работа (стр. 4 из 7)

Принцип действия электродинамического катушечного микрофона состоит в следующем (рис.6, в). В кольцевом зазоре 1 магнитной системы, имеющей постоянный магнит 2, находится подвижная катушка 3, скрепленная с диафрагмой 4. При воздействии на последнюю звукового давления она вместе с подвижной катушкой начинает колебаться. В силу этого в витках катушки, перерезывающих магнитные силовые линии, возникает напряжение, являющееся выходным сигналом микрофона.

Электродинамический микрофон стабилен, имеет довольно широкий частотный диапазон, сравнительно небольшую неравномерность частотной характеристики.

Устройство ленточного электродинамического микрофона несколько отличается от устройства катушечной модификации (рис. 6, г). Здесь магнитная система микрофона состоит из постоянного магнита 1 и полюсных наконечников 2, между которыми натянута легкая, обычно алюминиевая, тонкая (порядка 2 мкм) ленточка 3. При воздействии на обе ее стороны звукового давления возникает сила, под действием которой ленточка начинает колебаться, пересекая при этом магнитные силовые линии, вследствие чего на ее концах развивается напряжение.

Т.к. сопротивление ленточки очень мало, то для уменьшения падения напряжения на соединительных проводниках напряжение, развиваемое на концах ленточки подается на первичную обмотку повышающего трансформатора, размещенного непосредственно вблизи ленточки. Напряжение на зажимах вторичной обмотки трансформатора является выходным напряжением микрофона.

Частотный диапазон этого микрофона довольно широк, а неравномерность частотной характеристики невелика.

Для электроакустических трактов высокого качества наибольшее распространение в настоящее время получил конденсаторный микрофон. Принципиально он работает следующим образом (рис.6, д). Жестко натянутая мембрана 1 под воздействием звукового давления может колебаться относительно неподвижного электрода 2, являясь вместе с ним обкладками электрического конденсатора. Этот конденсатор включается в электрическую цепь последовательно с источником постоянного тока Е и активным нагрузочным сопротивлением R. При колебаниях мембраны емкость конденсатора меняется с частотой воздействующего на мембрану звукового давления, в связи с чем в электрической цепи появляется переменный ток той же частоты и на нагрузочном сопротивлении возникает падение напряжения, являющееся выходным сигналом микрофона.

Нагрузочное сопротивление должно быть большим, чтобы падение напряжения на нем не уменьшалось сильно на низких частотах, где емкостное сопротивление конденсатора очень велико и эксплуатация такого микрофона была бы невозможна из-за сравнительно небольшого сопротивления микрофонных линий и нагрузки. По этой причине почти у всех современных конденсаторных микрофонов предусмотрены конструктивно связанные с самим микрофоном усилители, имеющие малый коэффициент усиления (порядка 1), высокое входное и низкое выходное сопротивления.

Конденсаторные микрофоны имеют самые высокие качественные показатели: широкий частотный диапазон, малую неравномерность частотной характеристики, низкие нелинейные и переходные искажения, высокую чувствительность и низкий уровень шумов.

Электретные микрофоны, по существу, те же конденсаторные, но постоянное напряжение для них обеспечивается не обычным источником, а электрическим зарядом мембраны или неподвижного электрода, материалы которых отличаются тем, что способны сохранять этот заряд длительное время.

Некоторое распространение получили микрофоны пьезоэлектрические (рис.6, е). Их действие основано на том, что звуковое давление воздействует непосредственно или через диафрагму 1 и скрепленный с ней стержень 2 на пьезоэлектрический элемент 3. При деформации последнего на его обкладках вследствие пьезоэлектрического эффекта возникает напряжение, являющееся выходным сигналом микрофона.

Действие транзисторных микрофонов (весьма мало распространенных) основывается на том, что под действием звукового давления на диафрагму и скрепленное с ней острие, являющееся одновременно эмиттером полупроводникового триода, изменяется сопротивление эмиттерного перехода через него. Хотя транзисторные микрофоны с диафрагмой достаточно чувствительны, но они недостаточно стабильны и их частотные характеристики даже в сравнительно узком диапазоне частот неравномерны.

Стереофонический микрофон представляет собой систему из двух микрофонов, конструктивно размещенных в общем корпусе на одной оси друг над другом.

Рис. 7. Характеристики направленности стереофонических микрофонов

Для записи по системе XY применяют стереофонические микрофоны, состоящие из двух одинаковых монофонических микрофонов с кардиоидными характеристиками направленности, причем акустические оси левого и правого микрофонов повернуты на 90° относительно друг друга (рис.7, а). При записи по системе MS один из микрофонов (микрофон середины) имеет круговую характеристику направленности, а другой (микрофон стороны) - косинусоидальную характеристику направленности (рис. 7, б).

Радиомикрофон представляет собой систему, состоящую из микрофона, переносного малогабаритного передатчика и стационарного приемника. Микрофон чаще всего используют динамический катушечный или электретный. Передатчик либо совмещают в одном корпусе с микрофоном, либо выполняют карманного типа. Он излучает энергию радиочастот в УКВ диапазоне на одной из фиксированных частот. Вследствие влияния дополнительных преобразований в системе "передатчик - эфир - приемник" качественные параметры радиомикрофона уступают параметрам обычного микрофона.

Для приема речи в условиях окружающего шума применяют ларингофоны. Эти приборы воспринимают механические колебания гортани, возникающие при речеобразовании. Для этого ларингофоны (обычно пара) прижимаются к шее в области гортани. По принципу преобразования ранее применялись угольные ларингофоны, а в настоящее время - электромагнитные. Отличие их от соответствующих микрофонов в том, что в них нет диафрагм, на которые воздействует звуковое давление, а подвижный элемент вследствие инерции перемещается относительно корпуса колеблющегося в такт с колебанием гортани, к которой он прилегает.

Общие сведения о цифровой записи.

Когда компьютеры были большими (а по возрасту маленькими) они были как
аналоговыми так и цифровыми (хотя в самом раннем детстве они не были даже электронными), причем аналоговые считались более перспективными (а некоторые ученые считают так и сейчас) и для них много чего изобрели, в частности такое прекрасное устройство как ОПЕРАЦИОННЫЙ УСИЛИТЕЛЬ (который потому так и называется, что в юности совершал математические операции) и без которого наши студийные приборы сейчас просто немыслимы. Но со временем цифровой компьютер победил (возможно временно) и всех стало интересовать почему это там все измеряется в «нулях» и «единицах», т.е. почему там используется двоичная система, когда все числа составляются из всего двух цифр - нуля и единицы. Оказывается такие системы стабильнее (меньше подвержены наводкам) и математические операции на них совершаются точно и просто. Составим число из 4-х цифр и назовем его термином «слово». При этом число (слово) будет называться 4-х разрядным и оно сможет изображать всего 16 разных чисел – от 0000 – это ноль, и далее до 1111 – это число 15. Конечно этого мало, но когда 15-ти значений не хватает, можно выйти из положения и разбить большое число на несколько слов и передать их по очереди. Ведь мы так и поступаем когда разговариваем друг с другой – передаем сложные значения комбинацией слов, почему бы и компьютерам так не делать? Да потому что это медленно! Хорошо, давайте увеличим длину слова до 8 разрядов, т.е. сделаем его 8-битным! Такое 8-битное слово еще называется байтом. В один байт можно закодировать 256 комбинаций. Уже лучше! Компьютеры были 8-битными довольно долго и даже наши любимые IBM-РС родились такими. Но людям всегда хочется больше и быстрее! Вначале 16 бит, потом 32 и совсем недавно они наконец стали 64-битными. Возможно через лет 10 дойдет очередь и до 128-битных.
АЦП
АЦП (аналогово-цифровой преобразователь) это электронный вольтметр который периодически (с частотой F) измеряет входное напряжение и передает эти измерения в виде двоичных чисел в память компьютера. Т.е. он совершает конвертирование аналогового сигнала в цифровой и потому еще называется конвертером. Далее компьютер может совершать над этими изображающими звук числами чисто компьютерные операции.
Если мы захотим сконвертировать в цифровую форму входной звуковой сигнал при помощи 4-х разрядного АЦП, то мы сможем это сделать с точностью в 1/15-ю от входного напряжения т.е. с искажениями в примерно 7%! Ужасно! И ведь это при том что амплитуда входного сигнала будет максимально возможной для данного АЦП. А что будет если сигнал будет слабее, скажем в два раза (-6дБ) ? В его конвертировании старший разряд уже не будет учавствовать и нам останется всего 8 комбинаций (3 бита) и погрешность возрастет до 14 % !!! И чем меньше будет сигнал, тем, само собой разумеется, больше будет погрешность. Теперь рассмотрим обратный случай – сигнал по амплитуде будет больше чем тот на который расчитан АЦП. Естественно что для отображения такого сигнала потребуется еще один, 5-й бит, но его ведь нет! И искажения сразу прыгнут до целых 50 % ! Вспоминаете треск цифровой перегрузки?
Предположим теперь что у нас 16-разрядный АЦП. При его помощи можно получить уже целых 65356 различных значений (комбинаций) и при потере одного разряда искажения будут несущественными, но... это для максимальных значений сигнала! А ведь музыка имеет свой динамический диапазон и не все время играет громко, даже если это дискотечная музыка! А если у нас скажем инструмент второго плана играет с уровнем
-24 дБ? Это уже минус 4 разряда. Но есть же инструменты которые звучат еще тише, наконец есть реверберация, от которой так много зависит, и которая звучит намного тише! К сожаленью в начале 80-х годов 20-го века были приняты стандарты цифрового диска - 16 бит при F=44100 Гц и цифрового магнитофона – 16 бит при F=48000 Гц. Как мы уже выяснили – этого мало, но... стандарт есть стандарт и его надо соблюдать! Тем более что тогда даже 16-битные АЦП были на грани технологических возможностей! В результате последующих акустических тестов при сравнении лучших магнитных лент с лучшими АЦП оказалось что разница между ними пропадает приблизительно при числе разрядов от 19-ти и выше. Вслед за этим появились 20-разрядные АЦП которые обеспечивают требуемое качество записи. Но во-первых почему не больше, разве магнитная лента предел мечтаний? Во-вторых при записи, редактировании и сведении обычно теряются несколько бит, а значит нужен студийный технологический запас. Вот почему сегодня АЦП стали 24-битными.
ЦАП И АЦП
ЦАП (цифро-аналоговый преобразователь) это устройство обратное АЦП. Оно
конвертирует звуковую информацию из цифровой в аналоговую. ЦАП сделать несколько проще, поэтому он дешевле чем АЦП. Работающие в паре ЦАП и АЦП должны иметь одинаковые параметры – т.е. одинаковое колличество разрядов и одинаковую частоту. Звук в компьютерном представлении мы слышать не можем, а потому без ЦАП-ов контроль звука невозможен.
ЧАСТОТА ЗАПИСИ
Современные конвертеры могут работать на частотах 44100, 48000, 88200, 96000, а некоторые и 192000 Гц. Эта частота должна быть больше в два раза чем верхняя частота звукового диапазона. Если мы (с некоторым запасом) принимем верхнюю границу диапазона 22000 Гц, то частота работы конвертеров должна быть не меньше 44000 Гц. Отсюда и взялись стандартные 44100 и 48000 Гц. К сожаленью эти два формата друг в друга без потерь не конвертируются, поэтому если конечным продуктом ваших трудов будет CD, то записывать надо сразу в 44100, а если DVD – то 48000 Гц. Конечно, для лучшего качества можно работать на удвоеных частотах – 88200 и 96000 Гц, но при этом вам потребуется в два раза больше места на жестком диске и компьютер значительно мощнее.
БИТНОСТЬ
Выше было уже сказано как случилось что конвертеры стали 24-битными и вполне можно рекомендовать этот формат как основной, но математики придумали еще один хитрый формат - 32 float, что-то вроде виртуальных 32-х бит. Этот формат позволяет избежать внутренних перегрузок математического аппарата.
В некоторых случаях, например при записи через плагины, имеет смысл переключиться на этот формат, не забывая однако что при этом увеличится и пространство занимаемое на жестком диске.