Что такое усиление микрофона и как оно влияет на микрофонные сигналы?

При покупке микшера, предусилителя или даже некоторых микрофонов вы наверняка видели надпись "Gain". Это странный регулятор, который часто не имеет никаких цифр или индикаторов уровня. Так что же такое микрофонное усиление и как оно влияет на микрофонные сигналы?

Регулятор усиления представляет собой электрическую цепь, через которую проходит аудиосигнал после выхода из микрофона. Правильная настройка и использование этого регулятора обеспечивают чистый звук при записи или для слушателей. Он также улучшит тембральное качество звука.

Является ли усиление тем же самым, что и громкость?

Или, другими словами... Есть ли разница между Gain и Volume? Некоторые считают, что это, по сути, одно и то же, просто они имеют разные названия. Если они делают разные вещи, то имеет ли это значение? Ответ на этот вопрос - однозначно да.

Важно понимать разницу между Volume и Gain. Когда вы это поймете, то навсегда измените тональное качество того, что вы записываете, играете или поете. Но прежде чем перейти к этому, давайте убедимся, что мы точно понимаем, что такое усиление и громкость.

Что такое громкость?

Начнем с этого, поскольку он наиболее прост для объяснения. Под громкостью обычно понимается уровень выходного звука, который измеряется в децибелах.

Если говорить простым языком, то это уровень громкости звука после его обработки. То есть насколько громким будет звук, который вы можете услышать.

С практической точки зрения

Если вы занимаетесь микшированием музыки, то это уровень, который вы подаете на стереовыход с отдельного канала. Если вы играете на гитаре через усилитель, то громкость - это то, насколько громко вы включили усилитель. Или, если вы ведете машину, то громкость - это громкость музыки, звучащей из автомобильной системы.

В принципе, громкость равна громкости. Однако важно помнить, что, хотя громкость и увеличивает громкость, она не изменяет качество звучания того, что вы слышите. Оно просто становится громче. 

Исключением из этого правила является перегрузка какой-либо части системы, например, усилителя или колонок, что приведет к искажениям, которые повлияют на качество звука. Но пока ничего не перегружается, увеличение громкости не влияет на качество звучания.

Если это громкость, то что такое усиление?

В старые добрые аналоговые времена усиление было простым понятием. Но в современном цифровом мире оно стало несколько более запутанным, поскольку под ним стали понимать разные вещи.

Отчасти в этом можно обвинить стремление производителей воссоздать и скопировать аналоговое оборудование, продолжая развивать свои собственные идеи.

Определения могут запутаться

Некоторые люди стали использовать слово gain как обозначение громкости. То есть "громкость на выходе", в отличие от "громкости на входе" в систему. Это часто можно наблюдать в цифровых плагинах. На компрессоре можно увидеть функцию, обозначенную как "makeup gain". Это означает регулировку для компенсации выходной громкости, но получило другое название.

Более точное описание заключается в том, что усиление - это децибелы, поступающие в систему. Таким образом, коэффициент усиления контролирует громкость, или то, насколько громко что-то звучит, до начала любой обработки. Это уровень громкости, который подается на предусилители, плагины или усилители, т.е. их вход, а не выход.

Важное различие

Очень важно понимать это различие. После любой обработки громкость выходного сигнала не изменит тональных характеристик звука. А вот коэффициент усиления, точнее, его уровень до обработки, изменит.

Коэффициент усиления микрофона

Итак, как усиление влияет на микрофонные сигналы? Прежде чем мы перейдем к этому вопросу, я буду использовать слово "амплитуда". Давайте убедимся, что мы все точно знаем, что это такое.

Амплитуда

Звуковые волны создают звук, а звуки создаются молекулярными колебаниями. Когда вы ударяете по тарелкам или барабану, они вибрируют. Вибрации, в свою очередь, заставляют молекулы воздуха двигаться, и они удаляются от источника вибрации.

Эти молекулы достигают ушей, и барабанная перепонка вибрирует. Затем косточки уха начинают вибрировать точно так же, как вибрировала исходная звуковая волна.

Есть два важных элемента вибрации. Частота, то есть частота колебаний волны, и амплитуда, или размер вибрации. И то, и другое влияет на звучание любого объекта.

Размер вибрации

Это амплитуда, которая определяет, насколько громким будет звук. Если представить волны на графике, то чем громче звук, тем больше звуковая волна. Большие колебания создают более громкие звуки.

Амплитуда - это показатель интенсивности и силы звуковой волны. Для ее измерения мы используем измеритель уровня звукового давления или SPL-метр. Вы, несомненно, сталкивались с показателями SPL при изучении технических характеристик микрофонов.

Почему же я рассказываю об этом?

Потому что амплитуда увеличивается за счет усиления микрофона, чем больше усиление, тем больше волна. Следовательно, тем громче звук, который вы собираетесь пропустить через свои возможности обработки.

Таким образом, микрофонное усиление увеличивает амплитуду сигнала. Кроме того, оно повышает уровень сигнала до линейного уровня по сравнению с микрофонным. Это делает сигнал совместимым с аудиооборудованием профессионального уровня.

Коэффициент усиления регулируется микрофонным предусилителем, который является первой электрической цепью, с которой сталкивается сигнал после выхода из микрофона.

Линейный уровень и уровень микрофона

Что такое микрофонный коэффициент усиления

Номинальный выход микрофона составляет от -60 dBu до -40 dBu. Но профессиональное оборудование работает на линейном уровне. Номинально это +4 dBu. Под профессиональным оборудованием я подразумеваю цифровые звуковые рабочие станции и качественные микшерные пульты.

Это лишь средние значения, реальные значения могут быть несколько иными. Они могут отличаться:

• Громкостью в источнике звука
  
• Расстоянием между микрофоном и источником звука.
• Чувствительностью микрофона.
• Уровнем усиления, который был применен к микрофонному сигналу.

Существуют и другие факторы, но эти являются наиболее распространенными.

Линейный уровень значительно сильнее микрофонного. Поэтому для их совместимости необходимо значительно усилить сигнал микрофонного уровня. Обычно для этого достаточно усиления в диапазоне от 44 до 64 дБ, что опять же зависит от вышеперечисленных факторов.

Различные типы сигналов

Микрофоны предназначены для вывода сигналов микрофонного уровня. Затем этот сигнал поступает на предусилитель, который повышает его до уровня, пригодного для использования и обеспечивающего требуемое качество звука. Для ознакомления с некоторыми отличными вариантами предусилителей ознакомьтесь с нашим полным обзором лучших микрофонных предусилителей, которые вы можете купить.

Аналогично, входы линейного уровня предназначены для приема сигналов линейного уровня. Поэтому, если подключить микрофон прямо к входу линейного уровня, результат будет не очень хорошим. Вы получите очень низкоуровневый сигнал, который едва можно услышать, а соотношение сигнал/шум будет очень плохим - шипения будет больше, чем реального сигнала.

Два возможных варианта усиления микрофона

Коэффициент усиления предусилителя обеспечивает усиление сигнала до линейного уровня.

Это может происходить двумя различными способами:

• В случае "активного" микрофона усиление может осуществляться с помощью предусилителя внутри микрофона. Внешний источник питания, такой как сетевой шнур переменного тока, USB-порт или батареи, обеспечит необходимую мощность.
  

Усиление, которое подается с помощью отдельного предусилителя, который может быть аудиоинтерфейсом, микшерным пультом или отдельным предусилителем.

В случае варианта 1 схема находится внутри микрофона. В варианте 2 сигнал получает усиление после выхода из микрофона. Давайте рассмотрим оба варианта подробнее.

• Усиление от предусилителя внутри микрофона
  

Активные микрофоны имеют предусилитель, установленный непосредственно после капсюля в корпусе микрофона. Он может увеличивать напряжение, а также уменьшать импеданс сигнала. Низкий импеданс лучше, поскольку сигнал не деградирует при прохождении по кабелям, как это происходит при высоком импедансе.

Некоторые активные микрофоны также оснащены переключателями затухания. Это уменьшает амплитуду выходного сигнала для предотвращения искажений, которые могут быть вызваны перегрузкой микрофона, если, например, он расположен рядом с ударной установкой.

Различные типы активных микрофонов

Существует два основных типа активных микрофонов. В традиционном мире существуют конденсаторные микрофоны, для работы которых необходимо фантомное питание. Они очень чувствительны и нуждаются во внешнем источнике питания (фантомном питании), либо передаваемом по микрофонному кабелю от аудиоинтерфейса, предусилителя или микшерного пульта, либо работающем от собственного блока питания, подключенного к сети.

Даже при наличии автономного питания они не вырабатывают достаточной мощности для получения сигнала линейного уровня, поэтому их необходимо подключать к микшерному пульту, специальному предусилителю или аудиоинтерфейсу для обеспечения усиления, необходимого для получения качественного уровня сигнала. Однако при правильном подборе предусилителя они дают фантастические звуковые результаты.

В современном мире существуют микрофоны с питанием от USB и аккумуляторов. Они, как и следовало ожидать, питаются от USB или батареек и обычно используются для общения в Интернете, например, в Skype. Messenger и т.д., а также для подкастинга, ведения блогов и влогов. В профессиональной звукозаписи они используются редко.

Эти типы микрофонов подключаются непосредственно к ПК или Mac через порт USB. Поэтому они не требуют аудиоинтерфейса или какого-либо предусилителя и сами усиливают сигнал до нужного уровня, чтобы компьютер создал правильный уровень сигнала. Обычно это не дает того качества звука, которое можно назвать "профессиональным", поэтому для профессиональной записи они, как правило, не используются.

Усиление, подаваемое с отдельного предусилителя

Мы видели, что микрофоны выдают сигналы микрофонного уровня. Мы также видели, что для их согласования с линейным уровнем требуется усиление. Микрофонные предусилители обеспечивают такое усиление.

Работа с отдельным предусилителем

Микшерный пульт обычно имеет встроенные предусилители. Однако многие звукорежиссеры предпочитают использовать автономные предусилители, поскольку их качество выше, а возможности для звуковых экспериментов более разнообразны.

Если вы подключаете отдельный предусилитель, убедитесь, что сигнал с него поступает на линейный, а не на микрофонный вход. Автономные предусилители также можно подключать к DAW через цифровой интерфейс или аналого-цифровой преобразователь. 

Для приема различных сигналов в DAW (Digital Audio Workstation) потребуется аудиоинтерфейс; многие из них оснащены микрофонными входами, в том числе встроенными предусилителями. Ознакомьтесь с нашими подробными обзорами лучших аудиоинтерфейсов, лучших USB-аудиоинтерфейсов и лучших аудиоинтерфейсов для iPad, представленных на рынке.

Подготовка микрофона

Роль микрофонного предусилителя очевидна. Это первая цепь, через которую проходит сигнал с микрофона. На этом этапе микрофонный предусилитель готовит сигнал с микрофона к работе с другими аудиоустройствами. При необходимости он также может обеспечить микрофон фантомным питанием +48 вольт.

Влияет ли усиление микрофона на его сигналы?

Мы выяснили, что роль микрофонного усиления заключается в том, чтобы взять сигнал микрофонного уровня и усилить его до линейного уровня, чтобы он был на нужном уровне и обеспечивал максимальное качество звука. Однако то, сколько усиления вам потребуется для этого, зависит от нескольких моментов.

• Во-первых, насколько чувствителен используемый микрофон? То есть выходной сигнал по отношению к уровню звукового давления, или SPL. Понятно, что более чувствительный микрофон обычно требует меньшего усиления.
  
• Во-вторых, насколько близко расположен микрофон к источнику звука? В зависимости от близости к источнику микрофон может потребовать меньшего усиления. Хорошим примером является барабан. Микрофон, расположенный близко к ударной установке, потребует меньшего усиления, чем микрофон, расположенный дальше.
  

Итак, давайте вкратце рассмотрим вопрос о близости.

Расстояние прежде всего

Каждый микрофон имеет свой индивидуальный эффект близости. Если расположить его слишком близко к источнику, то, скорее всего, он будет подчеркивать низкие частоты и станет басовитым. Расстояние имеет значение при настройке микрофона. Поэтому не стоит располагать микрофон слишком близко или, конечно, слишком далеко, если вы не хотите использовать эффект близости для получения определенного звучания или тембрального качества.

На тембр, особенно вокала, будет влиять расстояние, на котором микрофон находится от источника. Поэтому сначала добейтесь нужного тембра, а затем соответствующим образом отрегулируйте усиление. Не регулируйте усиление, думая, что это регулятор громкости. Это не так.

Не переусердствуйте

При подаче усиления на микрофонный сигнал не переусердствуйте. Легко дать слишком много, и сигнал начнет "клиппировать". В старые добрые аналоговые времена мы выжимали максимум по нескольким причинам. Первая заключалась в том, что отношение звука к шуму на ленте было ужасным, и если у вас не было сильного сигнала, то в итоге получалось больше шипения, чем реального звука, издаваемого инструментом.

Вторая причина заключалась в том, что, поскольку все было аналоговым, цифрового клиппинга не существовало. Если переборщить, то звук насыщался (или искажался, но в приятной форме). Это можно было использовать для создания лучшего звука.

Однако с цифровыми технологиями дело обстоит совсем иначе: если в цифровом устройстве происходит клиппинг, то результат всегда отрицательный: на записи появляются выпадения, щелчки или звуковые сигналы. Именно поэтому интерфейсы, предусилители и пульты обычно имеют индикатор, часто красного цвета, который предупреждает о слишком высоком входном усилении. На некоторых устройствах перед красным цветом также загорается желтый сигнал, чтобы дать понять, что вы уже близки к этому. 

Но для цифровой записи всегда лучше, чтобы сигнал был зеленым, иногда желтым, но никогда не красным.

Что касается использования USB/цифрового микрофона

Появление USB-микрофонов добавило несколько интересных конструктивных решений. Эти микрофоны имеют встроенные АЦП, аналого-цифровые преобразователи, а также встроенный предусилитель. Предусилитель располагается перед АЦП, поэтому он является первым, с чем сталкивается микрофонный сигнал.

Предусилитель имеет достаточный регулируемый коэффициент усиления для получения сигнала, необходимого PC или Mac для качественного уровня сигнала.

Итак, что же такое Gain Staging...

Я не буду слишком углубляться в этот вопрос, поскольку он достаточно сложен для целой статьи. Но в самом простом виде гейн стейджинг возникает при использовании двух или более устройств, имеющих регулятор усиления. Например, компрессор и предусилитель.

Вы можете подключить микрофон непосредственно к предусилителю, который затем направляет сигнал на аппаратный компрессор, после чего возвращает его в предусилитель, который затем поступает на линейный уровень вашего аудиоинтерфейса. Если предусилитель не имеет посыла и возврата, их можно включить последовательно.

Таким образом, вы получаете два различных регулятора усиления: один для компрессора, другой для предусилителя. То, как вы установите эти два регулятора усиления, окажет большое влияние на звучание, позволяя придать ему любую форму. Например, увеличивая усиление компрессора, вы подаете больше усиления на предусилитель, что может насытить его, создавая более плотный и насыщенный звук.

Ключом к эффективной регулировке усиления является постоянное экспериментирование, пока не получится желаемое звучание, при этом всегда нужно помнить, что конечный сигнал не должен превышать пороговое значение цифрового сигнала.

Правильное оборудование

Однако независимо от того, что именно вы записываете, для получения желаемых результатов вам потребуется качественное оборудование. Прежде всего, вам понадобится отличный микрофон. Для некоторых это может быть дорого, но по цене лучше этого вокального конденсаторного микрофона AKG Pro Audio C4i4 XLII не найти.

Если же вы предпочитаете более доступный USB-вариант, то есть Blue Yeti USB Microphone. Это скорее бюджетный микрофон, но он отлично подходит для подкастинга, ведения блога, влоггинга и базовой домашней записи.

А один из лучших аудиоинтерфейсов из династии Rupert Neve - Focusrite Scarlett 4i4 3rd gen. И от той же компании - специализированный отдельный микрофонный предусилитель Focusrite ISA One Classic Single-channel Mic Pre-Amplifier with Independent D.I.

Заключение

Усиление в сравнении с громкостью

Регулятор усиления нужен для того, чтобы регулировать уровень входного сигнала инструмента или голоса, чтобы обеспечить идеальный уровень для записи. Регулятор громкости нужен для того, чтобы создать правильный баланс каждого голоса и инструмента в миксе.

Поэтому на первом месте стоит регулировка усиления, а на втором - регулировка громкости.

Все кажется таким простым, когда это объясняется.