имеет ли это значение?

Для звукорежиссеров - безусловно. А также для вас, если вы используете микрофон. Важно понимать чувствительность микрофона и использовать ее соответствующим образом. Полезно знать, какую часть сигнала мы можем ожидать получить от микрофона. Вы можете спросить, почему.

Высокий или низкий - часть 2

Низкий уровень

Если вы пытаетесь записать инструмент с громким источником звука, это будет отличаться от записи инструмента с более тихим звуком. Например, если вы пытаетесь записать ударную установку, то внезапно возникший мощный источник звука создаст высокий уровень SPL.

Поэтому лучше использовать микрофон с низкой чувствительностью. То же самое можно сказать и о микрофоне для громкой записи гитары или бас-гитары. Они, скорее всего, создадут огромные пики звука, т.е. высокий SPL. 

Еще одно соображение

Некоторые микрофоны специально разработаны для записи высоких уровней звукового давления. Мембрана микрофона изготовлена из тонкого слоя материала, который может быть уязвим.

Стоит надавить на нее слишком сильным звуковым давлением, и она будет повреждена. Не самая приятная ситуация. Поэтому звукорежиссеры знают об этом и предпочитают использовать микрофоны с низкой чувствительностью при записи громких источников звука.

Но...

И всегда есть одно "но". Микрофоны с низкой чувствительностью отлично подходят для записи громких звуков, но как быть с более тихими звуками? Микрофон с низкой чувствительностью может не обеспечить необходимый уровень выходного сигнала.

Применять большое усиление предусилителя к микрофону с низкой чувствительностью - не самая лучшая идея. Это приведет к увеличению уровня окружающего звука в записи, а также к появлению шумов предусилителя. Это также приведет к увеличению отношения сигнал/шум и, следовательно, к снижению качества аудиосигнала.

Высокий

Однако может потребоваться запись более тихих, нюансированных, тонких инструментов. Или, например, звуки, раздающиеся вдалеке. В этом случае, вероятно, лучше использовать микрофон с высокой чувствительностью. Они предназначены для записи более тихих инструментов, не создающих слишком высокого уровня звукового давления.

Приемлемый уровень звукового давления у высокочувствительных микрофонов гораздо ниже. Поэтому они не очень хорошо работают с "горячими" источниками звука, такими как кик-барабан, о котором я только что рассказал.

Чувствительность активных и пассивных микрофонов

Если говорить в общем, то активный микрофон будет более чувствительным, чем пассивный. Это не связано с конструкцией диафрагмы. Более высокая чувствительность обусловлена наличием внутренних компонентов, усиливающих звук перед выходом микрофона.

Чувствительность микрофона не регулируется

Как уже говорилось, чувствительность микрофона изменить нельзя. Увеличение громкости не является регулировкой чувствительности. Чувствительность остается постоянной: при воздействии определенного уровня звукового давления микрофон выдает определенный сигнал.

Таким образом, все, что мы делаем с микрофоном, не может изменить его чувствительность, не так ли? Нет, это не совсем так.

Мультипаттерновый микрофон

Интересно то, что существуют микрофоны, имеющие до четырех различных полярных диаграмм направленности. При переключении между этими полярными диаграммами меняются некоторые характеристики сбора звука. В том числе и чувствительность.

Поэтому изменение полярной диаграммы направленности может оказывать незначительное влияние на чувствительность микрофона.

Неправильное понимание и использование слова "чувствительность"

Иногда это слово используется как синоним слов "реактивный" или "хрупкий". Однако в мире микрофонов они означают разные вещи.

Хрупкость

Если мембрана хрупкая, то это не имеет никакого отношения к чувствительности, как мы ее здесь обсуждаем. Преобразование звука в ток не имеет никакого отношения к тому, сколько ударов может выдержать диафрагма, прежде чем будет повреждена.

Например, мы все знаем, что мембрана ленточного микрофона может быть очень хрупкой. Значит ли это, что она также чувствительна? Не обязательно. Наименее чувствительным является пассивный динамический ленточный микрофон по сравнению с динамическими, конденсаторными и активными ленточными микрофонами.

Реактивность

То, как реагирует мембрана, играет важную роль в преобразовании энергии в сигнал. Но эта роль в большей степени связана с качеством сигнала, то есть с переходной характеристикой или частотной характеристикой. Реактивность диафрагмы не является важнейшей составляющей чувствительности микрофона. Она относится скорее к качеству.

Например, если снова использовать ленточный микрофон, то он часто более реактивен, чем конденсаторный или микрофон с подвижной катушкой. Однако ленточный микрофон, как правило, имеет самые низкие показатели чувствительности.

Что определяет чувствительность микрофона?

Я уже упоминал, что чувствительность микрофона определяется тем, насколько эффективно он работает как преобразователь. Но внутри этого процесса преобразования есть три отдельных действия, которые оказывают влияние.

• Реакция мембраны на различные уровни звукового давления.
  
• Эффективность типа преобразователя.
• Усиление звукового сигнала внутри микрофона.

Существует два типа преобразователей, с которыми мы наиболее хорошо знакомы. Это конденсаторный и динамический с подвижной катушкой. Но мы можем создать третий тип, если включим в него динамический ленточный микрофон с подвижной катушкой. Давайте кратко рассмотрим все три варианта.

Динамические микрофоны с подвижной катушкой

Эти микрофоны работают на основе электромагнетизма. Они имеют катушку из медного провода, закрепленную на подвижной диафрагме. Сама диафрагма находится в магнитном поле. Провод движется в магнитном поле и, таким образом, создает звуковой сигнал или переменное напряжение.

Однако многие инженеры считают, что это неэффективно. Сочетание диафрагмы и провода делает его тяжелым и не таким реактивным. Вырабатываемое напряжение очень мало, и иногда для увеличения мощности требуется пассивное устройство.

А если попытаться усилить сигнал слишком сильно, то это приведет к искажениям и снижению частотной характеристики.

Динамический, ленточный микрофон

Капсюль ленточного микрофона изготовлен из очень тонкого алюминия. Он располагается между двумя магнитами. Звуковое давление перемещает ленту по магнитному полю. Это дает переменное напряжение или звуковой сигнал.

Лента может быть очень хрупкой. Это физический недостаток. Как мы уже говорили, чувствительность и хрупкость - это разные вещи. Опять же, в этой системе напряжение, создаваемое лентой, очень мало.

Существует два типа ленточных микрофонов, и оба они имеют свой собственный способ доведения напряжения до уровня, который можно использовать.

Пассивные ленточные микрофоны используют встроенные трансформаторы для повышения напряжения.

В активных ленточных микрофонах для этого используется активная электроника.

Конденсаторные микрофоны

Работают по электростатическому принципу. Имеются две параллельные пластины, образующие конденсатор. Одна из них неподвижна, а другая является подвижной диафрагмой. На пластины подается внешний постоянный заряд, а в некоторых моделях используется электретный материал, на котором поддерживается постоянное напряжение.

Зазор между пластинами изменяется в зависимости от величины звукового давления. Таким образом, изменяется емкость. Это приводит к изменению выходного переменного напряжения - звукового сигнала.

Выходное напряжение, однако, остается относительно низким, и для усиления сигнала перед выходом используется активная электроника.

На этом этапе

Стоит упомянуть, что существуют различия в способах измерения чувствительности. Существует европейская система измерения чувствительности и американский вариант. 

Используются обе системы, и у всех наблюдателей есть свои любимые способы измерения чувствительности. Я упоминаю об этом только для того, чтобы вы были в курсе. Потому что здесь не хватит места для подробного объяснения различий и способов измерения,

Что такое чувствительность микрофона - что и где использовать

В реальности не существует установленных правил. Нет единого описания функциональности, которое бы подходило для всех целей и применений. Другими словами, нет установленных правил, когда следует использовать высоко- или низкочувствительный микрофон.

При любом подходе к проблеме существуют переменные. Одна из них - качество предусилителя, к которому подключается микрофон. Низкочувствительный микрофон потребует большего усиления от предусилителя, что часто может добавить проблем в виде нежелательных шумов в сигнал.

Если вы собираетесь использовать низкочувствительный микрофон для записи более тихих источников звука, то предусилитель должен быть очень хорошим.

Но... Обобщая

Обобщать всегда рискованно. Но для целей данной статьи необходимо иметь некоторые базовые рекомендации.

Для чего лучше использовать низкочувствительные микрофоны:

• Для микрофонирования акустических ударных установок, особенно ударных.
• Если вы подключаете микрофон к гитарному или басовому усилителю.
• Запись рожков.
• Некоторые виды вокала (в зависимости от естественной громкости и стиля певца).
• Любой инструмент или звуковой эффект, создающий высокий уровень SPL.
• Для чего лучше использовать высокочувствительные микрофоны
• Запись естественного звука, особенно на расстоянии.
• Голос за кадром
• Акустическая гитара.
• Акустическое фортепиано (но это может зависеть от агрессивности пьесы).
• Струнные инструменты, соло или группа.
• Деревянные духовые и нежные медные.
• Мягкий вокал.

Вот и все. Основы чувствительности микрофона и почему она важна. Итак, теперь вы должны знать практически все, что вам нужно знать по этому вопросу. Если вы думаете о покупке нового микрофона для конкретной цели, вот несколько примеров каждого из трех рассмотренных нами микрофонов:

Легендарный динамический микрофон Shure SM57, качественный ленточный микрофон, идеально подходящий для вокала или монофонического оверхеда, - ленточный микрофон AEA R84A, и, наконец, вероятно, самый известный конденсаторный микрофон, который можно купить, - Neumann U87, идеально подходящий для вокала и практически всего остального.

Что такое чувствительность микрофона - делаем правильный выбор

Выбор микрофона с правильной чувствительностью, как вы теперь понимаете, очень важен. Конечно, существуют пересечения, когда низкочувствительный микрофон может справиться с высокочувствительной ситуацией. Но правильный выбор чувствительности поможет вам на пути к отличной записи.