Электретные микрофоны

Принцип действия электретных микрофонов аналогичен принципу действия конденсаторных, с тем отличием, что для их работы не требуется внешний источник питания. Мембрана таких микрофонов получает электрический заряд в процессе производства, и для их питания достаточно небольшого напряжения (обычно около 1,5 Вольта), которое обеспечивается установленной в микрофоне батареей. По сравнению с конденсаторными, мембрана электретных микрофонов значительно толще, поэтому их чувствительность и частотные характеристики несколько хуже. Появившиеся недавно обратно-электретные микрофоны несколько компенсируют этот недостаток.

Фантомное питание

Фантомное питание - это постоянный ток (обычно 12-48 вольт), используемый для питания электроники конденсаторного микрофона. Это напряжение подается по микрофонному кабелю от микшера с источником фантомного питания или от другого внешнего устройства. 

Источники фантомного питания имеют ограничители по току, которые предотвращают повреждение динамического микрофона в случае короткого замыкания или неправильной распайки. Обычно балансные динамические микрофоны могут быть подключены ко входам с фантомным питанием без каких-либо проблем.

Переходный отклик

Переходный отклик характеризует способность микрофона откликаться на быстро меняющуюся звуковую волну. 

Для того, чтобы микрофон трансформировал звуковую энергию в электрическую, звуковая волна должна физически перемещать диафрагму микрофона. Тяжелой динамической диафрагме требуется больше времени, чтобы начать двигаться, чем легкой конденсаторной диафрагме. И точно также динамической диафрагме, по сравнению с конденсаторной диафрагмой, требуется больше времени, чтобы прекратить движение. Переходный отклик динамических микрофонов не так хорош , как у конденсаторных. 

Динамическому микрофону требуется почти вдвое больше времени, чтобы отреагировать на звук. Ему также требуется больше времени, чтобы перестать колебаться. Поскольку конденсаторные микрофоны в целом имеют лучший переходный отклик, чем динамические, они лучше подходят для инструментов, имеющих резкую атаку или расширенный высокочастотный спектр в звуке, например, тарелок. Переходный отклик определяет более ясный, отчетливый звук конденсаторных микрофонов, и более мягкий, округлый звук динамических микрофонов.

Амплитудно-частотная характеристика

Амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) - Выходной уровень микрофона по всему рабочему спектра частот и чувствительность к ним.

Микрофон, выход которого одинаков для всех частот имеет пологую АЧХ. Микрофоны с пологой АЧХ обычно имеют расширенный диапазон. Они воспроизводят сигналы от различных источников звука без изменения или окраски оригинального звука.  Микрофон, чья АЧХ имеет пики или провалы в определенных частотах имеет рельефную АЧХ.

Рельефная АЧХ обычно используется в конкретных приложениях. Например, микрофон может иметь пик в области 1-2 кГц, чтобы улучшить разборчивость вокала. Такой профиль называется подъемом. Микрофон может также иметь меньшую чувствительность к некоторым частотам. Примером тому может быть уменьшенная отдача на низких частотах (срез низа), с целью минимизирования не нужного бум-бум.

Выбор микрофона с пологой или же рельефной АЧХ опять-таки зависит от источника звука, аппаратуры, и окружающей среды. Микрофоны с пологой АЧХ обычно желательны при воспроизведении звука таких инструментов, как акустическая гитара или фортепиано, особенно при высококачественной аппаратуре. Они также обычно применяются при стерео расстановке микрофонов и при удаленной, более метра от источника звука, установке: отсутствие пиков отдачи минимизирует обратную связь и дает более естественный звук.

С другой стороны, микрофоны с рельефной АЧХ предпочтительнее для вокалистов, и некоторых инструментов, таких как ударные или гитарные усилители, которые выиграют от усиления отдачи, сильнее проявляясь в общей картине. Также они полезны, когда надо ослабить прием нежелательных звуков и шумов за пределами диапазона инструмента.

ХАРАКТЕРИСТИКИ ЗВУКА

Звуковой сигнал можно представить, как совокупность различных синусоидальных составляющих. Каждая составляющая характеризуется рядом параметров.

• Высота звука - определяется частотой звуковой волны (или, периодом волны). Чем выше частота, тем выше звучание:

увеличить слайд в новом окне >>>

Высота звука измеряется в герцах (Гц, Hz) или килогерцах (КГц, KHz). 1 Гц = 1/С. То есть колебание в 1 Гц соответствует волне с периодом в 1 секунду.

• Громкость звука - определяется амплитудой сигнала. Чем выше амплитуда звуковой волны, тем громче сигнал.

увеличить слайд в новом окне >>>

Громкость звука измеряется децибеллах и обозначается дБ. Единица измерения, названная в честь Александра Грэма Белла. Приставка деци применяется для обозначения единиц в долях, равных 1/10. Соответственно, децибел — это 1/10 Бела. Белл определяется, как логарифм отношения электрических, акустических или других мощностей:

Бел = log(P1/P0) дБ = 10 х log(P1/P0)

Чувствительность человеческого уха к громкости звука носит логарифмической характер, поэтому их мощность, выраженная в децибелах, точнее отражает наше восприятие звуков.

Покажем чему равно в децибелах отношение мощностей 2 Вт и 1 Вт:

дБ = 10 х log(P1/P0) = 10 х log(2/1) = 10 х log 2 = 3.01 = 3

Увеличение мощности в 2 раза соответствет увеличению на 3 дБ.

Покажем чему равно в децибелах отношение мощностей 100 Вт и 10 Вт:

дБ = 10 x log(P1/P0) = 10 x log(100/10) = 10 x log 10 = 10 x 1 = 10

Увеличение или уменьшение мощности в 10 раз соответствует 10 дБ.

Оратите внимание, что шкала дБ - относительная.

Громкость — это уровень мощности, которая пропорциональна амплитуде звукового сигнала. Громкость определяют в дБm — относительно стандартного значения 1 мВт. Тогда шкала приобртает абсолютное значение.

Субъектино ухо воспринимает не мощность, а звуковое давление на барабанную перепонку. Чем же отличается уровень звука от мощности? Мощность звука — это совокупная звуковая энергия, которую излучает источник звука, например громкоговоритель. Звуковое давление — это звуковая энергия, которая попадает на единицу площади, удаленную от источника звука на расстояние 1м.

Для характеристики уровней звукового давления используется уравнение

дБ SPL = 20 x log(P1/P0)

где P0 и P1 звуковое давление.

Двухкратное увеличение звукового давления соответствует 6 дБ, а десятикратное — 20 дБ.

Звуки, которые различаются на 3 дБ, ухом воспринимаются одинаковыми по громкости!

Звук, давление которого на 10 дБ выше, для уха будут звучать в два раза громче.

Следует отметить, что громкость — субъективная характеристика, которая зависит от частоты. Лучше всего ухо воспринимает звук в диапазоне от 1 до 4 кГц. За 0 дБ принят уровень звукового давления, соответствующий порогу слышимости здорового молодого человека в этом диапазоне частот.

Уровни звукового давления, характерные для различных источников

Пистолетный выстрел на расстоянии нескольких шагов - 140 дБ.

• Болевой порог  - 130 дБ.

• Реактивный двигатель (в салоне самолета)  - 80 дБ.

• Негромкий разговор  - 70 дБ.

• Шорох в тихой комнате  - 40 дБ.

• Шумы в студии звукозаписи  - 30 дБ.

• Порог слышимости  - 0 дБ.

Отметим, что ухо человека воспринимает одинаковую громкость на разных частотах, как звуки разной громкости.

ЗВУКИ ОДИНАКОВОЙ МОЩНОСТИ, НА РАЗНЫХ ЧАСТОТ:

Увеличить слай в новом окне>>>

Для компенсации этого явления используют зазличные фильтры (тонкомпенсация), которые уменшают амплитуду средних частот и повышают амплитуду крайних частот.

Допустимые нормы шума

По санитарным нормам, допустимым уровнем шума, который не наносит вреда слуху даже при длительном воздействии на слуховой аппарат, принято считать: 55 децибел (дБ) в дневное время и 40 децибел (дБ) ночью. Такие величины нормальны для нашего уха, но, к сожалению, они очень часто нарушаются, особенно в пределах больших городов.

Уровень шума в децибелах (дБ)

Действительно, часто нормальный уровень шума бывает существенно превышен. Вот примеры лишь некоторых звуков, с которыми мы сталкиваемся в нашей жизни и то, сколько децибел (дБ) в действительности эти звуки содержат:

• Разговорная речь колеблется от 45 децибел (дБ) до 60 децибел (дБ), в зависимости от громкости голоса;

• Автомобильный гудок достигает 120 децибел (дБ);

• Шум интенсивного уличного движения – до 80 децибел (дБ);

• Детский плач – 80 децибел (дБ);

• Шум работы разнообразного офисного оборудования, пылесоса – 80 децибел (дБ);

• Шум работающего мотоцикла, поезда — 90 децибел (дБ);

• Звук танцевальной музыки в ночном клубе — 110 децибел (дБ);

• Шум пролетающего самолета – 140 децибел (дБ);

• Шум ремонтных работ – до 100 децибел (дБ);

• Приготовление пищи на плите – 40 децибел (дБ);

• Шум леса от 10 до 24 децибел (дБ);

• Смертельный для человека уровень шума, звук взрыва — 200 децибел (дБ).

Как можно видеть, большинство из шумов, с которыми мы сталкиваемся буквально каждый день, существенно превышают допустимый порог нормы. И это лишь естественные шумы, с которыми мы не можем ничего поделать. А ведь есть еще шум от телевизора, громкой музыки, которым мы сами подвергаем свой слуховой аппарат. И собственноручно наносим нашему слуху огромный вред.

Какой уровень шума наносит вред?

Если уровень шума достигает 70-90 децибел (дБ) и продолжается довольно длительное время, то такой шум при длительном воздействии может привести к заболеваниям центральной нервной системы. А длительное воздействие шума уровнем более 100 децибел (дБ) может приводить к существенному снижению слуха вплоть до полной глухоты. Поэтому вреда от громкой музыки мы получаем гораздо больше, чем удовольствия и пользы.

Что происходит со слухом при воздействии шума?

Агрессивное и длительное шумовое воздействие на слуховой аппарат может приводить к перфорации (разрыву) барабанной перепонки. Следствием этого является понижение слуха и, как крайний случай, полная глухота. И хотя перфорация (разрыв) барабанной перепонки является обратимым заболеванием (т.е. барабанная перепонка может восстановиться), однако процесс восстановления долгий и зависит от тяжести перфорации. В любом случае, лечение перфорации барабанной перепонки проходит под наблюдением врача, который выбирает схему лечения после осмотра.

Как не допустить ухудшения слуха?

Теперь, когда мы знаем причины ухудшения слуха, можно с легкостью сказать, что если избегать длительного агрессивного воздействия шума на слуховой аппарат, то этого одного уже будет достаточно для того, чтобы не происходило ухудшения со слухом. Тем не менее, необходимо давать нашим ушам отдых: бывать в тишине, выезжать в места, где уровень шума пониженный, не слушать громко музыку, телевизор и т.п. В итоге, чем больше времени мы сможем проводить в спокойных, расслабляющих местах, тем больше мы сможем восстановить наш слух, который будет долго служить нам верой и правдой.