Elektroakustički

pretvarači

Mikrofoni

Zvučnici

Slušalice

Pretvarači

Pretvaraju jedan vid energije u drugi

mehaničko-akustički

membrane, žice, štapovi

vibriraju i zrače (primaju) akustičku energiju

elektromehanički

zvučnice, vibratori, hidrofoni, ultrazvučni projektori

elektroakustički (posredstvom membrane)

mikrofoni, zvučnici i slušalice

Svi su analogni pretvarači

talasni oblik signala ostaje sačuvan

Namena elektro-akustičkih

pretvarača

Razvoj uz radio, zvučni film i muzičku industriju

Alexander Graham Bell (1847-1922)

prvi analogni telefon – patent iz 1876. godine

grafitni mikrofon i elektromagnetni zvučnik

Incidentni talas

D1

K1

C

K2

i

E

D2

Pobudjeni talas sa D2

U

Mikrofon Zvucnik

Mikrofoni

Podela mikrofona

Mikrofon kao pretvarač

Kovanica od dve grčke reči mikros (mali) + phone (zvuk)

microphone (na engleskom)

Pretvara energiju akustičku u električnu u 2 faze: prvo akustičku u mehaničku,

a zatim mehaničku u električnu.

U zvučnom polju koje ih okružuje reaguju na: promene zvučnog pritiska ili

promene brzine čestica

Svaki mikrofon ima

mehanički oscilatorni

sistem sa pokretnom

membranom na koju

deluju zvučni talasi

Membrana je vezana

elastično tako da se u

odsustvu spoljnje sile

vraća u svoj početni

položaj

Savremeni mikrofoni su

usavršeni do te mere da

imaju vernost reprodukcije

koja se može meriti sa

originalom

Istorija mikrofona – XIX vek

1854. tzv. »kontaktni« mikrofon

prvi pokušaji realizacije mikrofona

1861. Rajs (Reis)

demonstrirao primenu prvog kontaktnog mikrofona

1876. Bel (Bell)

prvi upotrebljiv mikrofon, u okviru telefonskog aparata

4. marta 1877. Emile Berliner

prvi (?) mikrofon

1890. ugljeni mikrofon

uveden je u primenu ugljeni mikrofon

Emile Berliner

Alexander G. Bell

Istorija mikrofona – XX vek

1917. pojavio se elektrostatički mikrofon

(Wente)

1924. se pojavio elektrodinamički

mikrofon sa trakom, a zatim

elektrodinamički mikrofona sa kalemom

1931. uvodi se u proizvodnju kristalni

mikrofon

196x. pojavljuje se elektret mikrofon

Edward C. Wente

Box Browie – ruski kondezatrski

mikrofon korišten 1935 – 42. Grem MekNemi, slavni radio

komentator koji je koristio

Box Browie

Primena mikrofona

Telefoni (fiksni, mobilni, VoIP)

Diktafoni (za govor)

Snimači zvuka: na magnetne trake, kasete

Studija: radio i televizijski, govorni i muzički

Ozvučenje – koncerti, razglas

Merni mikrofoni (npr. fonometri)

Mikrofonski nizovi

Uređaji koji primaju govorne komande

roboti, igračke, aparati u domaćinstvu, industriji, kolima

Računari koji razgovaraju sa ljudima

Podele mikrofona

Po nameni: merenje, snimanje, ozvučavanje...

Po karakteristici usmerenosti (akustička podela)

zavisi od načina pretvaranja akustičke u mehaničku en.

neusmereni, usmereni (razne k-ke)

Po konstrukciji (električna podela)

zavisi od načina pretvaranja mehaničke u električnu en.

ugljeni, elektromagnetni, piezoelektrični

elektrodinamički, kondenzatorski

Kondenzatorski mikrofoni

Kvalitetniji, ali skuplji od dinamičkih

Koriste audio miksere sa «fantomskim napajanjem»

Interesantni su za radio stanice i studija

(profesionalni)

informativne emisije

autorski programi sa više ušesnika

emisije sa «živom» muzikom iz studija

primene u radio drami

laboratorijska merenja

Elektrodinamički

mikrofoni

Koriste jednostavnije audio miksere koji nemaju «fantomsko napajanje»

Dobro rešenje za manje radio stanice

kraće informativne emisije

muzički DJ programi

kontakt programi sa slušaocima i

povremeno autorske programe sa više ušesnika

Studijski i broadcast dinamički mikrofoni

približavaju se kondenzatorskim po karakteristikama i ceni

Mikrofoni

Akustička podela i

karakteristika usmerenosti

Akustička podela

mikrofona

Presioni - kružna

(neusmereni - omnidirekcioni)

Gradijentni - dvokružna

(dvosmerni - bidirekcioni)

Kombinovani - kardioide

(usmereni - jednosmerni)

Isti mikrofon može da ima

više k-ka usmerenosti

preklopnik koji otvara kućište

na određen način

Kružna karakteristika

usmerensoti

Dvokružna karakteristika

usmerenosti

Kardioidna karakteristika

usmerensoti

Vrste

kardioida

Hiperkardioida

Superkardioida

Veoma usmereni mikrofoni

“Tref” (detelina) karakteristika usmerensoti

Poređenje usmerenih

karakteristika sa kardioidom

Tref (detelina)

Superkardioida

Presioni, gradijentni i

kombinovani mikrofoni

Presioni

Brzina ili pomeraj

membrane

srazmerni pritisku

u zvučnom polju

rade na pritisak

Gradijentni

Brzina ili pomeraj

membrane srazmerni

gradijentu pritiska

u zvučnom polju

rade na razliku pritisaka

Kombinovani

Na kretanje

membrane utiču,

kombinovano,

i pritisak

i gradijent pritiska

Presioni mikrofon

(neusmereni)

Zvučni pritisak deluje na membranu

deluje samo na jednu stranu membrane

druga strana membrane je zaštićena kutijom

Sila koja deluje na membranu:

F = pS

S - površina membrane

Presioni mikrofoni su neusmereni

reaguju na pritisak koji je skalarna veličina

izvesna usmerenost na višim frekvencijama

membrana je u zvučnoj senci kućišta

kućište

membrana

p+p0 p0

Gradijentni mikrofon

(dvosmerni, brzinski)

Zvučni pritisak deluje s obe strane

kućište otvoreno s obe strane

ili realizacija sa dve membrane

Sila je srazmerna razlici (gradijentu) pritiska F = (p1 - p2) S

fazna razlika zbog kašnjenja i putne razlike

Karakteristika usmerenosti

dvokružna (osmičasta)

kućište

me

mb

ran

a

p1+p0 p2+p0

cosTpE

Efekat blizine

(kod gradijentnog mikrofona)

Frekvencijska karakteristika je ravna samo u

polju ravnih talasa

što je bliže izvoru zvuka to su više izdignute niske

frekvencije u frekvencijskoj karakteristici

Kombinovani mikrofon

Karakteristika usmerenosti je kardioida

zbir signala presionog i gradijentnog mikrofona

uski otvori slabe p2

Osetljivost sa zadnje strane je nula

naziva se i jednosmerni mikrofon

2

cos12

)cos1(

Tp

TpEkućište

me

mb

ran

a

p1 p2p2'

Mikrofoni

Elektro-akustičke

karakteristike

Karakteristike mikrofona

(elektro-akustičke)

1. Faktor pretvaranja - osetljivost (Sensitivity)

2. Frekvencijski opseg (Frequency Range)

3. Karakteristika usmerenosti (Polar Pattern)

4. Izobličenja

5. Dinamički opseg (max SPL i S/N ratio)

6. Impedansa

7. Stepen iskorišćenja

1. Osetljivost mikrofona

(faktor pretvaranja)

Pokazuje koliko je mikrofon dobar pretvarač (akustičke energije u električnu)

E – elektromotorna sila (napon)

na otvorenim krajevima mikrofona (neopterećen mikrofon)

p – zvučni pritisak

u slobodnom zvučnom polju, u smeru ose mikrofona (polje ravnih talasa)

izražava se u V / Pa

češće mV / Pa (iz praktičnih razloga)

p

EST pE ,

Merenje osetljivosti

U slobodnom zvučnom polju

npr. u gluvoj sobi

U polju ravnih talasa

kvalitetan zvučnik sa udaljenosti 1m emituje zvučni pritisak p na 1kHz

Meri se elektromotorna sila (napon)

na otvorenim krajevima mikrofona (neopterećen mikrofon)

Osetljivost i indeks pretvaranja

Nivo signala na izlazu iz mikrofona (e.m.s.)

pri odgovarajućem zvučnom pritisku ispred membrane (1m, 1kHz)

Napon na otvorenim krajevima referentnog mikrofona je 1 V a zvučni pritisak 94 dB (1 Pa)

referentna osetljivost 1V / 1Pa u praksi nedostižna

vrednost u dB pokazuje koliko treba pojačanje do 1V

00

, log20][ Ind.pE

pESdBT vpE

Tipične vrednosti indeksa pretva-

ranja raznih tipova mikrofona

Elektro-dinamički mikrofon sa trakom

Sv = − 60 dB (Beyer M160)

Elektro-dinamički mikrofon sa kalemom

Sv = − 54 dB (Shure SM57)

Kondnzatorski mikrofon

Sv = − 38 dB (Neumann U87)

Ako je osetljivost konkretnog mikrofona 2 mV/Pa indeks pretvaranja

Sv = 20log(2x10-3) dB

=(6-60) dB = -54 dB

Trebalo bi uvek dodati: „U odnosu na 1V/Pa“ Često se sreće izraz

-54 dBV, jer se pritisak od 1Pa podrazumeva

2. Frekvencijski opseg

Prikazuje nivo osetljivosti po frekvencijama referenca (0 dB) je osetljivost na 1 kHz

odstupanja pokazuju kolebanje osetljivosti na f-osi

Uslovljava kvalitet (ujednačenost) reprodukcije glasa ili instrumenata što ravnija sa minimalnim odstupanjima

u što širem frekvencijskom opsegu

Radno područje mikrofona do 3 dB odstupanja za snimanje govora treba da budu dobri bar do 7-8 kHz

za snimanje muzike treba ravna u celom čujnom opsegu kvalitetni studijski imaju ravnu k-ku 30Hz-18kHz

Poželjna (ne)zavisnost

osetljivosti od frekvencije

Osetljivost zavisi od e.m.s. po frekvencijama

potrebna je ravna fr. karakteristika

e.m.s. zavisi od pomeraja ili brzine

treba da brzina ili pomeraj

ne zavise od frekvencije )( ili )(

)( ili )(

)(

v

vE

p

ET

Primeri

3. Karakteristika usmerenosti

Karakteristika usmerenosti

osetljivost iz ugla u odnosu na

osetljivost iz ugla 0

pomeramo zvučnik po krivoj liniji

a na izlazu mikrofona isti napon

Neusmereni (omnidirectional)

kružna k-ka

Dvostrano usmereni

karakteristika u obliku osmice

Usmereni (cardioid)

postoje razne „kardioide“

0

)(T

T

1)(

cos)(

2

cos1)(

Karakteristika usmerenosti u

linearnoj i logaritamskoj razmeri

Linearna razmera

Logaritamska razmera (dB)

Povećanje usmerenosti sa

porastom frekvencije (manja )

Neusmerena (kružna)

Jednosmerna (kardioida)

Dvosmerna (osmičasta)

izbor prema potrebama

Zavise od konstrukcije

Zavise i od učestanosti

pokazano kod osmičaste

slično i kod ostalih

f1

f2>f1

0o

a

90o270

o

180o

100Hz1kHz

8kHz

f2>f1

f1

Faktor usmerenosti mikrofona

Mera ponašanja mikrofona u difuznom zvučnom polju

potiskivanje reverberacije, šuma i neželjenih zvukova kod mikrofona

raste sa porastom njegove usmerenosti (direktivnosti)

Odnos akustičke energije koju prima neusmereni mikrofon i

energije koju pod istim uslovima prima usmereni mikrofon

(iste osetljivosti u smeru ose)

ova dva mikrofona u slobodnom zvučnom polju, okrenuta prema

izvoru, dala bi jednake elektromotorne sile na svojim izlazima

m

m

d

444

0

2

Još neke predstave

faktora usmerenosti

Efektivni prostorni ugao

Zamišljeni prostorni ugao

Ωm u kome bi mikrofon

trebalo da ima konstantnu

osetljivost jednaku T0,

a da mu osetljivost izvan

tog ugla bude jednaka 0

Indeks usmerenosti (u dB)

Faktor usmerenosti u dB

neusmereni mikrofon m = 1

Efikasnost mikrofona u

difuznom zvučnom polju

mera osetljivosti mikrofona na

difuzno zvučno polje i šum

pokazuje koliko dB je

manji nivo u odnosu na

neusmereni iste osetljivosti

mlog10

m

m

d

444

0

2

mREE 1

Faktor rastojanja

(Faktor distance - DF)

Koliko puta se može

povećati rastojanje

usmerenog mikrofona

od izvora

u odnosu na rastojanje

neusmerenog mikrofona

iste osetljivosti

pa da odnos direktnog

i reflektovanog zvuka

u zbirnom signalu

na njihovim izlazima

bude isti

Karakteristika Kružna Dvokružna Kardioidna Super kardioidna

Hiper kardioidna

Prijemni ugao (-3 dB)

360 90 131 115 105

(90), dB 0 - 6 - 8,6 - 12

(180), dB 0 0 - 6 - 11,7

Ugao za () = 0

- 90 180 126 110

Faktor usme-

renosti m

1 3 3 3,73 4

REE 1

0 dB 0,333

- 4,8 dB 0,333

- 4,8 dB 0,268 - 5,7

0,250 - 6 dB

DF 1 1,7 1,7 1,9 2

Poređenje karakteristika

usmerenosti mikrofona

4. Izobličenja

Postoje jer je mikrofon

nelinearni pojačavač

prvi u elektro-akust. lancu

dalje se samo pojačavaju ta

izobličenja

zato moraju biti što manja –

do 0,1 % ili 0,2 %

rastu sa pojačanjem signala

Ukupna harmonijska

izobličenja - THD

(total harmonic distortion)

mera za nelinearna

izobličenja

2

1

2

2

U

U

THD i

i

Pomeraji membrane mikrofona

(kao izvor izobličenja)

Nisu veliki ni pri velikom zvučnom pritisku

nelineranost kretnog sistema nema većeg značaja

Elektrodinamički mikrofon sa kalemom

p = 10 Pa (114 dB)

amplituda pomeraja membrane = 10 m

Elektrodinamički mikrofon sa trakom

amplituda pomeraja veća, ali

izobličenja nikada ne prelaze 1%

5. Dinamički opseg

Opseg u dB od praga šuma do nivoa dozvoljenih izobličenja (1%) daje uvid u najjači i najslabiji zvuk

koji mikrofon može da pretvori bez većih smetnji i izobličenja

Rezerva ili headroom je opseg između: nivoa zvučnog pritiska dozvoljenih izobličenja (1%) i

nivoa pri kom dolazi do klipovanja (odsecanja) vrhova signala

Potreban dinamički opseg: za govor dovoljno 40 dB

za snimanje muzike 80-90 dB

za laboratorijska merenja 140-150 dB

Granice dinamičkog opsega

Gornja granica

Maksimalni zv. pritisak

najviši nivo zvuka ispred membrane mikrofona

za koji su na njegovom izlazu ukupna harmonijska izobličenja THD < 1%

Podatak daje proizvođač pored THD < 1%

ponekad daju i za 0.5%

Obično iznad granice bola

Donja granica

Određena nivoom sopstvenog šuma

osnovni (termički šum)

K – Bolcmanova konst. (1,38 J/K)

T – temperatura u Kelvinima

R – unutrašnja otpornost

f – širina propusnog opsega

]Hz[][1064,1

4][

20 fR

fRTKVETN

Nivo termičkog šuma

Sopstveni (termički) šum na izlazu mikrofona

može se izraziti i u dB u odnosu na 1V

nivo termičkog šuma LTN u odnosu na 1V,

u opsegu od 1Hz, na otpornosti od 1

jednak –198 dB (10 log 4KT = –198 dB)

Ekvivalentni nivo šuma se izražava u dBA

kod kvalitetnih mikrofona je manji od 15 dBA

Rf

EL TNTN

log10log10198

V1log20]dB[V1/

PRIMER

Osetljivost mikrofona:

Sv = 20log(2x10-3)-94+94

=(6-60) dB = -54 dBV (u odnosu na 1V i 1 Pa)

Nivo termičkog šuma na izlazu

mikrofona u odnosu na 1V je:

L TN /1V = -198 + 10 log14970

+ 10 log200 = -133 dB

E TN = 0,223 V

Mikrofon čije su karakteristike date

ima izobličenja od 1% pri nivou

pritiska od 132 dB.

Ekvivalentni nivo šuma je

17 dBA.

Dinamički opseg ovog mikrofona je

(132-17) dB =115 dB

Mikrofon impedance

200, koji pri pritisku

od 94dB (1Pa) daje

izlazni napon od 2mV

u praznom hodu (pri

otvorenim izlaznim

krajevima).

Frekvencijski opseg

mikrofona je u opsegu

od 30Hz do 15kHz.

Kolika je osetljivost i

termički šum ovog

mikrofona?

Odnos signal šum (S/N)

Izražava relaciju između:

nominalnog nivoa zvuka (94 dB) i

A-ponderisanog ekvivalentnog

nivoa šuma mikrofona

Za mikrofon sa prethodnog slajda je:

S/N = (94 -17) dB = 77 dB

6. Impedansa mikrofona

Podatak koji nam govori:

kako se mikrofon ponaša

kao generator i

kako ga treba priključiti na

ulaz predpojačavača

Daje se za f = 1 kHz

Kreće se u širokom

opsegu vrednosti

reda - kod

elektrodinamičkih mikrofona

reda M - kod

kondenzatorskih mikrofona

Poželjne prilagođene impe-

danse mikrofona i pojačala

koriste se transformatori

za (nat)prilagođenje

preslikana ulazna

impedansa potrošača

kao imp. mikrofona

problem što reaktivni deo

zavisi od frekvencije

nadprilagođenjem uzima se

10 puta veća imp. potrošača

Prilagođenje po naponu

Važna za priključivanje na predpojačalo

potrebno prilagođenje po naponu

da bi se izvukao maksimum korisne snage signala

Niska impedansa npr. 200

moguć duži priključni kabl

Visoka impedansa npr. 50 k

potreban kratak kabl U

iZ

E pZ

EUZZ pi ,

7. Stepen iskorišćenja ()

Stepen iskorišćenja mikrofona je mali: između 0,1 i 1 %

Glavni razlozi za ovako mali stepen iskorišćenja: Deo zvučne energije koja stiže do membrane mikrofona

reflektuje se i vraća u okolni prostor.

Preostali deo pokreće membranu pretvarajući se pri tome u mehaničkim, akustičkim i električnim elementima u toplotu.

Slabo prilagođenje akustičke impedanse zvučnih talasa na mehaničku impedansu membrane.

Postupak dvostrukog pretvaranja energije, najpre akustičke u mehaničku, pa onda mehaničke u električnu.

Mikrofoni

Električna podela i principi rada

Električna podela mikrofona

Grafitni (ugljeni)

Kristalni (piezoelektični)

Elektrodinamički (sa trakom i kalemom)

Elektrostatički (kondenzatorski i elektret)

Zasniva se na fizičkim principima koji su iskorišćeni

kod pretvaranja oscilacija kretnog sistema

u električni signal na izlazu mikrofona.

Kada su relativne promene otpornosti mikrofona male (R 1) onda su

promene struje u kolu mikrofona proporcionalne promeni otpornosti R.

Promena otpornosti R srazmerna je pomeraju membrane .

Presioni (p E), radi u režimu elastičnog kočenja (f < fr).

Napon E0 = 4-12 V, otpor R0 = 10-400 constE

Ugljeni (grafitni) mikrofon

Karakteristike

ugljenog mikrofona

Prednosti

Jednostavne

konstrukcije

jeftin za proizvodnju,

robustan

Velika osetljivost T (50-100 mV/Pa)

pojačavač 30-40 dB

izlazni napon E = 500 mV

(glasan govor)

Mane

Visok nivo sopstvenog

šuma

mala dinamika

Loša frekvencijska

karakteristika

velika izobličenja

(fr = 2000 Hz)

Isključivo se koristio u telefoniji,

gde se dugo zadržao i pored značajnih nedostataka,

samo zbog velike osetljivosti, jednostavne konstrukcije i robustnosti.

0

0

R

CShE

p

ET m

Elektro-dinamički mikrofon

sa kalemom

Membrana je fiksirana za cilindar sa namotajem

provodnika − kalem

prečnik membrane kod ovih mikrofona je do par cm

daleko je masivnija membrana nego

kod kondenzatorskih mikrofona

Delovi elektrodinamičkog

mikrofona sa kalemom

Kretni sistem

Membrana

aluminijumska ili

plastična folija

Kalem (bakarna žica)

prečnik oko 50 m,

izolovana lakom

induktivnost L reda 100 H

otpornost R je n x (10-100)

Magnetni sistem

Magnet (osetljiv na EM polja) Ticonal, Alniconux, Neodimium

Polni nastavci (meko gvožđe)

Princip rada elektro-

dinamičkog mikrofona

Provodnik (kalem) se kreće (osciluje) brzinom v

u polju stalnog magneta indukcije B

indukuje se e.m.s. E, srazmerna proizvodu B, l i v

Presioni (F=pS), brzina se pretvara u e.m.s.

režim otpornog kočenja (p v E)

radni opseg npr. 200 do 8000 Hz (f oko fr) vlBE

Karakteristike dinamičkog

mikrofona sa kalemom

Osetljivost 1-5 mV/Pa

(tipično 2mV/Pa)

dovoljno za odvojen

pretpojačavač

postiže se sa

magnetnom

indukcijom B

opada pri

udaru (padu)

mikrofona

m

m

R

SlB

p

R

SplB

p

vlB

p

ET

Velika dinamika 120 dB

(mala izobličenja)

ekvivalentni nivo šuma

20 dBA

maksimalni nivo zvučnog

pritiska pri 1% izobličenja

140 dB

Frekvencijski opseg

30(60)Hz - 15(20)kHz

Elektrodinamički

mikrofon (sa trakom)

Konstrukcija

Metalna traka (npr. Al) nalazi se u magnetnom polju stalnog magneta

veoma je laka

malih dimenzija reda cm x mm x m

ima otpornost reda 0,1 do 0,2

traka je membrana i provodnik u kom se indukuje e.m.s. E

Princip rada

Gradijentni mikrofon

(F=(p1-p2)S)

brzinu pretvara u e.m.s.

režim inercijalnog kočenja

vlBE

Karakteristike dinamičkog

mikrofona sa trakom

Mala osetljivost (oko 0.5 mV/Pa)

Mala impedansa (0,1 do 0,2 )

neophodan trafo za prilagođenje

(podiže impedansu na 200 )

diže osetljivost na 3-6 mV/Pa

povećava težinu i dimenzije i poskupljuje

Frekvencijska karakteristika

ravna u opsegu od 30 Hz do 15 kHz

Manja dinamika 100 dB

ekvivalentni nivo šuma 20 dBA

maksimalni nivo zvuka 120 dB

cm

dSlB

p

cm

dSplB

p

vlB

p

ET

1:n

200

450uVT

r aka

1 u0 V

0 1,

n=45

Poređenje elektrodinamičkih

mikrofona (gde se koriste)

Mikrofon sa kalemom

Najšira primena

jeftiniji, dobre karakteristike

otporni na potrese i udare

daju visok nivo zvuka

Za snimanje drvenih i

limenih duvačkih

instrumenata

jer omekšavaju zvuk zbog

spore tranzijentne k-ke

Mikrofon sa trakom

Nisu pogodni za primenu na

otvorenom (TV, film)

osetljivi na vetar, i šum ruku,

potrese, udare

Imaju ugrađen transformator

povećava težinu i dimenzije

poskupljuje

Izvanredna tranzijentna

karaktersitika

Koriste se za ozvučavanje govora u predavaonicama i amfiteatrima,

za živa muzička izvođenja na koncertima moderne muzike.

Osobine elektro-dinamičkih

mikrofona (generalno)

Prednosti

Pasivan sistem

ne traži spoljašnje napajanje

Robustan i izdržljiv

na manje potrese i udare

Postojan na promene

atmosferskih uslova (vlage)

Može biti relativno jeftin

Može biti prilično mali

Mane

Manja osetljivost od

kondenzatorskih

Rezonantna frekvencija

slab VF odziv iznad 10 kHz

frekvencijski opseg od

40 do (max) 16000 Hz

Kristalni (piezoelektrični

ili keramički) mikrofoni

Piezo - pločica

razvlačenje

sabijanje

Kristali sa piezoele-

ktričnim svojstvima

kvarc

Sinjetova (Signette) so

jako izraženo piezo-

električno svojtvo

“Bimorf”

Keramički materijali

barijum-titanat

otporan na klimatske uticaje

Piezoelektrični mikrofon

sa membranom

Membrana savija piezopločicu

sabijanjem ili savijanjem na jednu i drugu stranu

menja se naelektisanje na krajevima

Osobine piezoelektričnih

mikrofona

Osetljivost: Kristalni sa zvučnom ćelijom: 10

mV/Pa

sa membranom: nekoliko desetina mV/Pa,

keramički: 12 do 16 dB niža

Karakteristika usmerenosti obično su presioni – kružna

Ekvivalentni nivo šuma opada sa frekvencijom

Uticaj kabla: na vrednost izlaznog

napona i

donju graničnu frekvenciju

Impedansa: kapacitivna, reda 1 nF

Izobličenja veoma mala pri nivoima

zvuka do 130 dB

Uticaj temperature i vlage menja se kapacitet sa

vlagom i temperaturom

Kondenzatorski mikrofoni

Kvalitetniji, ali skuplji od dinamičkih

Koriste audio miksere sa «fantomskim napajanjem»

Interesantni su za radio stanice i studija

(profesionalni)

Princip rada

Sastoji od dve elektrode

razdvojene vrlo uskim dielektrikom

Jedna elektroda je membrana

a druga je čvrsta ploča

Treperenjem membrane se menja kapacitivnost

menja se i napon (količina naelektrisanja)

premešta se naelektrisanje kroz provodnik struja

Promene napona (signal na izlazu) se beleže

i šalju na dalji proces u računar ili rekorder

Karakteristike

kondenzatorskog mikrofona

Presioni, pomeraj se pretvara u e.m.s. režim elastičnog kočenja (kao i ugljeni)

(može se konstruisati i kao gradijentni)

Kretanjem ploče kondenzatora (membrane) menja se kapacitivnost i količina elektriciteta

naelektrisanje se menja u ritmu zvuka

struja punjenja/pražnjenja stvara napon na otporniku

(naponski razdelnik)

b

CSE

p

ET m

0

bEE

0

Osobine kondenzatorskih

mikrofona

Prednosti

Veća osetljivost (do 10 mV/Pa) ali se ne može podići sa

trafoom za prilagođenje

postiže se velikim DC naponom E0 = 100-200 V odnos E0 /b ograničen zbog

proboja kondenzatora

Ravna frekvencijska karakteristika (20Hz-20kHz)

Veliki dinamički opseg (npr. 140 dB)

Stabilan, otporan

Mane

Skup (profesionalni)

Velika impedansa (0,5-1 M) naponski razdelnik

umesto trafoa za (nad)prilagođenje

Potrebno „fantomsko“

napajanje (za E0)

Primene kondenzatorskih

mikrofona

Profesionalna snimanja Akustička merenja

Primeri kondenzatorskih

mikrofona

Izrađuju se kao presioni

gradijentni

kombinovani

Presioni rade u režimu elasticnog kočenja imaju osetljivost do

10mV/Pa

ali se ne može podići trafoom za prilagođavanje

postiže se velikim DC naponom od 100 - 200V

Frekvencijska karakteristika

ravna

Dinamički opseg

do 140dB

Vrednos kapacitivnosti kapsule

5-100pF

Imaju veliku unutrašnju impendansu

0.5-1MΩ

Koriste naponski razdelnik

Fantomsko napajanje

Koriste audio miksere

sa tzv. «fantomskim

napajanjem»

phantom power

12-24-48Vdc

zavisno od modela

mikrofona

Rode NT2000 koristi napajanje 24V

Nojman KM84

koristi napajanje 48V

AKG C451B koristi napajanje 12V

Neumann U87

Najpopularniji za studijsko snimanje

od 1967. postaje standard za studijsko snimanje

Ima dve velike membrane

i tri načina usmerenosti

omnidirekcioni, kardioidni i osmičasti

Mogu da unesu slabljenje i do 10dB

pa mogu da se koriste za snimanje

glasnih instrumenata

Dinamički opseg im je i do 130 dB

Nojman U87

Elektret mikrofon

Dielektrik između obloga kondenzatora

elastični poliester (rešenje za veliki DC napon)

ubaci se pod velikim pritiskom na visokoj temperaturi

u radnim uslovima ostaje polarisan – 100-150 V

Eliminiše se visoki polarizacioni napon

koji je neophodan kod kondenzatorskih mikrofona

uprošćava se izrada i primena ovih mikrofona

napajanje je ipak potrebno zbog pojačavača

postavljenog odmah uz kapislu u isto kućište

može biti obezbeđeno spolja, ili putem minijaturne baterije smeštene u kućištu mikrofona

Konstrukcija elektret

mikrofona

1. Metalne elektrode (obloge kondenzatora)

2. Vazdušni procep

3. Odstojnik

4. Elektret

Naelektrisan elektret je elektrostatički ekvivalentan

izolatoru koji ima površinski raspoređeno naelektrisanje.

Osobine elektret mikrofona

Prednosti Pristupačna cena

širok opseg kvaliteta

Osetljivost 2-10 mV/Pa velika u odnosu na el.din.

Frekvencijska karakteristika široka i ravna

Karakteristika usmerenosti kružna, dvokružna,

jednosmerna

Ekvivalentni nivo šuma reda 20 dBA

Izobličenja veoma mala pri nivoima zvuka

preko 130 dB ( 1%)

Mane

Zahtevaju spoljašnje napajanje ili bateriju (predpojačavač) 9 – 52 V DC, obično

48 V DC (“fantom” napajanje)

Potreban predpojačavač konvertor impedanse u

nekoliko stotina

generisana e.m.s. skida se preko R (umesto trafa)

C0 = 100 pF na niskim audio frekvencijama daje M

Mikrofoni

Mikrofoni velike usmerenosti

Mikrofoni velike usmerenosti

Mikrofon sa talasovodom

(puška mikrofon)

Mikrofon sa talasovodom

(puška mikrofon)

Osnovu čini metalna cev (talasovod) zatvorena sa obe strane

čitavom dužinom jedne strane cev je perforirana

Zvuk iz spoljašnje sredine ulazi u unutrašnjost cevi kroz otvore

Zvučna energija prodire u cev kroz svaki od otvora

Na membrani pretvarača u unutrašnjosti cevi superponiraju se komponente zvuka koje u nju ulaze

kroz prostorno razdvojene puteve

Mikrofon sa talasovodom

(puška mikrofon)

Putanje komponenti energije mogu biti različite u zavisnosti od ugla nailaska talasa na cev

Kada zvučni talas nailazi u osi cevi sve komponente međusobno su u fazi

prelaze isti put

sabiraju se na membrani i

odziv je maksimalan

Kada talas nailazi pod uglom u odnosu na osu cevi javljaju se fazne razlike

najveće fazne razlike (poništavanja) za slučaj kada zvuk nailazi pod uglom od 180o u odnosu na osu

Mikrofon sa talasovodom

(puška mikrofon)

Usmerenost zavisi od odnosa dužine cevi l i talasne dužine λ (l/λ)

usmerenost se povećava sa frekvencijom

sistemi sa dužom cevi imaju veću usmerenost

i obratno

Za snimanje sa većih distanci

razgovor na ulici

pozorište (kada su mikrofoni u prvom redu publike)

snimanje dijaloga na filmu...

Mikrofon sa paraboličnim

reflektorom

Reflektor ima funkciju samo na frekvencijama na

kojima je talasna dužina dovoljno mala u odnosu

na njegov prečnik

na najnižim čujnim frekvencijama (za velike talasne

dužine) sistem ne postiže usmerenost

Danas retko u ponudi proizvođača

velika površina reflektora uzrokuje pojavu sile koju

stvara vetar

poželjno da bude od masivnog materijala da bi se

zvuk od njega reflektovao, a ne prolazio kroz njega

Mikrofon sa paraboličnim

reflektorom

Mikrofon sa paraboličnim

reflektorom

Višecevni mikrofon

Pri kosom upadu zvuka u odnosu na osu

postoji fazna razlika između komponenti koje

pristižu do membrane kroz pojedine cevi

usled toga se pritisci pojedinih talasa u velikoj

meri poništavaju

Višecevni mikrofon

Koristite se samo u mirnom okruženju

(bez vetra)

strujanje vazduha ispred otvora cevi

izaziva tonove na

rezonantnim frekvencijama

koji onemogućavaju

korišćenje mikrofona

Mikrofoni

Mikrofonski nizovi

Mikrofonski nizovi

Sistem rada sličan sistemima sa talasovodom

Usmerenost se ostvaruje superponiranjem više

komponenti koje su u fazi kada zvučni talas iz

udaljenog izvora nailazi u osi sistema, a fazno se

razlikuju kada talas nailazi iz pravca van ose

superponiranje se ostvaruje u električnom domenu sa

mikrofonskim signalima na kolu za sabiranje

Razlika je u tome što se kod mikrofonskog niza

više komponenti signala dobija

postavljanjem većeg broja mikrofona u nizu

Mikrofonski nizovi

Moguća promena pravca maksimalne

osetljivosti (ose sistema) uvođenjem

selektivnog kašnjenja mikrofonskih signala

cilj je da se postigne poklapanje faza kada zvuk

nailazi iz željenog pravca

na taj način se uvodi mogućnost da sistem radi sa

promenljivom usmerenošću, pri čemu se ta

promena realizuje elektronskim putem

Najčešća primena za konferencijske sisteme

Primeri mikrofonskih nizova

Mikrofonski linearni niz

Linearni niz 4 elementa

predviđen da bude na gor-

njoj strani maske monitora

radi u opsegu ±50 stepeni

pokriva jednu kancelariju

dužine je oko 20cm

Mikrofonski kružni niz

Kružni niz se stavlja na

sredinu stola

npr. u konferencijskoj sali

radi u opsegu 360 stepeni

služi za snimanje sastanaka

pežnik je oko 16cm

Mikrofoni

Izbor, postavke i primena

Postavljanje mikrofona

Pri snimanju

Poželjna i reverberacija

(može se i dodati)

da bi se snimio i

originalni akustički

ambijent

Pri ozvučavanju

Potreban samo direktan

zvuk

mikrofon postaviti

što bliže prirodnom

izvoru zvuka

treba izbeći

mikrofoniju

Mikrofonija

Ispoljava se jakim i neprijatnim “zviždanjem”

Mikrofonija nastaje kada u mikrofon stiže jači

zvuk iz zvučnika nego iz izvora koji ga stvara

akustička povratna sprega na nekoj frekvenciji

mikrofon – pojačavač – zvučnik – prostor

izbeći da se gledaju membrane

mikrofona i zvučnika

češća kod manjih

prostorija sa

većim TR60

Mikrofoni

Snimanje govora

Postavljanje mikrofona

- pri snimanju govora

Govor – za RTV, film, razglas, pozorište

uvek je najvažnija razumljivost

Snimatelj se na probi prilagodi govorniku (15-20 s)

zanima nas zvučna snaga, boja i dinamika

profesionalci su izabrani bez govornih mana

Govornik se smešta u ambijent

podesi mu se položaj mikrofona

Postavljanje mikrofona

- pri snimanju govora

Čitanje:

Neće praviti neočekivane izlete iz ose mikrofona

Koristiti usmeren mikrofon super- ili

hiper-kardioid

izbegava se

reflektovani zvuk i

buka

Slobodna interpretacija:

Okreće glavu

Gestikulira

Koristiti manje usmeren

mikrofon

kardioid

Bitna visina i ugao ka govorniku

Problemi u snimanju govora

Prenaglašenost sibilanata (piskavih glasova)

rešava se zakreta-njem mikrofona za 20-tak stepeni

jer je mikrofon najosetljiviji na VF u pravcu ose

Kod praskavaca (ploziva)

problem je jak vazdušni udar

rešava se udaljava- njem mikrofona

osa ostaje u pravcu usta

Oba problema može da reši i specijalni štitnik (windschutz, windscreen)

Problemi u snimanju govora

Eventualni mali gubitak u nivou signala

lako se pojača

Problemi se rešavaju postavkom mikrofona

a tek potom filtrima

Kod više govornika

retko 1 mikrofon rešava više od 3-4 govornika

prvo se postavlja najkritičniji

npr. ženski glas bliže, ali van ose

za više govornika bolja je osmičasta karakteristika usmerenosti

Snimanje govora sa više

mikrofona

Prednosti

Veći komfor za izvođače

Lako balansiranje glasovne ravnoteže

Grupisanje izvođača sa govornim manama

Slobodnije korišćenje filtara, bojenja, i sl.

Problemi

Otežana operativnost za snimatelja

mora da prati tekst

u slušalicama nema binauralnu lokalizaciju

replike prati odsečna regulacija

Povećan nivo šuma i reverberacije

ne trebaju svi odjednom

preklapanje signala

Mikrofoni

Snimanje muzike

Opšta pravila za dobar zvuk

Dobar muzičar

Povoljna akustika ambijenta

Prikladan mikrofon

Povoljna pozicija mikrofona

Na kvalitet zvuka najviše možemo da utičemo

pravilnim izborom i pozicioniranjem mikrofona

Ako imamo u postavci više izvora zvuka

Cilj je dobijanje dobre i ujednačene zvučne slike

sa panoramom učesnika na sceni

Snimanje muzike

Da li je dovoljan 1 mikrofon da snimi orkestar?

Ako ga postavimo na optimalno mesto u publici?

mikrofon skupi više reverberacije i smetnji nego čovek

Čovek može da se koncentriše na željeni zvuk

čuje odnos direktni/reverberantni zvuk bolje od objektivnog

Ako mikrofon približimo

nekom izvoru zvuka

dalji izvori se

lošije snime

Snimanje

muzike

Rešenje:

Pojedine grupe izvora dobijaju svoj mikrofon

snimatelj balansira nivoe i sklapa celinu (bolje nego uživo!)

izbegavati akustičko preslušavanje (muti zbirni signal)

mikrofoni protivreče jedan drugom kao očevici iz više uglova

Koristi se i jedan glavni mikrofon za ceo orkestar

bliski mikrofoni služe samo za pojačanje direktnog zvuka

bez glavnog svi izvori izgledaju blizu (nedostaje reverberacija)

Ozvučavanje instrumenata

- žičani instrumenti

Gitare akustične

klasične

električne

bas

Gudački instrumenti violina

viola

violončelo

kontrabas

Žica

učvršćena između

dva kraja

vibrira u polju

rezonantne kutije

(magneta u slučaju

električne gitare)

Ozvučavanje instrumenata

- Bas gitara

Najčešće se spaja direktno u miksetu

da se ne oslabi zvuk basa u dužem kablu

dobija se čistiji zvuk

eliminišu se ambijent i smetnje

koristi se direct box (DI box)

od njega do miksete može duži kabel

nebalansirane izore signala pretvara u

balansirane signale pogodne za miksetu

prilagođava izlaznu impedansu instrumenta (reda MΩ)

ulaznoj impedansi miksete (reda desetina Ω)

Balansirani ulaz

Ozvučavanje instrumenata

- Akustična gitara

Često dolaze sa ugrađenom elektronikom

spajaju se direktno

U suprotnom, postoji više položaja mikrofona

u praktičnoj upotrebi

pozicije: A, B, C i D

Ozvučavanje instrumenata

- Akustična gitara

Pozicija A: standardna stereo metoda

pogodno ako se želi dočarati prostornost, ambijent

Pozicija B: mikrofon na oko 15 cm od gitare, usmeren

prema spoju zvučne rupe i vrata gitare

više ka rupi – „mutnija“ i toplija slika,

više ka vratu – viši tonovi i zvuk koji se proizvodi prstima

Pozicija C: usmeren prema mostu, udaljenost oko 10 cm

tvrđi zvuk sa nedostatkom niskih i srednje niskih frekvencija

Pozicija D: zamena za poziciju C

gornji mikrofon hvata refleksije od tela gitare

donji hvata zvuk rezonantne kutije i ambijenta

Ozvučavanje instrumenata

- Električna gitara

Žica vibrira u polju magneta

Lako se priključuje direktno u miksetu

mikrofon se obično postavi ispred pojačala

signal iz pojačala već prošao kroz različite filtere

dinamički, kardioidni mikrofoni

SHURE SM 58

SHURE SM 57

Ozvučavanje instrumenata

- Električna gitara

Blizu pojačala

jasniji zvuk bez

osećaja prostora

Udaljavanjem

zvuk postaje „mutniji“

U centar membrane

visoke frekvencije,

oštar zvuk

Ka rubu membrane

niže frekvencije

topliji zvuk

Ozvučavanje instrumenata

- Gudački instrumenti

Violina, viola, violončelo, kontrabas

često su sa ugrađenom elektronikom

za direktno spajanje

Slično ozvučavanju akustičnih

i klasičnih gitara

ima razlika zavisno od instrumenta

ako je mikrofon preblizu izvoru zvuka

na razglasu se mogu čuti

neželjeni zvukovi

npr. grebanje gudala od žice

Ozvučavanje instrumenata

- Klavir

Pozicija A: stereo slika

par mikrofona na 15 cm od čekića,

jedan za niže, drugi za više tonove

Pozicija B: dalje od čekića,

naglašava dublje tonove

daje manje oštar stereo zvuk

Pozicija C: ukoliko postoje

otvori za zvuk

dobra separacija od ostalih

zvukova koji dopiru do mikrofona

Pozicija D: ravnomerno hvata

zvuk, često A + D

Ozvučavanje instrumenata

- Limeni duvački

Truba, saksofon, tuba, trombon, rog

Izvor zvuka na zvonolikom proširenju na kraju instrumenta

Mikrofon centralno ispred zvona oštar i svetao zvuk

Mikrofon blago ukoso (na oko 15-30 cm) mekši ton

Muzičari se (ponekad) kreću što je nepovoljno, zbog promena u dinamici

kompromisno rešenje je postavljanje mikrofona iznad izvora, usmerenog direktno ka izvoru

Ozvučavanje instrumenata

- Drveni duvački

Klarinet, oboa, flauta, fagot

Izvor zvuka

rupe koje se nalaze po telu instrumenta

Mikrofon se postavlja blizu rupa

kod flaute između usnika i prvih rupa za prste

ponekad moramo da potisnemo određene

frekvencije (10-12 kHz) zbog disanja muzičara

Ozvučavanje instrumenata

- Udaraljke

Bas, doboš, prelazni (tom) bubnjevi, činele

Mikrofon uz obruč gornje membrane tako da

cilja kroz prostornu dijagonalu bubnja

ako se mikrofon nalazi na

jednoj strani gornje membrane,

zamišljeni pravac koji prolazi

kroz mikrofon izlazi na dijametralno

suprotnoj strani donje membrane

potreban ujednačen odnos

instrumenata na bini

Ozvučavanje instrumenata

- Udaraljke

U centru konstrukcije

bas bubanj, desno

doboš, od centra na

levo tom bubnjevi

U zvučnoj slici bas i doboš

u jednoj, centralnoj liniji

(doživljaj ritma), tom

bubnjevi u liniji s leva na

desno, jedan set činela s

desne, drugi s leve strane

Ozvučavanje instrumenata

- Udaraljke: Bas bubanj

Daje „osnovni udar“ u

ritmu muzike

Postavka 1 mikrofona

najčešće unutar bubnja

ukoliko je prednja

membrana zatvorena,

mikrofon se postavlja

ispred nje

Mikrofoni koji mogu

da podnesu i preko

160 dB bez izobličenja

Postavka 2 mikrofona

fazno pomerena

za 1800

AKG D112 „jaje“

SENNHEISER e602

Ozvučavanje instrumenata

- Udaraljke: Doboš bubanj

Na donjoj membrani metalna mrežica daje karakterističan zvuk: visok, praskav

Dva mikrofona, jedan iznad gornje membrane, drugi ispod donje donji mikrofon naglašava osobiti „zvuk mrežice“

nadopuna glavnom gornjem mikrofonu

U studiju – dodatni mikrofon iznad obruča

Pogodni mikrofoni AKG D112 („jaje“) i Sennheiser e602

često se koristi i Shure SM 57 pretežno zbog niske cene

SHURE SM 57

Ozvučavanje instrumenata

- Udaraljke: Tom bubanj

Prelazni (tom) bubnjevi

Problematični (zbog neugodne zvonjave)

slična pravila kao kod bas bubnja

ako nema donje membrane

jedan mikrofon u unutrašnjosti bubnja

Najčešće dva mikrofona

pomerenih faza za 1800

SENNHEISER e604

Ozvučavanje instrumenata

- Udaraljke: Činele

Tiše u odnosu na bubnjeve

proizvode visoke frekvencije (koje se apsorbuju)

Dva kondenzatorska mikrofona

30 cm iznad činela

Treba probati

mikrofon bliže sredini

zvonkiji i topliji zvuk

mikrofon bliže rubu

piskutav, viši i tanji zvuk

AKG C451 NEUMANN KM 184

Ozvučavanje vokala

Različiti načini ozvučavanja ne postoji ustaljena praksa

niti preporučen metod

Za snimanje u studiju može se koristiti dobar kondenzatorski mikrofon za izvođenje uživo on nije dovoljno robustan

niti otporan na vlagu, prašinu, udarce...

tu je bolji kardioidni elektrodinamički mikrofon

Po pravilu se koristi zaštitni sunđer smanjuje uticaj praskavih glasova

NEUMANN U48

Vocal (singing) Frequency f0

Bass 82 – 330 Hz

Baritone 98 – 392 Hz

Tenor 124 – 494 Hz

Alto 175 – 699 Hz

Mezzo-soprano 220 – 880 Hz

Soprano 262 – 1047 Hz

Mikrofoni

Prof. dr Vlado Delić

Fakultet tehničkih nauka Novi Sad

VTŠSS Novi Sad

Akademija umetnosti Beograd