Jak czytać specyfikacje mikrofonu?

Autor: Eddy Bøgh Brixen | Opracowanie: Marek Witkowski | Redakcja: SKENE

Jak czytać specyfikacje mikrofonu DPA?

Specyfikacje są opracowywane w celu poinformowania użytkownika o mikrofonie.

Ze specyfikacji można dowiedzieć się o jego podstawowych funkcjach i dopasowaniu danego modelu do potrzeb użytkownika oraz posiadanego sprzętu.

Jednak czytając specyfikacje, trzeba wiedzieć, jak interpretować podane w nich informacje, bo choć wspólną podstawą jest tu norma: IEC 60.268-4, to jednak w większości przypadków, zawarte w specyfikacji dane, można zmierzyć lub obliczyć na różne sposoby. To jednak nie wszystko. Przy porównywaniu specyfikacji należy pamiętać, że ten sam termin techniczny, jest czasem różnie interpretowany przez różnych producentów. Niniejszy artykuł, oparty na arkuszu specyfikacji mikrofonu DPA, ma na celu ułatwienie merytorycznej oceny specyfikacji.

Skala decybelowa (dB).

Skala decybelowa jest powiązana z zachowaniem ludzkiego narządu słuchu. Jest to skala logarytmiczna, zapewniająca postrzeganie przyrostu o równej wielkości.

Podstawą większości specyfikacji mikrofonów jest właśnie skala decybelowa. Jest ona stosowana, dlatego, że większość ludzkich zmysłów – w tym słuch – reaguje w sposób logarytmiczny.

Zastosowanie skali logarytmicznej oznacza, że pomiędzy każdą jednostką skali istnieje stały stosunek (np. stosunek 10, jednostki to: 1-10-100-1000 itd. lub stosunek 2, jednostki to: 1-2- 4-8-16 itd.) Takie skalowanie logarytmiczne ma zastosowanie dla wielu miar elektrycznych lub akustycznych charakteryzujących mikrofony (tj. Volt, Pascal, Watt, Amper, itp.).

Zaletą skali decybelowej jest to, że 1 dB oznacza najmniejszą zmianę poziomu, jaką można usłyszeć. 3 dB to wyraźnie słyszalna zmiana, a 10 dB jest subiektywnie postrzegane jako podwojenie lub zmniejszenie o połowę. Ogólnie rzecz biorąc, każdy stopień na skali jest postrzegany jako równy pod względem wielkości, a największa liczba dB, z jaką można się spotkać w realnym świecie, wynosi <200 dB, co oznacza, że jeśli liczba dB ma trzy cyfry, to pierwszą cyfrą jest zawsze „1”.

Skala dB jest skalą względną. W ten sposób można wyrazić dowolną zmianę w dB. 0 dB nie oznacza żadnej zmiany. Każda dodatnia liczba dB oznacza pozytywną zmianę (czyli wartość jest wyższa niż wcześniej). Każda ujemna liczba dB oznacza ujemną zmianę (czyli wartość jest niższa niż wcześniej).

Skalę dB można uczynić skalą absolutną, stosując odniesienie na przykład do: poziomu ciśnienia akustycznego, a odniesieniem w tym przypadku jest :20 μPa. Teraz 0 dB oznacza, że występuje ciśnienie akustyczne, które wynosi: 20 μPa (w przybliżeniu próg słyszalności w zakresie średnich częstotliwości). Opisując poziom ciśnienia akustycznego, „dB re 20 μPa” można również zapisać jako „dB SPL” (Sound Pressure Level).

W przypadku pomiarów elektrycznych odniesieniem jest: 1 wolt, zapisywany jako: „0 dBV” lub „0 dB re 1 Volt”. Ta wartość bezwzględna dotyczy np. określenia czułości mikrofonów.

Directional pattern – odwzorowanie charakterystyki kierunkowej.

Odwzorowanie charakterystyki kierunkowej, to graficzne przedstawienie zmian czułości mikrofonu w zależności od kąta docierania sygnału.

Jedną z cech charakteryzujących mikrofon jest jego kierunkowość, którą można wyrazić za pomocą wykresu biegunowego. Wykres biegunowy opiera się na siatce koncentrycznych okręgów. Każdy okrąg reprezentuje poziom dB, zwykle zaczynający się od 0 dB w zewnętrznym okręgu. Punkt odniesienia oznaczony jako 0° jest zdefiniowany na górze zewnętrznego okręgu. Wartość 0° wskazuje kierunek w osi mikrofonu.

Wszystkie zmierzone dane są normalizowane przy 0°. Oznacza to, że jeśli nawet czułość mikrofonu może być różna przy różnych częstotliwościach (nierówna charakterystyka częstotliwościowa), to przy 0° wyrównują się one na poziomie 0 dB (poziom wykresu podnosi się lub obniża, aby uzyskać takie wyrównanie krzywych).

Każde przesunięcie pomiędzy poszczególnymi okręgami oznacza zazwyczaj krok 5 dB, chyba, że przyjęto inaczej. W ten sposób będzie można określić, jak bardzo nagrany dźwięk jest tłumiony w dowolnym kierunku poza osią. Nazwa kierunkowości mikrofonu często przyjmowana jest od wzoru, jaki wykazuje on na wykresie biegunowym:

Omnidirectional (dookólna): krzywa reakcji przebiega dookoła zewnętrznego okręgu. Mikrofon zbiera dźwięk równomiernie ze wszystkich kierunków.

Wide cardioid (Szeroka kardioidalna – zwana także hipokardioidalną lub subkardioidalną): Tłumienie 3 dB przy 90°. Tłumienie 6 dB @ 135°.

Open cardioid (otwarta kardioidalna): Tłumienie: 3 dB @ 71°. Tłumienie 6 dB @ 98°.

Cardioid (kardioidalna): Mikrofon zbiera dźwięk z przodu i z boków, ale nie z tyłu. Tłumienie 3 dB @ 66°. Tłumienie 6 dB przy 90°.

Supercardioid (superkardioidalna): Mikrofon zbiera dźwięk z przodu i trochę z tyłu, a jest głuchy na dźwięki w zakresie około ±135°. Tłumienie 3 dB @ 58°. Tłumienie 6 dB @ 78°.

Hipercardioid (hiperkardioidalna): Mikrofon odbiera dźwięk z przodu i część z tyłu, ale jest głuchy na dźwięki w zakresie ±115°. Tłumienie 3 dB @ 55°. Tłumienie 6 dB @ 73°.

Figure-of-eight (ósemkowa, zwana też dipolową): mikrofon odbiera dźwięk w równym stopniu z przodu i z tyłu, ale nie z boków. Tłumienie 3 dB @ 54°. Tłumienie 6 dB @ 73°. Zobacz wykresy polarne poniżej.

W specyfikacjach spotyka się przeważnie tylko jedną postać odwzorowania opisującą kierunkowość mikrofonu. Jednak kierunkowość, może zmieniać się wraz z częstotliwością. Wzory biegunowe mogą wyglądać inaczej przy różnych częstotliwościach, powszechnie definiowanych przez standardowe pasma oktawowe w odpowiednim zakresie częstotliwości mikrofonu (tj. 250 Hz, 500 Hz, 1 kHz, 2 kHz, 4 kHz, 8 kHz i 16 kHz).

Krzywe odpowiedzi powinny być gładkie i symetryczne, aby zapewnić niepodbarwiony dźwięk. Ekstremalne szczyty i głębokie „doliny” są niepożądane. Krzywe wykresu nie powinny się również przecinać. Jednakowoż przedstawione na wykresie krzywe mogły zostać poddane wygładzaniu. Efekt wygładzania krzywych może skutkować bardzo gładkimi – czasami zbyt gładkimi – przebiegami. Dlatego warto uważnie przyjrzeć się krzywej, aby ocenić, czy pochodzi ona z rzeczywistych pomiarów, czy nie.

Pomiar kierunkowości mikrofonu najczęściej przeprowadzany jest z większej odległości, około 1–2 m (3–6 stóp). Z takiej odległości są mierzone również mikrofony typu „handheld” zwykle trzymane przez użytkownika w ręce. Uzasadnieniem takiej metody pomiaru jest to, że głos jest zawsze nagrywany w osi mikrofonu, natomiast dźwięk tła (który powinien być ignorowany) dociera ze wszystkich stron.

Na wykresie biegunowym można również obserwować, jak mikrofony dookólne zwykle stają się bardziej kierunkowe przy wyższych częstotliwościach.

Fizycznie większe mikrofony wykazują większą kierunkowość przy wysokich częstotliwościach ze względu na wzrost ciśnienia z przodu membrany. Wykres biegunowy w zasadzie reprezentuje tylko jeden „wycinek” kierunkowości. Jednak ogólnie rzecz biorąc, wszystkie mikrofony typu „paluszek” mają symetryczny wzór wokół osi obrotu ze względu na kształt obudowy. Niektóre mikrofony (niesymetryczna obudowa mikrofonu) mogą mieć różne wzory poziome i pionowe.

Odniesienie: IEC 60268-4 Sound systems equipment – part 4: Microphones (2018), clause 13.1: Directional pattern.

Zasada działania

Zasada działania odnosi się do sposobu, reagowania membrany mikrofonu na falę dźwiękową w polu akustycznym.

Konstrukcja mikrofon opiera się na zasadach akustyki. Głównie trzy z nich opisują konstrukcję większości mikrofonów, w tym mikrofonów marki DPA.

Ze względu na sposób działania, konstrukcje mikrofonów dzielą się na: ciśnieniowe, gradientowe i interferencyjne. Mikrofony ciśnieniowe – pozwalają membranie odbierać dźwięk tylko z jednej strony. Mikrofony ciśnieniowe mają charakterystykę dookólną. To mikrofony, które nazywamy „wszechkierunkowymi”.

Mikrofony gradientowe – z założenia pozwalają membranie odbierać dźwięk z obu stron i w ten sposób uzyskuje się ich kierunkowość. Mikrofony te nazywamy: „kardioidami”, „szerokimi kardioidami”, „super kardioidami” lub ósemkami”.

W istocie tylko „ósemka” powinna być nazwana mikrofonem ciśnieniowo-gradientowym. Pozostałe (różne odmiany „kardioid”) to w zasadzie kombinacje mikrofonów ciśnieniowych i ciśnieniowo-gradientowych. Mimo to najczęściej kategoryzuje się je wszystkie jako „gradienty”.

Tuba interferencyjna to konstrukcja, która sprawia, że mikrofon preferuje dźwięk docierający w jego osi, ignorując dźwięk docierający z boków. Często zasadę gradientu ciśnienia i rurę interferencyjną łączy się w celu uzyskania możliwie najlepszej kierunkowości – także przy niskich częstotliwościach.

Odniesienie do: IEC 60268-4 Sound System Equipment – Part 4: Microphones (2018)
clause 5.2: Type of microphone.

Typy wkładek mikrofonowych.

Wkładka to rodzaj przetwornika zastosowanego w mikrofonie. Mikrofony DPA są w większości wyposażone w przetwornik elektretowy. Wkładka jest elementem konstrukcyjnym, który przekształca ciśnienie akustyczne na napięcie elektryczne w obwodzie mikrofonu. Na rynku pro audio, spotykamy najczęściej dwa typy przetworników. Mikrofony z przetwornikiem (elektro-)dynamiczne oraz pojemnościowym.

DPA jest producentem mikrofonów pojemnościowych. Większość tego typu mikrofonów potrzebuje do pracy napięcia polaryzacyjnego. Polaryzacja może być zewnętrzna lub wewnętrzna. Mikrofony DPA wyposażone są we wkładki wewnętrznie polaryzowane, a raczej wstępnie spolaryzowane. Jednak mikrofony te, potrzebują również zasilania – nie dla samej kapsuły, ale dla wbudowanego przedwzmacniacza. Tak więc większość mikrofonów DPA jest opisana: Pre-polarized condenser (pojemnościowy, wstępnie spolaryzowany). Kilka modeli opisano: Condenser (pojemnościowy).

Odniesienie do: IEC 60268-4 Sound System Equipment – Part 4: Microphones (2018)
clause 5.1: Type of the transducer.

Charakterystyka częstotliwościowa mikrofonu.

Charakterystyka częstotliwościowa wskazuje pełny zakres częstotliwości, w jakim mikrofon reaguje na dźwięk. Pasmo przenoszenia wyraża moc wyjściową mikrofonu jako funkcję częstotliwości. Zwykle testuje się go poprzez podanie sinusoidalnego sygnału akustycznego w wolnym polu i w kierunku osi mikrofonu. Jeżeli mikrofon jest przeznaczony do używania w bliskim polu (np. mikrofony nagłowne), mierzy się go z odpowiednio mniejszej odległości, która jest następnie podana w specyfikacji.

W niniejszej specyfikacji DPA opisuje pełny zakres częstotliwości mikrofonu, który może różnić się od „efektywnego zakresu częstotliwości” (patrz poniżej). Charakterystyka większości mikrofonów jest zawężona w specyfikacji technicznej do zakresu: 20 Hz –20 kHz, pomimo że większość mikrofonów faktycznie dostarcza sygnał wyjściowy spoza tego zakresu (patrz krzywa poniżej). Odpowiedź powyżej 20 kHz jest poza tolerancją i dlatego nie jest brana pod uwagę.

Przykład: Mikrofon dookólny 4006: Zakres częstotliwości: w osi: 10 Hz – 20 kHz. Linia przerywana oznacza jednak, że mikrofon ma moc wyjściową spoza podanego zakresu.

Odniesienie do: IEC 60268-4 Sound System Equipment – Part 4: Microphones (2018)
clause 12.1: Frequency response.

Częstotliwość mikrofonu. Zakres ±2 dB.

Efektywny zakres częstotliwości to taki zakres częstotliwości, w którym mikrofon nie odbiega o więcej niż o określoną wartość od idealnej/ukształtowanej krzywej odpowiedzi. Idealna charakterystyka częstotliwościowa jest niekoniecznie płaska. Niektóre mikrofony mogą mieć ukształtowaną charakterystykę częstotliwościową, na przykład w celu zapewnienia lepszej zrozumiałości. Efektywny zakres częstotliwości wyraża tę dostosowaną i zamierzoną częstotliwość w wąskiej tolerancji, tj. ±2 dB. Jednak specyfikacja, może pokazywać ograniczoną charakterystykę częstotliwościową w wąskich tolerancjach, aby zapewnić dokładnie żądaną precyzję.

Wiele krzywych odpowiedzi częstotliwościowej mikrofonu.

Producenci profesjonalnych mikrofonów mogą udostępnić więcej niż jedną krzywą odpowiedzi częstotliwościowej, ponieważ jest to sposób na pokazanie, jak mikrofon reaguje na dźwięk dochodzący z różnych kierunków i w różnych polach akustycznych.

Częstotliwość mikrofonu. Zakres ±2 dB.

Wiele krzywych odpowiedzi częstotliwościowej mikrofonu.

Przykład: Mikrofon kardioidalny 4011, odpowiedź częstotliwościowa w osi i poza osią. Odpowiedź w osi (0°) mierzona w odległości 30 cm. Krzywe pozaosią uzyskane z pomiaru w polu dalekim, w odniesieniu do odpowiedzi w osi mikrofonu.

Charakterystyka pola rozproszonego.

Krzywa odpowiedzi pola rozproszonego ilustruje reakcję mikrofonu dookólnego w polu dźwiękowym o dużym pogłosie. Rozproszone pole dźwiękowe występuje w środowisku akustycznym, w którym dźwięk nie ma określonego kierunku, ale wszystkie kierunki są jednakowo prawdopodobne. Odbicia od ścian, podłogi, sufitu itp. są równie głośne lub głośniejsze niż dźwięk bezpośredni, zapewniając wszędzie równy poziom ciśnienia akustycznego. Odpowiedź pola rozproszonego będzie wykazywać spadek w wyższych częstotliwościach. Zjawisko to jest częściowo spowodowane absorpcją wysokich częstotliwości w powietrzu. Dzieje się tak jednak również dlatego, że z boków i dali nie dochodzi do narastania ciśnienia o wysokiej częstotliwości, a dźwięki o wysokiej częstotliwości dochodzących z tyłu, pozostają w cieniu obudowy mikrofonu.

Odniesienie do: IEC 60268 Sound System Equipment – Part 4: Microphones (2018)
clause 12.2: Effective frequency range.

Czułość mikrofonu (czułość w polu swobodnym).

Czułość wyraża zdolność mikrofonu do przekształcania ciśnienia akustycznego na napięcie elektryczne. Jest to jeden z najważniejszych parametrów, ponieważ określa, jakie napięcie wyjściowe dostarcza mikrofon pod wpływem określonego ciśnienia akustycznego. Czułość w polu swobodnym określa napięcie generowane przez mikrofon umieszczony w wolnym polu akustycznym przy ciśnieniu akustycznym 1 Paskala (co odpowiada poziomowi ciśnienia akustycznego (SPL) wynoszącemu 94 dB).

Pole swobodne to niezakłócone pole akustyczne, w którym dźwięk ma tylko jeden kierunek, w przeciwieństwie do pola rozproszonego, w którym dźwięk rozchodzi się we wszystkich kierunkach. Czułość w polu swobodnym mierzona jest w osi mikrofonu. Czułość jest określana w następujący sposób: xx mV na Paskal @ 1 kHz lub yy dBV/Paskal @ 1 kHz.

To zaledwie dwa sposoby wyrażenia tego samego. Użytkownicy mają swoje preferencje. Mikrofon o wysokiej czułości zapewnia wysokie napięcie wyjściowe i dlatego nie będzie potrzebował tak dużego wzmocnienia (gain) jak model o niższej czułości.

W przypadku zastosowań, gdzie poziomie ciśnienia akustycznego jest niski, wymagany jest mikrofon o wysokiej czułości, aby utrzymać niski poziom szumów związanych ze wzmocnieniem sygnału. W przypadku zastosowań, w których występuje wyjątkowo wysoki poziom SPL, odpowiedni jest mikrofon o niskiej czułości.

Podana czułość jest nominalna, co oznacza, że występują odchylenia od tej wartości. Z tego powodu istotne jest określenie tolerancji. Ogólnie rzecz biorąc, DPA określa czułość w zakresie ±2 dB lub ±3 dB w zależności od typu mikrofonu.

Przykład: Mikrofon kardioidalny z podwójną membraną 2011, czułość w polu swobodnym, nominalna, ±2 dB: 10 mV/Pa; -40 dB dot. 1 V/Pa. Zatem czułość mikrofonu mieści się w przedziale od 7,9 mV do 12,6 mV przy 94 dB SPL.

Przykład: Krzywe przedstawiają moc wyjściową mikrofonów jako funkcję sygnału wejściowego przy różnych poziomach SPL. Dolna (czerwona) krzywa przedstawia moc wyjściową mikrofonu o czułości 1 mV/Pa, natomiast górna (niebieska) krzywa przedstawia moc wyjściową mikrofonu 40 mV/Pa. Umieszczenie mikrofonów w SPL wynoszącym 124 dB daje napięcie wyjściowe – odpowiednio: około 31 mV i 1,3 V!

Odniesienie do: IEC 60268-4 Sound System Equipment – Part 4: Microphones (2018)
clause 11.2.1 Free-field sensitivity.

Równoważny poziom szumu.

Równoważny poziom szumu określa szum własny mikrofonu jako poziom RMS, ważony A lub poziom szczytowy ważony ITU. Równoważny poziom szumu (znany również szumem własnym mikrofonu) wskazuje, przy jakim SPL mikrofon wygenerowałby tę samą wielkość wyjściową, co generowany, elektryczny szum własny. Wszystkie mikrofony generują szum w wyniku (brązowy) ruchu cząsteczek powietrza, który oddziaływują na membranę i powodują powstanie sygnału elektrycznego. Ponadto obwody elektryczne mikrofonów przyczyniają się do tego, że są one mniej lub bardziej hałaśliwe.

Niski poziom hałasu jest szczególnie pożądany podczas pracy przy niskim poziomie ciśnienia akustycznego, aby dźwięk nie „zatonął” w hałasie samego mikrofonu. Szum własny wyznacza również dolną granicę zakresu dynamiki mikrofonu. Istnieją dwa proste sposoby określania szumu:

Pomiar RMS ważony A zbliżony jest do czułości ucha, odfiltrowując szumy o niskiej częstotliwości. Dobry wynik (bardzo niski poziom szumu) w tej skali wynosi zwykle poniżej 15 dB(A).
Norma ITU-R BS.468-4 wykorzystuje inne ważenie i detekcję quasi-szczytową, zatem w tej skali dobry wynik to wartości poniżej 25-30 dB. Metoda ta jest dobra do porównywania szumu w mikrofonach pojemnościowych, ponieważ wskazuje, czy mikrofon cierpi na tzw. „szum popcornu” lub inne formy trzasków.

Istnieje związek pomiędzy rozmiarem membrany mikrofonu a jego cichą pracą (tj. niskim poziomem szumów). Zwykle większa membrana prowadzi do niższego poziomu szumów własnych. Ten fakt fizyczny powoduje, że miniaturowy mikrofon dookólny 4060, który ma bardzo niski poziom szumów własnych w porównaniu z mikrofonami o podobnej wielkości, nadal prezentuje równoważny poziom szumu 23 dB(A) re 20 µPa. Oto przykład dużego mikrofonu membranowego:

4041-SP Dookólny mikrofon półprzewodnikowy.

Równoważny poziom szumu ważony A: Max. 7 dB(A) dot. 20µPa.

Równoważny poziom szumu CCIR 468-1: Max. 19 dB.

Odniesienie do: IEC 60268-4 Sound System Equipment – Part 4: Microphones
clause 16: Equivalent sound pressure level due to inherent noise.

Zniekształcenia, THD <1%.

Określa maksymalny poziom SPL (RMS i PEAK), poniżej którego całkowite zniekształcenia harmoniczne są mniejsze niż 1%.

Istotnym elementem konstrukcji mikrofonu jest membrana. Jeśli przetwornik jest typu pojemnościowego, membrana znajduje się przed płytą tylną. Przestrzeń pomiędzy nimi mieści się w zakresie 20 – 50 µm. Po umieszczeniu mikrofonu w środowisku wysokiego SPL oczywistym jest, że istnieje ograniczenie wychylenia membrany, przynajmniej przy naciskaniu w kierunku płyty tylnej. Materiał, z którego została wykonana membrana ma również ograniczoną „rozciągliwość” w dowolnym kierunku. Ograniczenia te powodują nieliniowość amplitudy, zwaną także zniekształceniem.

Oprócz membrany i tylnej płyty, mikrofon pojemnościowy potrzebuje też elektronicznego przekładnika w postaci przedwzmacniacza, który przekształca wysoką impedancję przetwornika na niską impedancję wyjściową, umożliwiającą przesyłanie sygnału kablem mikrofonowym. Konstrukcja układu elektronicznego może być również źródłem niesymetrycznego zachowania, a co za tym idzie, również źródłem zniekształceń. (Jednak technologia CORE opracowana przez DPA jest udaną próbą rozwiązania tego problemu).

Choć producenci nieustannie starają się udoskonalać konstrukcje mikrofonów, to jednak zawsze pojawiają się pewne ograniczenia, które finalnie mogą powodować występowanie zniekształceń.

Jedną z form zniekształcania sygnału jest obcinanie (CLIP). Kiedy kształt fali zmienia się w pewnym stopniu z czystej sinusoidy w krzywą płaską (dziedzina czasu), w widmie (dziedzina częstotliwości) pojawiają się harmoniczne. Jest to ilość tych niezamierzonych częstotliwości składowych. Zniekształcenia harmoniczne, wyrażane są jako procent sygnału wejściowego.

W DPA określamy SPL aż do THD <1%. Wartość tę warto znać, gdyż stanowi ona podstawę do obliczenia zakresu dynamicznego mikrofonu. Zakres dynamiki jest różnicą pomiędzy poziomem RMS, przy którym występuje THD wynoszące 1%, a podstawą szumów (szum własny mikrofonu RMS ważony A). Ponadto mierzony i podawany w specyfikacjach jest powiązany poziom szczytowy(PEAK).

DPA mierzy zniekształcenia THD przy jednej częstotliwości. Wybrana częstotliwość zależy od typu mikrofonu (dookólny lub kierunkowy). Dlaczego THD mierzone jest tylko przy jednej częstotliwości? Ze względów praktycznych. Trudno jest zapewnić źródło dźwięku, które będzie w stanie generować SPL na poziomie (na przykład) 160 dB przy zerowych zniekształceniach, zwłaszcza, że źródło to powinno pokrywać cały zakres częstotliwości.

W DPA pomiary mikrofonów dookólnych przeprowadza się za pomocą wysokociśnieniowego kalibratora mikrofonowego: B&K 4221. Mikrofony kierunkowe są mierzone przy użyciu unikalnej tuby akustycznej zaprojektowanej przez inżynierów z DPA.

Porównując mikrofony różnych marek, warto upewnić się, że zmierzone THD obejmuje cały mikrofon (tzn. kapsułę + przedwzmacniacz), ponieważ sam przedwzmacniacz zniekształca zazwyczaj znacznie mniej niż kapsuła. Wielu producentów podaje THD mierzone tylko na przedwzmacniaczu, definiując w ten sposób szerszy zakres dynamiki, niż jest on faktycznie dostępny.

Przy niskich poziomach zniekształcenie powinno zawsze wynosić poniżej 1%. Zwiększanie SPL zwiększa zniekształcenia. Dlatego określane jest maksymalne SPL (RMS i PEAK), przy którym THD nie przekracza 1%.

Odniesienie do: IEC 60268-4 Sound System Equipment – Part 4: Microphones
clause 14.2: Total harmonic distortion.

Microphone max SPL, THD 10%.

Reakcja mikrofonu na ekstremalne ciśnienie akustyczne. Parametr ten nazywany jest także „Przeciążeniem SPL”. W wielu sytuacjach związanych z nagrywaniem przydatna jest znajomość maksymalnego poziomu ciśnienia akustycznego (SPL), jaki może przetworzyć mikrofon i jakiego napięcia wyjściowego można się spodziewać w tej sytuacji. Należy pamiętać, że w większości nagrań muzycznych, maksymalny szczytowy SPL z łatwością zastępuje wartość RMS o ponad 20 dB. Wartość RMS wskazuje na rodzaj średniego poziomu SPL, a nie na rzeczywisty poziom szczytowy.

W przypadku specyfikacji ogólnych przydatny jest SPL, przy którym występuje THD wynoszące 0,5% lub 1%, ponieważ jest to punkt, w którym zaczynamy wykrywać słyszalne zniekształcenia.

Ogólnie rzecz biorąc, zniekształcenia membrany kołowej podwajają się przy wzroście poziomu wejściowego o 6 dB, więc przy użyciu tego współczynnika można obliczyć inne poziomy THD.

Jednakże DPA określa maksymalny szczytowy SPL mikrofonów. Definicja maksymalnego SPL ma miejsce wtedy, gdy THD na wyjściu osiąga 10%. Pomiar odbywa się przy jednej częstotliwości i obejmuje zarówno kapsułę oraz przedwzmacniacz.

Przedstawienie tej specyfikacji oznacza, że mikrofon dostarcza zwiększony sygnał także po przekroczeniu 1% THD. Ponadto ta specyfikacja podaje użyteczną wartość maksymalną dla sekcji wejściowej systemów bezprzewodowych.

Uwaga: w specyfikacjach niektórych marek maksymalny SPL wskazuje maksymalny poziom ciśnienia akustycznego, przy którym mikrofon nie ulegnie uszkodzeniu! Informacja taka nie ma praktycznego zastosowania, chyba że zajmujesz się statkami kosmicznymi.

Odniesienie do: IEC 60268-4 Sound System Equipment – Part 4: Microphones
clause 15.2: Overload sound pressure

Impedancja znamionowa.

Impedancja wyjściowa podana przez producenta.

Impedancja wyjściowa profesjonalnego mikrofonu powinna być niska w porównaniu z impedancją wejściową przedwzmacniacza, zwykle dziesięciokrotnie mniejszą.

Impedancja wyjściowa mikrofonów pojemnościowych jest zasadniczo określana przez rezystory. Zatem impedancja jest stała względem częstotliwością (w przeciwieństwie do mikrofonów dynamicznych, gdzie cewka/magnes/zawieszenie ma wpływ, który może skutkować mniej stałą impedancją w zależności od częstotliwości. Nieliniowa impedancja w niektórych przypadkach może wpływać na pasmo przenoszenia mikrofonu. Powodem nazwania tej specyfikacji „impedancją znamionową” jest fakt, że producent może nazwać ją tak, jak uzna za najlepiej opisującą ogólną wartość impedancji.

Impedancje mikrofonów DPA są stałe niezależnie od częstotliwości.

Odniesienie do: IEC 60268-4 Sound System Equipment – Part 4: Microphones
clause 10.2: Rated impedance.

Minimalna impedancja obciążenia.

Minimalna impedancja wejściowa zewnętrznego przedwzmacniacza. Kompletny mikrofon pojemnościowy posiada kapsułę i wewnętrzny przedwzmacniacz. Do połączeniu go ze „światem zewnętrznym” stosuje się zewnętrzny przedwzmacniacz. Mikrofon powinien być w stanie dostarczyć odpowiednie napięcie na wejście tego zewnętrznego przedwzmacniacza. Jednak jeśli obciążenie będzie zbyt duże (zbyt niska impedancja wejściowa), istnieje ryzyko zmniejszenia sygnału wyjściowego z mikrofonu.

Dlatego praktyczne jest poznanie minimalnej dopuszczalnej impedancji obciążenia bez utraty sygnału.

(Dopuszczalne jest – oczywiście tylko w sytuacjach awaryjnych – dokonać pasywnego podziału łącząc jeden mikrofon do dwóch wejść. W takim przypadku impedancja obciążenia jest niższa od niskiej impedancji dwóch wejść!)

Odniesienie do: IEC 60268-4 Sound System Equipment – Part 4: Microphones
clause 10.3: Rated minimum permitted load impedance.

Możliwość prowadzenia kabla.

Długie kable mogą wpływać na pogorszenie sygnału. Straty zwykle pojawiają się najpierw przy wyższych częstotliwościach (kabel może działać jak filtr dolnoprzepustowy). Aby uniknąć takiej sytuacji, DPA podaje maksymalny długość kabla bez znaczących strat.

Typowa wartość dla mikrofonów DPA to 100 m (328 stóp).

Informacje te nie są wymagane przez żadną normę.

Zasada symetrii wyjścia.

W porównaniu z sygnałami liniowymi, sygnały mikrofonowe są słabe – być może w zakresie 100 razy mniejszym. Mikrofony podłączamy jednak długimi kablami. Dlatego też, aby zminimalizować szumy indukowane w kablach mikrofonowych, istotne jest stosowanie linii zbalansowanych.

W większości typów mikrofonów (a raczej w większości wzmacniaczy wyjściowych mikrofonów) DPA wykorzystuje zasadę zwaną: „aktywnym napędem” (ang. Active Drive). Ten „aktywny napęd” ma zbalansowaną impedancję (taką samą impedancję względem masy, na stykach 2 i 3). Dzięki temu, wpływ indukowanych zakłóceń elektrycznych jest w znacznym stopniu zredukowany. (Zobacz CMRR).

Zrównoważenie impedancji nie ma wpływu na przesyłany sygnał. Sygnał przesyłany jest pinem „2”. Pin „3” jest cichy. Zaletą tego rozwiązania jest prosty i wolny od zakłóceń obwód, który zapewnia wystarczająco wysoki poziom wyjściowy.

Odniesienie do: IEC 60268-4 Sound System Equipment – Part 4: Microphones
clause 16.1: Balance of the microphone output.

CMRR

Współczynnik tłumienia sygnału zgodnego (ang. Common Mode Rejection Ratio). CMRR interpretowany jest również jako współczynnik odrzucenia zakresu zgodnego. Wskazuje on skuteczność równoważenia impedancji. Jest to miara zdolności mikrofonu do tłumienia zakłóceń elektrycznych, które mogą być indukowane głównie w przewodach łączących mikrofon z przedwzmacniaczem.

CMRR mierzy się w zakresie częstotliwości od 50 Hz do 20 kHz.

Nie znaleziono specyfikacji.

Istnieje wiele innych specyfikacji niż te wymienione powyżej. W DPA testujemy mikrofony również pod kątem wielu innych parametrów: wiatru, popu, wilgotności, EMC, a to zaledwie kilka z nich. W tym momencie nie są one wymienione. Jednak w przyszłości w arkuszu specyfikacji może pojawić się więcej rubryk (chociaż dziś, większość uważa, że jest w nim już wystarczająco dużo informacji). Mimo tej opinii, DPA pragnie dostarczać swoim użytkownikom jak najwięcej przydatnych informacji.

Czego nie można określić na podstawie specyfikacji.

Chociaż specyfikacje mikrofonów wskazują parametry elektroakustyczne mikrofonu, to nie mogą one w pełni ocenić jego brzmienia. Specyfikacje mogą zawierać szczegółowe informacje, ale nie mogą przekazywać żadnych subiektywnych wrażeń słuchowych. Przykładowo – krzywa odpowiedzi częstotliwościowej może pokazać, jak wiernie mikrofon przenosi docierające czyste częstotliwości sinusoidalne, ale nie pokaże, jak szczegółowy, dobrze zdefiniowany i transparentny będzie efekt.

Wniosek.

Specyfikacje mikrofonów nie mówią wszystkiego o jakości danego mikrofonu. Nie zastąpią też wrażeń słuchowych. Pomimo, że mogą one nie być w pełni porównywalne pomiędzy różnymi producentami, to jednak, właściwie ocenione, zapewniają użyteczną obiektywność i pomagają w poszukiwaniu odpowiedniego mikrofonu.

Artykuł źródłowy: How to read microphone specifications