05 Mikrofoni (PDF 3863 KB)

22.9.2013.
MIKROFONI
1 Uvod u elektroakustiku
2 Fiziološka i psihološka akustika
3 Buka i karte buke
4 Akustika prostorija
5 Mikrofoni
6 Elektrodinamički zvučnici
7 Zvučnici u kutiji i filtri
8 Pojačala snage
9 Digitalna elektroakustika
10 Analogno i digitalno snimanje zvuka
11 Projektiranje sustava ozvučenja
12 Mjerenja u elektroakustici
U PDF inačici nisu vidljive animacije
Ozren Bilan
2011
Podjela mikrofona po akustičkom
tlaku
Mikrofoni su elektroakustički pretvarači koji akustičku energiju posredstvom mehaničkih sistema
pretvaraju u električnu.
Zvučna informacija postoji kao niz promjenjivih zvučnih tlakova. Mikrofoni pretvaraju ovaj niz
promjena zvučnih tlakova u analogno promjenjiv napon.
Korisnik mikrofona zainteresiran je za točnost ove pretvorbe. Koncept točnosti korisnik naziva vjernost.
Postoji čitav niz pristupa koji se pri tome mogu iskoristiti. Mikrofoni se mogu podijeliti prema:
 električnom principu pretvorbe energije ili
 prema akustičkoj podijeli.
Obzirom na akustiku, mikrofone dijelimo ovisno o tome da li akustički tlak djeluje na membranu
samo s jedne ili s obje strane na:
 tlačne
 gradijente
22.9.2013.
Ozren Bilan
2
1
22.9.2013.
Podjela mikrofona po
sustavu pretvorbe
Ovisno o mehaničko-električnom sustavu, po kojem pretvaraju mehaničke
vibracije u audio napon, mikrofone dijelimo na:
 elektrodinamičke
 kondenzatorske
Prema tome, mikrofon bilo kojeg tipa s obzirom na sustav pretvorbe, može se
izvesti kao tlačni ili gradijentni mikrofon. Nadalje elektrodinamički mikrofoni
se dijele na:
 mikrofone s trakom
 mikrofone s titrajnom zavojnicom
Kondenzatorski mikrofoni mogu biti
 pravi kondenzatori ili
 elektret
Osim navedenih, postoji još nekoliko tipova mikrofona čija je primjena u
elektroakustici potpuno zanemariva, pa ih nedemo analizirati (npr. ugljeni i
piezo mikrofon).
22.9.2013.
Ozren Bilan
3
Karakteristike usmjerenosti
Tlačni pretvarač odziva se na promjene tlaka na jednoj strani membrane.
Koristimo pojam kružne karakteristike kako bi opisali krivulju usmjerenosti
tlačnog mikrofona.
Teoretski je osjetljivost mikrofona jednaka, bez obzira na kut upada zvučnih
zraka. Jednadžba kojom opisujemo ovu krivulju je
s=1
gdje je s osjetljivost.
Gradijentni mikrofon odziva se na razliku tlakova među dvije strane
membrane. Rezultirajuda krivulja usmjerenosti naziva se bidirekcionalna ili
osmičasta karakteristika. Opisana je jednadžbom:
s = cos ()
gdje je s osjetljivost pretvarača, a  je kut upadnih zvučnih zraka, gdje 0
označava zvuk direktno ispred membrane. Važno je uočiti kako se može
dogoditi da de pozitivni upadni tlak, u ovisnosti o kutu upada, dati negativni
napon.
22.9.2013.
Ozren Bilan
4
2
22.9.2013.
Tlačni mikrofon
Membrana tlačnog mikrofona ugrađena je u kudište
tako da zvučni tlak djeluje na nju samo s jedne strane.
Tlak koji s vanjske strane djeluje na mikrofon sastavljen
je od atmosferskog tlaka p0, i tlaka zvučnih komponenti
p(t).
Unutar kudišta mikrofona vlada tlak p0, jer je na kudištu
rupica koja spaja unutrašnjost mikrofona i vanjski
prostor.
Na membranu onda djeluje samo zvučni tlak p(t), silom
jednakom umnošku zvučnog tlaka p(t) i površine
membrane S.
F= S p(t) = S pm cos ωt
22.9.2013.
Ozren Bilan
5
Usmjerenost tlačnog elementa
Bududi da je sila kojom zvučni tlak djeluje na površinu
membrane tlačnog mikrofona neovisna o kutu upadnih
zraka, karakteristika usmjerenosti tlačnog mikrofona je
kružnica.
s=1
22.9.2013.
Ozren Bilan
6
3
22.9.2013.
Usmjerenost gradijentnog elementa
Kudište gradijentnih mikrofona omogudava djelovanje tlaka s obje strane
membrane.
Na prednju stranu djeluje tlak p1, a na stražnju tlak p2.
Zbog različite duljine putova između ovih tlakova dolazi do fazne razlike.
Karakteristika usmjerenosti gradijentnog mikrofona ima oblik osmice. Najveda
osjetljivost je pri okomitom upadu zvučnog tlaka, dok je pri bočnom upadu,
osjetljivost jednaka 0.
s = 1+ cosα
22.9.2013.
Ozren Bilan
7
Tlačni + gradijentni
Kombinacija tlačnog i gradijentnog mikrofona ima
karakteristiku usmjerenosti u obliku bubrega ili
kardioidu. Uz pretpostavku da oba mikrofona
imaju za isti zvučni tlak isti izlazni napon, serijska
suma napona tlačnog i gradijentnog mikrofona je:
e1 + e2 = e1 + e2 cosα= e1 (1 + cos α)
Karakteristika usmjerenosti - kardioida, može se
dobiti i sumom radijus vektora svake točke na
kružnoj i osmičastoj karakteristici.
U gornjem dijelu krivulja je suma signala u fazi, a
u donjem dijelu razlika signala, zbog protufaze u
donjem dijelu osmičaste karakteristike.
22.9.2013.
Ozren Bilan
8
4
22.9.2013.
Promjenjiva karakteristika
usmjerenosti
AKG M 251
1959 AKG je predstavio mikrofon s velikom membranom,
promjenjivom
karakteristikom
usmjerenosti,
cijevnim
pretpojačalom, kondenzatorske izvedbe. Ima tri karakteristike
usmjerenosti koje su se podešavale prekidačem na tijelu
mikrofona.
Glavna razlika s drugim mikrofonima bila je u tome što je svaka
polovina stražnje elektrode membrane bila izolirana jedna od
druge. To je omogudilo promjenjivu karakteristiku usmjerenosti.
Više od 50 godina od prve pojave ovi mikrofoni su i danas u
uporabi u tisudama primjeraka. Mikrofone M251/250 korisnici još
traže zbog glatke vokalna reprodukcija i blistavog
visokofrekvencijskog odziva.
NEUMANN U87 STUDIO MICROPHONE
Proizvodi se od 1967 i može se nazvati klasičnim mikrofonom.
Međutim njegovi korijeni su još stariji. 1960. Neumann je napravio
U67, mikrofon s tri krivulje usmjerenosti. Cilj mu je bi zamjena za
U47. Projektirao ga je Dr. Ing. Gerhart Boré. Transistorizirani
model U87 napravljen je 1967.
U87 koristi kapsulu K87 koja je identična kapsuli K67 koja se koristi
U67 i ne zahtijeva vanjsko napajanje. U to vrijeme nije postojalo
fantomsko napajanje mikrofona, a 1967 Neumann je uveo 48 V
napajanje. Izvorni U87 radio je na specijalnoj bateriji od dvije 22.5
V baterije.
1986, fantomsko napajanje postaje standard pa U87 ostaje bez
baterija i dobiva DC/DC pretvarač. Novi model zove se U87A, a
posjeduje i 4 dB niži šum uz 6 dB viši izlazni napon. Model se još
proizvodi i tisude korisnika drži ga za jedan od najboljih mikrofona
ikad napravljen.
22.9.2013.
Ozren Bilan
9
Mikrofoni po električnoj podijeli
Dinamički mikrofon s titrajnom
zavojnicom
Dinamički mikrofon sastoji se od vrlo tanke membrane
elastično ovješene o kudište, titrajne zavojnice i stalnog
magneta.
Princip rada elektrodinamičkog mikrofona
Zvučni valovi uzrokuju kretanje membrane i titrajne
zavojnice u magnetskom polju.
Struja koju daje titrajna zavojnica određena je brzinom
gibanja pa se ovaj tip mikrofona zove - mikrofoni osjetljivi
na brzinu.
Mikrofoni s titrajnim zavojnicom su najrašireniji mikrofoni.
22.9.2013.
Ozren Bilan
10
5
22.9.2013.
Izvedba magneta
Izvedba stalnog magneta novijeg NDYM
magnetskog kruga s
malim magnetom i većim promjerom
zavojnice i starijeg masivnog
Alnico magneta s manjim promjerom
zavojnice
22.9.2013.
Ozren Bilan
11
Izgled
22.9.2013.
Ozren Bilan
12
6
22.9.2013.
Izbor dinamičkog mikrofona
Dinamički mikrofon se koristi u situacijama kod kojih je
potrebno prigušiti visoke frekvencije.
Taj tip mikrofona je robustan jer je otporan na
mehaničke udare i cijena mu je niža od ostalih tipova
mikrofona.
Može prenijeti vrlo visoke zvučne tlakove, pa se koristi
za blisko snimanje glazbenih instrumenata.
Nama potrebe za napajanjem pa je jednostavan pri
radu i ima vrlo nizak šum, a otporan je na vlagu i visoke
temperature.
22.9.2013.
Ozren Bilan
13
Dinamički mikrofon s trakom
Dinamički mikrofon s trakom je također,
elektrodinamički mikrofon, ali je različite
izvedbe od onog s titrajnom zavojnicom.
Princip rada elektrodinamičkog mikrofona
s trakom
Između polnih nastavaka stalnog magneta
nalazi se valovito savijena metalna traka,
koja pri nailasku vala titra u ritmu titrajne
brzine čestica
22.9.2013.
Ozren Bilan
14
7
22.9.2013.
Izbor mikrofona s trakom
Dinamički mikrofon s
trakom koristi se u
situacijama kod kojih je
potreban tzv. topli zvuk
jer zaobljava valni oblik
oštrih prijelaznih pojava
22.9.2013.
Ozren Bilan
15
Kondenzatorski mikrofon
Osim za studijska snimanja, kondenzatorski mikrofoni namijenjeni su, u prvom
redu, za precizna laboratorijska i terenska mjerenja zvučnog tlaka. Područje
primjene pokriva u cijelosti čujne frekvencije pa i više od toga, i zvučne tlakove
od 10 do 190 dB.
Međutim, njihova najbolja osobina je iznimno dugotrajna stabilnost u širokom
rasponu okolinskih uvjeta, a posebno skoro potpuna neosjetljivost na
temperaturne promjene i uvjete okoline. Dakle, pri terenskim mjerenjima s
kalibriranim mikrofonom mogude je postidi laboratorijsku točnost.
22.9.2013.
Ozren Bilan
16
8
22.9.2013.
Izgled i građa
Kondenzatorski mikrofon, kao što mu ime govori,
sastoji se od kondenzatora čije su elektrode tanka
metalna membrana, montirana u neposrednoj blizini
krute elektrode.
Membrana i stražnja elektroda su međusobno
električki izolirane i tvore elektrode kondenzatora.
Kudište i izolator tvore s membranom potpuno
zatvorenu kutiju, koja samo preko membrane prima
vrlo spore promjene ambijentalnog tlaka.
22.9.2013.
Ozren Bilan
17
Princip i područje rada
Ako se membrana izloži promjenjivom zvučnom tlaku, na membranu de djelovati promjenjiva sila, promjenjiva
smjera, proporcionalna tlaku i površini membrane. Pomak membrane mijenja kapacitet kondenzatora, i te
promjene se pretvaraju u promjenjivi napon, ako je između elektroda konstantan naboj. Ovaj naboj stvara
stabilizirani istosmjerni polarizacijski napon, kojeg daje poseban posebno konstruirani ispravljač ili baterija. Naboj
ostaje konstantan sve dok je vremenska konstanta nabijanja sklopa mnogo duža od vremena promjene
frekvencijske pobude zvučnog tlaka.
Posebnim postupkom pri projektiranju mogude je zadržati proporcionalnost izmjeničnog izlaznog napona i
primijenjenog zvučnog tlaka u vrlo širokom frekvencijskom području i dinamičkom području. Uzrok prigušenju je
tlačenje zraka u prostoru između membrane i stražnje elektrode, određeno je oblikom stražnje elektrode,
mehaničkoj napetosti membrane, obliku membrane i udaljenosti membrane i ploče.
Najšire frekvencijsko područje, za odziv pri pobudi tlakom, postiže se kritičnim prigušenjem rezonancija
mehaničkog sustava membrane. Što je membrana manja gornja granična frekvencija je viša (preko 150kHz).
Vedim promjerima membrane i prigušenjem postiže se donja granična frekvencija od 2 Hz.
Kondenzatorski mikrofoni i maju i najvede dinamičko područje od 10dBA do 180dbA, pri čemu su izobličenja
manja od 3%.
22.9.2013.
Ozren Bilan
18
9
22.9.2013.
Princip rada
Donja granična frekvencija kondenzatorskog mikrofona određena je
vremenskom konstantom električnog sklopa mikrofona. Uvidom u shemu
spoja odrezna frekvencija jednaka je:
f = 1/ 2  (C + Cs + C1) [R1 Re/ (R1 + Re)]
Osjetljivost mikrofona jednaka relativnoj promjeni kapaciteta:
∆ C / (C + Cs + C1)
22.9.2013.
Ozren Bilan
19
Izbor kondenzatorskog
mikrofona
Da bi kondenzatorski mikrofon pravilno funkcionirao,
ispravljački uređaj daje neophodne napone za rad.
Ako je pretpojačalo izrađeno u cijevnoj tehnici,
ispravljački uređaj pored napajanja pretpojačala i
napona polarizacije, snabdijeva uređaj i naponom
mrežice i anodnim naponom.
Ako je uređaj u poluvodičkoj izvedbi potreban je napon
napajanja elektronike i napon polarizacije (fantom).
Ako je uređaj prijenosne izvedbe, danas je uobičajeno
napajanje elektronike pretpojačala baterijama, koje se
ujedno koriste i za napon polarizacije.
22.9.2013.
Ozren Bilan
20
10
22.9.2013.
Elektret mikrofoni
Jedna od varijanti kondenzatorske izvedbe koristi permanentno polarizirani dielektrik. Taj
materijal naziva se elektret. Takvi mikrofoni nisu skupi kao kondenzatorski, a mogu se koristiti za
potrebe mjerenja s vrlo visokom točnošdu.
Kvalitetnije izvedbe su s back-elektretom.
Komercijalni elektret mikrofon s naponom polarizacije 1.5V
Uz nisku osjetljivost od 6mV/Pa, zbog niskog napona polarizacije, ovakvi mikrofoni su osjetljivi na
šumove i nisu najprikladniji za korištenje s mjernim sustavom.
Desno je tzv. snajper mikrofon.
22.9.2013.
Ozren Bilan
21
Izbor elektret
mikrofona
Elektret mikrofoni najčešde se
koriste u situacijama koje nisu
kritične za kakvodu zvuka i za
mjerne namjene.
Najčešda primjena im je kao
kompjuterski mikrofoni,
mikrofoni za snimanje s video
kamerama.
Posebnu primjenu ovi
mikrofoni imaju pri radio i TV
produkciji vijesti i vođenju
programa zbog malih
dimenzija.
22.9.2013.
Ozren Bilan
22
11
22.9.2013.
3D ispitni
mikrofon
sa 12 elektret
mikrofona.
22.9.2013.
Ozren Bilan
23
Boundary
mikrofon
Pri konstrukciji nekih graničnih mikrofona kapsula je
postavljena tako da joj os leži paralelno s podlogom.
Središte membrane onda je vrlo malo udaljeno od
podloge. Valovi zvučnog tlaka koji se reflektiraju od
podloge prijelaze duži put nego direktni i zbog toga
kasne. Pri kombiniranju direktnih i reflektiranih valova
dolazi do destruktivne fazne interferencije na visokim
frekvencijama.
Princip rada Boundary mikrofona
Što je mikrofon manji, to slabljenje odziva nastaje na
višim frekvencijama. Mikrofoni promjera manjeg od 10
mm linearni su u cijelom audio spektru. Zbog tog razloga
često se izrađuju u obliku tanke ploče, koja se
neprimjetno može postaviti na pod, zid, stol itd.
22.9.2013.
Ozren Bilan
24
12
22.9.2013.
Izbor boundary mikrofona
Mikrofoni namijenjeni korištenju u slobodnom polju moraju se postaviti udaljeno od svih ploha
koje mogu reflektirati zvučne valove.
Boundary mikrofon postavlja se isključivo na reflektirajude površine. Te površine mogu biti pod,
stol, plafon, zid, klavir (poklopac), ili refleksijski paneli.
Takav tip mikrofona redovito je minijaturni kondenzatorski mikrofon postavljen s kapsulom
paralelno s refleksijskom plohom ili je kapsula usmjerena na vrlo maloj udaljenosti okomito od
refleksijske plohe. Membrana mikrofona prima direktno i reflektirano polje u fazi na svim
frekvencijama, ako su zadovoljeni uvjeti promjera kapsule ili udaljenosti od refleksijske plohe.
Takvi mikrofoni idealni su za predavaonice, radio i TV studija, vijesti, dramu i muzičke priredbe
kada je potrebno snimanje.
Boundary mikrofon ima prednosti što mu akustička osjetljivost i odnos signal šum rastu 6 dB zbog
koherentne adicije direktnog i reflektiranog polja, ne unose češljasto filtriranje, odnos signal šum
može se povedati dodatnim refleksijskim plohama, koloracija zvuka izvan osi je minimalna,
koloracija reverberacije je minimalna, mikrofon ima izuzetno velik domet, mikrofon je gotovo
nevidljiv, međutim, mora se postaviti relativno udaljen od izvora zvuka i zahtijeva relativno velike
refleksijske plohe.
22.9.2013.
Ozren Bilan
Mikrofoni za
prostorni zvuk
25
STRAŽNJI CENTAR
LIJEVI I DESNI OKOLINSKI
GORNJI
NISKOFREKVENCIJSKI
LIJEVI I DESNI
Schoeps 5.1 surround sustav sastoji se od
KFM 360 sphere mikrofona i dva osmičasta
mikrofona i DSP-4 KFM 360 procesora.
CENTRALNI PREDNJI
Centralni uređaj sustava je sphere mikrofon
KFM 360. Koristi dva tlačna pretvarača koja
se samostalno koriste za stereo snimanje.
Snimanje zvuka okoline omogudavaju dva
osmičasta mikrofona koja se priključuju na
sustav.
Digitalni signalni procesor DSP-4 KFM 360
izvodi 5.1 sustav iz signala mikrofona
korištenjem matrice.
Poznat je još
Holophone H2-PRO i
Holophone H4 SuperMINI Surround Sound
System
22.9.2013.
Ozren Bilan
26
13
22.9.2013.
Karakteristika usmjerenosti
Vedina ljudi ima pogrešnu koncepciju rada mikrofona pri kojoj misle da mikrofon
prima zvuk samo iz smjera u kojem je usmjeren. Taj koncept podsjeda na rad
fotografskih aparata koji snimaju samo ono što se nalazi ispred objektiva.
U stvarnosti mogude je aproksimirati opisanu karakteristiku, ali po cijenu slabljenja
nekih drugih korisnih osobina. Karakteristika je frekvencijski ovisna. Mikrofoni vrlo
velike usmjerenosti katkada se nazivaju i snajper mikrofon.
kružna
dipolna
22.9.2013.
kardioidna
hiperkardioidna
snajper
Ozren Bilan
27
Ozren Bilan
28
Mikrofon
mjernog
sustava
Izgled i
karakteristike
mikrofona
laboratorijskog
mjernog sustava
CLIO
22.9.2013.
14
22.9.2013.
ZADATAK 1
Izračunaj pomak membrane Δd
kondenzatorskog mikrofona ako
je izložena zvučnom tlaku od
1Pa = 94 dB.
Pri tome je:
promjer membrane 12,5 mm
debljina membrane 5 μm
udaljenost membrane i ploče
kondenzatora d=20 μm
napon polarizacije V=200V
osjetljivost ΔV =50 mV/Pa
Koristi relaciju: ΔV/V = Δd/d
Δd
22.9.2013.
Ozren Bilan
29
Izbor karakteristike
Omnidirekcionalni ili kružni
Najjednostavniji mikrofon primit de podjednako zvuk bez
obzira na upadni kut zvučnog tlaka, pa mu je karakteristika
kružna. Vrlo se jednostavno koriste i opdenito imaju vrlo
dobru ili izuzetno linearnu frekvencijsku karakteristiku.
Bidirekcionalni ili dvosmjerni
Ako zvuk može istovremeno dodi i na prednju stranu
membrane i na stražnju stranu membrane, ali ne može
dodi bočno, mikrofon de imati karakteristiku u obliku
osmice.
Međutim, to stvara poteškode u određenim situacijama.
Najčešde se postavlja iznad instrumenata. Frekvencijski
odziv mu je dobar kao i mikrofonima kružne karakteristike,
naročito ako nije preblizu izvoru zvuka.
22.9.2013.
Ozren Bilan
30
15
22.9.2013.
Izbor karakteristike
Kardioida, superkardioida, hiperkardioida
Upotrebljava se sa sustavima ozvučenja ili snimanja
koncerata, gdje je problem buka posjetitelja. Koncept je
dobar jer mikrofon prima zvuk samo iz smjera u kojem
je usmjeren. U praksi postoje problemi.
1. ne postiskuje zvuk pozadine u potpunosti, nego ga
prigušuje za 10 do 30 dB.
2. karakteristika usmjerenosti nije konstantna za sve
frekvencije. Na niskim frekvencijama obični kardioidni
mikrofon ima kružnu karakteristiku. Specijalni usmjereni
mikrofoni za niske frekvencije su vrlo veliki i nepraktični,
a posebno im je visoka cijena.
3. frekvencijski odziv za bočne signale je veoma
neujednačen, što dodaje nepoželjnu koloraciju
instrumenata ili karakteristike odjeka sale.
4. efekt blizine. kardioidni mikrofon naglašava niske
frekvencije svih izvora koji su vrlo blizu mikrofonu.
Blizina, u ovom kontekstu, odnosi se na dimenzije
mikrofona. Mnogi pjevači i radio voditelji koriste ovaj
efekt kako bi popunili inače tanak glas. Kardioidni
mikrofoni imaju poseban prekidač kojim se kompenzira
efekt blizine.
22.9.2013.
Ozren Bilan
31
Izbor karakteristike usmjerenosti
mikrofona
Pri uporabi mikrofona potrebno je točno odrediti ne samo
tip mikrofona obzirom na način pretvorbe, nego i s
obzirom na karakteristiku usmjerenosti.
Neusmjereni mikrofon koristi se u situacijama kada je
potrebno
primiti zvuk iz svim smjerova prostora.
snimiti ječnu karakteristiku prostora
Imati malu osjetljivost na eksplozivne zvukove (pop)
Imati niski šum pri rukovanju
potisnuti efekt blizine
imati vrlo nisku donju graničnu frekvenciju
(kondenzatorski)
imati nisku cijenu opreme
imati MS način snimanja uz bidirekcionalni mikrofon
Usmjereni mikrofoni koriste se kada je potrebno
selektivno pojačanje ili snimanje izvora signala
potisnuti utjecaje akustike prostorije
potisnuti utjecaje buke i šumova
realizirati efekt blizine
smanjenje mikrofonije u razglasnim sustavima
koincidentno stereo snimanje
Kardioidni mikrofon se koristi kada je potrebno
zahvaćanje većeg broja izvora zvuka ispred mikrofona
maksimalno potiskivanje izvora zvukova iza mikrofona
22.9.2013.
Superkardioidni mikrofon se koristi kada je potrebno
maksimalno potiskivanje izvora iz prednje i stražnje
hemisfere
dobar kompromis pri potiskivanju zvukova iz stražnje
hemisfere (npr. monitor zvučnika na pozornici) i
potiskivanje zvukova sa slučajnim kutom upada (npr.
glavni razglasni sustav auditorija).
Hiperkardioidni mikrofon se koristi kada je potrebno
maksimalno potiskivanje bočnih izvora zvuka
maksimalno potiskivanje ječnosti, mikrofonije, šumova i
buke u auditoriju
Bidirekcionalni mikrofon se koristi kada je potrebno
primanje zvuka s prednje i stražnje hemisfere, a snažno
potiskivanje bočnih izvora signala (npr. prilikom intervjua
za stolom)
maksimalna izolacija pri snimanju sekcije orkestra s
povišenog položaja
pri MS snimanju uz mikrofon s kružnom karakteristikom
Mikrofon velike usmjerenosti (snajper) se koristi pri
snimanju
ekstremno udaljenih izvora zvuka
zvuka za film, TV i program vijesti
uz najviše moguće potiskivanje šumova i ječnosti
prostora
Kondenzatorski i dinamički mikrofoni mogu imati bilo koji
oblik karakteristike usmjerenosti, osim dvosmjerene
karakteristike. Mikrofoni s trakom redovito su dvosmjerni
ili hiperkardioidni.
Ozren Bilan
32
16
22.9.2013.
Projektiranje u MATLAB-u
Projektiraj kardioidni mikrofon pa izračunaj odziv na frekvencijama 500, 1500 i 2000 Hz u
smjeru [0;0] i [40;50].
h = phased.CustomMicrophoneElement;
h.PolarPatternFrequencies = [500 1000];
h.PolarPattern = mag2db([...
0.5+0.5*cosd(h.PolarPatternAngles);...
0.6+0.4*cosd(h.PolarPatternAngles)]);
resp = step(h,[500 1500 2000],[0 0;40 50]');
plotResponse(h,500,'RespCut','Az','Format','Polar');
Azimuth Cut (elevation angle = 0.0)
-90
0
-120
-60
-10
-20
Normalized Power (dB)
-150
-30
-30
-40
180
0
150
120
60
90
Normalized Power (dB), Broadside at 0.00 degrees
3D Response Pattern
1
0.9
Az 0
El 90
0.8
0.7
0.6
0.5
Az 0
El 0
0.4
Normalized Power
Projektiraj neusmjereni omnidirekcionalni mikrofon u frekvencijskom području 20 do 20000
Hz. Zanemari odziv izvan kuta azimuta od +/– 90 stupnjeva pa nacrtaj odziv snage mikrofona
na 1000 Hz u polarnom obliku.
>> hmic = phased.OmnidirectionalMicrophoneElement(...
'BackBaffled',true,'FrequencyRange',[20 20e3]);
plotResponse(hmic,1e3,'RespCut','3D','Format','Polar',...
'Unit','pow');
plotResponse(hmic,1e3,'Format','Polar');
freq = 100:250:1e3;
ang = -90:30:90;
micresp = step(hmic,freq,ang)
micresp =
1 1 1 1
1 1 1 1
1 1 1 1
1 1 1 1
1 1 1 1
1 1 1 1
1 1 1 1
30
0.3
0.2
0.1
22.9.2013.
Ozren Bilan
33
0
Neusmjerenom mikrofonu odredi frekvencijski
odziv na frekvencijama 200, 300, i 400 Hz za upadni
kut [0;0] pa nacrtaj azimutalni odziv mikrofona.
h = phased.OmnidirectionalMicrophoneElement(...
'FrequencyRange',[20 2e3]);
fc = [200 300 400];
ang = [0;0];
resp = step(h,fc,ang);
plotResponse(h,200,'RespCut','Az','Format','Polar');
Simulacija prijama širokopojasnog akustičkog
signala samo jednim neusmjerenim mikrofonom
x = randn(10,1);
hmic =
phased.OmnidirectionalMicrophoneElement(...
'FrequencyRange',[20 20e3],'BackBaffled',true)
hwb = phased.WidebandCollector('Sensor',hmic,...
'PropagationSpeed',340,'SampleRate',50e3,...
'ModulatedInput',false)
y 22.9.2013.
= step(hwb,x,[30;10]);
Ozren Bilan
hmic = System:
phased.OmnidirectionalMicrophoneElement
Properties:
FrequencyRange: [20 20000]
BackBaffled: true
hwb = System: phased.WidebandCollector
Properties:
Sensor: [1x1
phased.OmnidirectionalMicrophoneElement]
PropagationSpeed: 340
SampleRate: 50000
ModulatedInput: false
Wavefront: 'Plane'
34
WeightsInputPort: false
17
22.9.2013.
Uporaba samo jednog mikrofona
Pri produkciji filmskog i TV programa ili koncertima u živo, mikrofoni se često
trebaju postaviti na nenametljivim mjestima, na kojima ne dolaze do izražaja
njihove dobre tehničke karakteristike.
Optimalni položaj minijaturnih mikrofona i odstupanja od linearnog
frekvencijskog odziva dobije se dvokanalnom FFT analizom:
 referencijalnog mikrofona na mjernom kanalu A i
 ispitnog mikrofona na mjernom kanalu B,
 te izborom funkcije transfer (A-B).
22.9.2013.
Ozren Bilan
35
Optimalni položaj
mikrofona
22.9.2013.
Ozren Bilan
36
18
22.9.2013.
MS i XY
MS tehnika je varijanta intenzitetne stereo tehnike. Tehnika omogudava stereofonsku
reprodukciju, pri kojoj je prostorna lokalizacija određena razlikom intenziteta zvučnog
vala koji dolazi u fazi na koincidentni par mikrofona. Intenzitetni stereo signal u
potpunosti ovisi o karakteristici usmjerenosti, tj. polarnim karakteristikama
mikrofonskog para. Pri tome između stereo kanala postoje samo razlike intenziteta, a
ne postoje razlike u fazi. Najelegantniji pristup koincidentnom snimanju je primjena MS
tehnike. To se najčešde izvodi posebnim stereo mikrofonima čiji je jedan element s
kružnom karakteristikom, a drugi osmičast.
Osmičasti element usmjerava se tako da mu je os paralelna s pozornicom, pri čemu se
ne prima zvuk iz centra. Kružni prima sve zvukove, iz centra i bočno.
Pretpostavimo sada da je izvor zvuka s lijeve strane. Zvuk de djelovati na osmičasti
element što de dati pozitivni napon, jer de element pomaknuti membranu u desno. Ako
je izvor zvuka u centru, osmičasti element nede dati napon. Ako je izvor zvuka na desnoj
strani, pomaknut de membranu osmičastog elementa na lijevo, što de dati negativni
napon. Zaključujemo da je izvor zvuka na jednoj strani pozornice 180˚ izvan faze s
izvorom zvuka na suprotnoj strani. Istovremeno, što je izvor zvuka bliži centru, to mu je
razina signala niža. Sada se signali mikrofona s osmičastom karakteristikom i kružnom
karakteristikom kombiniraju na takav način da se za lijevi kanal naponski izlaz
osmičastog elementa sumira s naponom kružnog elementa. Za desni kanal se napon
osmičastog elementa oduzima od napona kružnog elementa.
22.9.2013.
Ozren Bilan
8
O
37
M-S
Lijevi i desni kanal onda su:
L=M+S
D=M-S
Proces sume i razlike daje stereo signal jer instrument s desne strane daje
negativan signal u mikrofonu s osmičastom karakteristikom, što dodano
pozitivnom signalu elementa s kružnom karakteristikom potiskuje taj
instrument iz stereo slike. Međutim, pri odbijanju napona, minus ispred
negativnog napona, promijenit de fazu signala i signal instrumenta de se
pojačati. Instrumentima s lijeve strane dogodit de se obrnuta sudbina, a na
instrumente u sredini proces nede djelovati jer ih je snimio samo mikrofon s
kružnom karakteristikom. MS tehnika rezultira vrlo ujednačenim i točnim
slikama. Jedini razlog zbog kojeg se na primjenjuje tako često je cijena
posebnih mikrofona i sklopa za dekodiranje. Istovremeno, primjena MS
tehnike omogudava potpunu kompatibilnost s potrebama za prijenosom mono
signala. Mono signal dobije se sumiranjem lijevog i desnog kanala:
Mono = L + D
Mono = (M + S) + (M - S) = 2M
XY je drugi način intenzitetne stereofonije pri kojemu se koriste dva zakrenuta
mikrofona osmičaste karakteristike. Zvučna informacija s lijeve strane javlja se
samo u lijevom kanalu, a zvučna informacija s desne strane samo u desnom
kanalu. Izvor zvuka u sredini podjednako je zastupljen u oba kanala.
Informacija M u postupku MS i informacija X+Y u postupku XY daju mono
signal. Zbrajanjem i oduzimanjem M, S, X i Y signala prelazi se iz jednog sustava
u drugi. (M = X + Y, S = X - Y) pri tome je M tonska informacija, S informacija
smjera, X lijeva a, Y desna informacija.
22.9.2013.
Ozren Bilan
38
19
22.9.2013.
Fantomsko napajanje
Na shemama su prikazani načini spajanja mikrofona
korištenjem
 blokirajućih kondenzatora i
 odvojnog transformatora
na režijski stol za miješanje koji omogućava fantomsko
napajanje kondenzatorskih mikrofona naponom od 48V.
22.9.2013.
Ozren Bilan
39
Pop filtri, štitnici od
vjetra, windjammer
Glavna razlika štitnika je u tome što su štitnici od vjetra ili zračnog mlaza,
daleko efikasniji u svojoj primarnoj namjeni i koriste se uglavnom na
otvorenom terenu. Pop filtri većinom se koriste u zatvorenom prostoru s
glavnom zadaćom zaštite od eksplozivnih zvukova i zvukova koji nastaju
pri pomaku mikrofonski nosača. Pri izboru je vrlo važno jasno razlikovati
spužvasti štitnik od vjetra i sferni pjenasti štitnik. Neki mikrofoni toliko su
osjetljivi na snažne zračne struje da ih glasniji impulsni zvuk može lako
oštetiti ili pri tome daju vrlo visoki napon izlaza. Ako se glasno diše ili
puhne u osjetljivi studijski mikrofon, nastaju vrlo nepoželjne posljedice.
Da bi se zaštitile ove osjetljive naprave najčešće se u studiju, pred
mikrofone postavljaju pop filtri u obliku ekrana.
22.9.2013.
Ozren Bilan
40
20
22.9.2013.
Windjammer
zračni mlaz
Utjecaj različitih elemenata zaštite na zračni mlaz
Tlačno gradijentni pretvarači mijenjaju niskofrekvencijsku osjetljivost. Neusmjereni mikrofoni (tlačni
pretvarači) su inherentno manje osjetljivi na utjecaj vjetra. Usmjereni mikrofoni, kao što su gradijentni
mikrofoni namijenjeni za govor, uslijed atenuacije niskih frekvencija također su manje osjetljivi na
efekte vjetra Bududi da je razina niskofrekvencijske energije u šumu vjetra vrlo izražena, a posebno
infrazvučna komponenta, ulaz mikrofonskog pretpojačala vrlo lako može uči u zasidenje, što se korisniku
reflektira kao veda osjetljivost mikrofona na šumove vjetra. U takvim situacijama nužan je
visokopropusni filter.
Opdenito govoredi, pri šumu vjetra preporučljivo je upotrebljavati neusmjereni mikrofon bududi da mu
je osjetljivost na šum vjetra i do 20 dB manja, nego mikrofonima usmjerenog tipa. Tako pri brzini vjetra
18 km/h usmjerenom tipu mikrofona naponski izlaz korespondira zvučnom tlaku od 130 dB SPL, a istom
tipu pretvarača u neusmjerenoj izvedbi samo 110 dB. Ta razlika je razlog zbog kojeg se uvijek preporuča
korištenje neusmjerenih mikrofona u zračnom mlazu.
22.9.2013.
Ozren Bilan
41
Dodaci za mikrofone
22.9.2013.
Ozren Bilan
42
21
22.9.2013.
22.9.2013.
22.9.2013.
Ozren Bilan
43
Ozren Bilan
44
22
22.9.2013.
Kalibriranje mikrofona pistonfonom
Ako je pri umjeravanju
mikrofona uključen A filter
nastati će 8,6 dB razlike
pri korištenju pistonfona s
frekvencijom
kalibracije
250 Hz u odnosu na
kalibrator
zvukomjera
koji
koristi
ispitnu
frekvenciju od 1000 Hz.
ZVUČNIK
KUTIJA
MIKROFON
22.9.2013.
Ozren Bilan
45
Podjela mikrofona
PRETVARAČ
USMJERENOST
OBLIK
BOUNDARY
KONDENZATORSKI
NEUSMJERENI
SFERNI
HEMISFERNI
USMJERENI
KARDIOIDNI
POLUKARDIOIDNI
SUPER-KARDIOIDNI
POLUSUPERKARDIOIDNI
HIPER-KARDIOIDNI
SNAJPER
OSMIČASTI
DVOSMJERNI
22.9.2013.
Ozren Bilan
46
23
22.9.2013.
PRETVARAČ
USMJERENOST
OBLIK
DINAMIČKI
S TITRAJNOM
ZAVOJNICOM
NEUSMJERENI
SFERNI
SNAJPER
KARDIOIDNI
SUPERKARDIOIDNI
DINAMIČKI S
TITRAJNOM
TRAKOM
USMJERENI S TRAKOM
HIPERKARDIOIDNI
DVOSMJERNI
OSMIČASTI
22.9.2013.
Ozren Bilan
47
Ozren Bilan
48
Sustavi bežičnih
mikrofona
Prvi sustavi proizvedeni su 60-ih godina.
Sastoje se od FM predajnika male snage i FM
prijamnika.
Predajnik se sastoji od dinamičkog, ili
kondenzatorskog mikrofona priključenog na
pretpojačalo i kompresor. Signal se zatim vodi
u radiofrekvencijski, dio gdje se modulira i
predajnikom male snage emitira preko
ugrađene antene.
Na prijemnom dijelu modulirani signal prima
antena koja ga vodi u prijamni diskriminator, a
demodulirani signal vodi se u ekspander
dinamike i konačno, u audio pretpojačalo koje
napaja ostale audio uređaje.
Najčešda primjena bežičnih mikrofona je TV
produkcija, filmska produkcija, prikupljanje
vijesti, terenska proizvodnja programa,
predstave u teatru, koncerti.
22.9.2013.
24
22.9.2013.
Frekvencijska
područja rada
Propisuje ih Zakon o telekomunikacijama u
vedini zemalja. Područja rada su:
VHF (AM i FM) 25-50 MHz i 72 - 76 Mhz
FM 88 - 108 MHz
VHF (FM) 150 - 216 MHz
UHF (FM) 450-530 MHz i 902 - 952 MHz
VHF rad na nižim frekvencijama koristi se za jeftinije neprofesionalne sustave jer
je riječ o frekvencijskom spektru s najizraženijim smetnjama u radu. Valne dužine
su oko 6m, pa antene trebaju biti duge oko 1.5m.
Profesionalni sustavi koriste VHF više frekvencije i UHF pojas. Posebno je
zahtijevan rad višekanalnih bežičnih sustava jer prijemnici trebaju biti izuzetno
selektivni. Uobičajena je maksimalna predajna snaga bežičnih sustava od oko 50
mW. Antene bežičnih sustava najčešde primaju signal nakon višestrukih refleksija
unutar sale. Pri tome može dodi do faznog poništavanja radiofrekvencijskih
signala uslijed refleksija.
Kako bi se izbjegle takve situacije koje unose gubitke signala, napravljeni su
diversity prijemnici, koji od dva signala uvijek odabiru snažniji.
22.9.2013.
Slabljenje signala uslijed refleksija
Ozren Bilan
49
Digitalni mikrofoni
Svi senzori su analogni. Digitalni mikrofon sastoji se od običnog
mikrofona i AD pretvarača u istom kudištu.
Signal mikrofonske kapsule u tijelu mikrofona direktno se
pretvara u digitalni signal prema AES 42 standardu. 24 bita,
dinamičko područje 130 dB (A-filtrirano).
Po potrebi se aktivira digitalni signalni procesor (DSP) integriran
u mikrofonu kojim se upravlja preko DMI digital microphone
interface i RCS remote control software. Uključene su funkcije
promjene pojačanja, promjene karakteristike usmjerenosti, filtri,
kompresor/limiter sa dodatnim de-esserom i vršnim limiterom.
Sve dodatne komponente kao što su analogna pretpojačala i A/D
pretvarači nisu više potrebni.
Mikrofon digitalnim signalom šalje informaciju imena, modela,
serijskog broja i verzije instaliranog softwarea prijamniku signala.
Bidirekcionalni sustav spajanja u skladu s AES42 standardom
sadrži simetrični izlazni signal digitalnog mikrofona, fantomsko
napajanje i RCS podatke kao i signal sinkronizacije digitalnih
mikrofona s taktom procesora obrade zvučnih signala.
22.9.2013.
Ozren Bilan
50
25
22.9.2013.
Digitalni mikrofon
Blok shema beyerdynamic digitalni mikrofonski sustav
Neumann Solution-D koristi dvostruki 24-bitni A/D pretvarač u
paraleli s pomakom od 24 dB. Ta dva digitalna signala
rekombiniraju se u digitalnom području kako bi proizveli
jednostruki izlazni signal 28 bitne rezolucije.
22.9.2013.
Ozren Bilan
51
Vodonepropusni bežični mikrofon
HIDROFON
Naziva se hidrofon, najčešde su s 48 V
fantomskim napajanjem projektiraju se za vrlo
visoke zvučne tlakove i visoki statički
ambijentalni tlak u moru i drugim tekudinama.
hidrofon
Hidrofon
koristi
piezoelektrični
senzor
frekvencijski kompenziran za uvjete pod vodom.
Na tijelo je vulkaniziran 10 m kabel vrlo visoke
kvalitete koji završava standardnim tropolnim
XLR priključkom. Izlazni signal je elektronički
balansiran i najčešde ima više od 100 dB
dinamičkog područja.
Koriste ih profesionalni podvodni snimači zvuka
ili u drugim ekstremnim uvjetima gdje se obični
mikrofoni ne mogu koristiti.
22.9.2013.
Ozren Bilan
hidrofon
52
26
22.9.2013.
Priključci mikrofona
 XLR konektori
 TRS konektori
 USB konektor
USB mikrofoni koriste se za podcast
produkciju. Spajaju se direktno na
računalni USB port odakle dobivaju
napajanje. Audio signal se pojačava i
digitalizira u mikrofonu pa je mogude
neposredno spajanje na digitalne
audio workstation bez zvučne kartice.
Lako se koriste ali im nedostaje
fleksibilnost u profesionalnoj okolini.
USB
mikrofoni
mogu
biti
kondenzatorski ili dinamički i uvijek su
u kompletu sa programima za
snimanje, stalcima, kabelima.
USB universal serial bus,
jednostavno spaja periferiju i
računalo.
USB 1.1 brzine12 Mb/s, USB 2.0
do 480 Mb/s, USB 3.0.
USB kabel sastoji se od parice za
podatke i dvije žice za napajanje .
Maksimalnu dužinu kabla odreĎuje
propagacijsko kašnjenje koje mora
biti kraće od 26 ns.
22.9.2013.
Ozren Bilan
53
22.9.2013.
Ozren Bilan
54
27

Download Report