Введение

Микрофон преобразует звуковую энергию сигнала в электрический аналог и, в идеале, должен осуществлять это преобразование без потери полезной информации. По этому микрофоны должны отвечать следующим основным  требованиям:

• для нормального уровня звука он должен производить электрический сигнал,
  превосходящий по уровню собственные шумы;
• для нормального уровня звука он должен производить сигнал с минимальными
  искажениями;
• для конкретного источника звука он должен, совместно с сопутствующим
  оборудованием, одинаково реагировать на весь полезный спектр частот аудио сигналов.

Для источника звука, воспроизводящего довольно ограниченный диапазон частот, применение микрофонов, реагирующих на обширную частотную область, означает нежелательную восприимчивость к посторонним источникам звука (с более широким диапазоном) или высокочастотным шумам.

Микрофоны различаются между собой по принципу преобразования движения воздушной массы (смотри раздел "теория звука" ) в электрическую энергию. Существует несколько разновидностей микрофонов: электростатические (или конденсаторные или емкостные), катушечные

(динамические) и ленточные микрофоны. Кроме названных типов, существуют и другие принципы, заложенные в основу работы микрофонов. В их число входят: кристаллические (пьезоэлектрические), карбоновые, магнитострикционные , индукторные и ионные микрофоны. В данной статье  не рассматриваются отличия типов микрофонов, их плюсов и недостатков, возможно это будет сделано чуть позже.
Почти все рассмотренные системы микрофонов используют для своей работы диафрагму – поверхность, которая механически восприимчива к звуковым волнам.  Микрофоны также различаются по способу воздействия воздушного давления на движения диафрагмы. Это определяет характеристики направленности микрофонов и является особенно важным фактором для их использования. В конструкции микрофона может быть предусмотрено изменение выходных характеристик в зависимости от угла поворота относительно оси, но при этом не должно происходить потери его чувствительности к заданному диапазону частот. К сожалению, это почти невыполнимое требование. Поэтому, в реальной жизни находят величину такого полезного угла, для которого названные условия, более или менее, удовлетворяются.

Характеристики микрофонов

К характеристикам микрофонов, которые определяют условия для их эксплуатации, можно отнести следующие:
Чувствительность. Она обычно выражается в дБ по отношению к 1 Вольт на Паскаль, и может быть представлена  таблицей (линейной зависимости) как отношение мВольт/Па:

Чувствительность характеризует восприимчивость к мощности производимого сигнала. На практике, большинство профессиональных микрофонов имеют выходное напряжение в пределах 10 дБ.
Границы чувствительности микрофонов могут быть определены через понятия уровней звукового давления.
Например, микрофон с определенным верхним пределом в 130 считается обладающим низким уровнем перегрузки по отношению к уровням звука, которые являются близкими к болевому порогу, хотя в то же время, это может быть малой
величиной для случая близкого восприятия звука мощного голоса певца. Нижняя граница
чувствительности (называемая "эквивалентом уровня шумов") порядка 20 дБ означает, что электрические шумы микрофона больше уровня звукового давления безмолвной студии звукозаписи не более чем на 20 дБ.
Надежность. Динамические микрофоны особенно устойчивы к проявлениям небрежного или грубого обращения, которое может иметь место вне пределов студии. Электростатические микрофоны, наоборот, требуют к себе более бережного отношения.  Некоторые микрофоны обладают специальными предохранительными прокладками между капсулой (и связанной с ней электроникой) и ручкой микрофона. Ограниченная чувствительность к низкочастотной области также в значительной мере способствует их стабильности в работе. Ленточные микрофоны являются менее пригодными, так как их ленточная диафрагма имеет резонансную частоту в районе 40 Гц, которая достаточно легко возбуждается от небольших движений или даже от шума аудитории. Кабели и разъемы, используемые во время представления, также должны быть проверены на наличие шумов при эксплуатации.
Чувствительность к ветру. Внезапные порывы ветра способны вызвать случайные изменения градиента воздушного давления. Поэтому микрофоны, в основу работы которых заложен этот принцип, являются менее пригодными для эксплуатации. Ленточные микрофоны, имеющие тонкую ленточную диафрагму, в особенности показывают отрицательные характеристики. Для этих случаев очень важно применять защитные противоветровые экраны нужной конфигурации.
Соответствие волновых сопротивлений. Как правило, микрофонная система должна подходить под импеданс аппаратуры, к которой она должна быть подключена. Если это условие будет нарушено, то между соединительными компонентами возникнут нежелательные отражения сигнала, которые могут в конечном счете повлиять на частотное реагирование. На практике, для обеспечения лучшей совместимости систем, волновое сопротивление микрофона выбирается на одну треть меньше импеданса соединяемого с ним устройства.
Чувствительность к изменениям, температуры и влажности. Конденсация влажности на поверхности диафрагмы микрофонов приводит к увеличению ее инерции и к временной потери чувствительности. Если электростатический микрофон хранился или транспортировался в холодных условиях, его характеристики будут особенно подвержены климатическому воздействию.
Изменение частотного восприятия . Некоторые виды микрофонов имеют переключатели, способные качественно изменять восприимчивость системы к определенным диапазонам частот. Эти переключатели могут располагаться как на самом микрофоне, так и на отдельных контрольных устройствах. Кроме названных, на микрофонах могут присутствовать специальные регуляторы контроля низких частот.

Направленность микрофонов

По характеру направленности действия все микрофоны можно разбить на несколько основных категорий.

Всенаправленные микрофоны. Эта категория микрофонов, в идеальном случае, одинаково воспринимает сигналы со всех возможных направлений. В основу их работы положено свойство реагирования на изменение воздушного давления с последующим его преобразованием в электрический сигнал. Большинство динамических и электростатических микрофонов работают по этому принципу. При этом, диафрагма открыта для доступа воздушного давления только с одной стороны.

Бинаправленные микрофоны. Их действие определяется разницей в давлении (градиентом давления) между
двумя последовательными точками вдоль распространения звуковой волны. Если микрофон помещен в стороне от направления звуковой волны, то давление для этих двух точек будет одинаковым и никакого электрического сигнала генерироваться не будет. Таким образом можно сказать, что этот микрофон будет "глух" к сигналам, поступающим со
стороны и "активен" к тем сигналам, которые приходят на микрофон с переднего или заднего направлений.
При пространственном движении вокруг микрофона его восприимчивость к боковым сигналам начинает
снижаться и графическая характеристика направленности приобретает вид "восьмерки". Активный угол действия микрофона обычно составляет 100 градусов для каждого из противоположных направлений. Но сигнал, приходящий на микрофон с задней стороны находится в противофазе с передним сигналом.

Кардиоидные микрофоны.

Микрофоны этой категории отличаются "сердцеобразной" характеристикой восприимчивости. Это достигается совмещением выходов микрофонов, использующих давление и градиент давления в качестве основных функциональных свойств. При этом, восприимчивость в прямом направлении оси для обеих микрофонных систем должна быть одинаковой.

Суперкардиоидные и гиперкардиоидные микрофоны.

Функциональной особенностью этих микрофонных систем является применение различных комбинаций из методов, использующих давление и градиент давления для работы в заданном диапазоне. Полярные диаграммы, отражающие гамму возможных вариантов, будут изменяться от всенаправленной через кардиоидную, суперкардиоидную и гиперкардиоидную к бинаправленной диаграмме. При этом, качественные характеристики направленности внутри этих границ можно рассматривать с двух точек зрения. В одном случае, во внимание принимается отношение уровней сигналов, поступающих с прямого и обратного направлений. Это отношение для всенаправленных и бинаправленных систем выражается как 1:1 и достигает своего максимума 13:1 в промежуточном положении. В другом случае, оценивают систему с позиции неустойчивого приема сигналов с других направлений: на практике, эта величина выражается в виде отношения полного угла направленности к величине угла, в котором микрофон показывает наиболее эффективные значения приема. Оно составляет 1:1 для всенаправленных микрофонов, 3:1 для кардиоидных и бинаправленных систем, и несколько выше (4:1) для промежуточных положений между двумя последними.
Комбинации систем, использующих принципы давления и градиента давления в различных пропорциях, весьма полезны для уменьшения величины поступающей на вход реверберации и сокращения уровня нежелательных шумов. Помимо микрофонов, обладающих единственной характеристикой направленности, существуют микрофонные системы, которые позволяют переключать встроенные комбинации для изменения полярных характеристик. При выборе микрофонов с позиции диаграмм направленности следует помнить, что ширина пиковых значений будет становиться меньше при усилении действия компоненты с градиентом давления.

Узконаправленные микрофоны. Эти микрофоны характеризуются большой величиной нечувствительности к сигналам с обратного и боковых направлений. Примечательны также и размеры этих микрофонных систем: в них используются параболические экраны для концентрации сигналов в фокусе микрофона, применяются длинные цилиндрические трубки вдоль основной микрофонной оси и т.д. Частотная восприимчивость выражается очень узкой характеристикой диаграммы направленности для высоких частот, но принимает более широкое и вместе с тем малое по уровню значение для сигналов, длина волны которых превышает основные размеры самого микрофона.

Частотная восприимчивость

В практическом смысле, даже высококачественные микрофоны не имеют идеально ровной частотной  восприимчивости. При использовании достаточно дорогих моделей микрофонных систем в их направленных свойствах можно найти пики и провалы в характеристиках восприимчивости, составляющие порядка 3-4 дБ. Однако это не сказывается на их работе. До недавнего времени считалось довольно трудоемким создать микрофонную систему с заданным уровнем реагирования по всему аудиодиапазону. В наши дни, присущие микрофонам отклонения в характеристиках, стараются использовать с более выгодной стороны. Кроме того, микрофоны одной и той же модели могут отличаться друг от друга своими показателями на величину 2 (или более) дБ. К счастью, для потребителей эти величины не являются принципиальными, так как погрешности в восприимчивости перекрываются особенностями реверберации и акустики залов. Случается, что пиковый уровень восприимчивости, находящийся на микрофонной оси, позволяет создать благоприятный прием сигналов, поступающих на систему под другими углами.
Некоторые микрофоны, например, могут иметь достаточно сильный провал в области низких частот, что делает их абсолютно непригодными для определенных инструментов, а следовательно, и всего оркестра. Однако, для профессиональных микрофонов наиболее обычным явлением считается "потеря" верхнего диапазона – от 12 кГц. С другой стороны, существуют системы, которые характеризуются отличной восприимчивостью к верхним частотам (более 12 кГц), но при этом требуют строгого расположения источника звука на оси микрофона.
  Наиболее распространенным и довольно серьезным дефектом для всех микрофонов является их выраженная восприимчивость для области частот немного выше средних. За исключением тех случаев, в которых происходит четкое отслеживание тракта сигналов, потребителям приходится довольствоваться идеализированными характеристиками и диаграммами, которыми производители данных систем снабжают каждый микрофон. Поэтому, указанный дефект не представлен в явной форме в сопроводительной документации.
Размер микрофона может влиять на его частотное реагирование. Другими словами, чем больше диафрагма и носитель, тем сложнее для инженеров создать более ровную и широкую характеристику максимальной восприимчивости (но легче обеспечить более сильный сигнал).

Эффект близости (Аппроксимация)

По своей природе метод использования градиента давления вызывает искажение частотного восприятия, называемое "эффектом близости" или "скачком низких частот": микрофон, помещенный достаточно близко к источнику звука вызывает выраженное звучание низкого диапазона. Расстояние, при котором вступает в силу подобное явление, зависит от разницы в длине прохождения сигнала до передней, а затем до задней поверхности диафрагмы. Низкочастотный скачок происходит всякий раз, когда источник звука находится настолько близко, что разница в путях прохождения сигнала является соизмеримой величиной по отношению к этому расстоянию, а также по причине убывания (распространяющихся от центра) сферических волн пропорционально квадрату их расстояния до источника.
Градиент давления состоит из двух компонентов. Одна из них является результатом фазовой разницы для двух волновых точек, разделенных расстоянием между передней и задней частями диафрагмы. Другая составляющая характеризует изменение интенсивности с расстоянием. В низкочастотной области микрофоны, использующие
метод градиента давления, достаточно чувствительны даже к небольшой разнице в фазах. В результате этого при очень близком источнике звука, провал в интенсивности может составлять большую величину. Собственно говоря, расстояние, при котором проявляются подобные аномалии, зависит от длины волны. Для частот верхнего и среднего диапазонов эти расстояния достаточно малы, чтобы представлять практическую опасность; только в низкочастотной области, при рабочих расстояниях от микрофона до источника звука, этот эффект способен принимать существенные значения. Чем больше разница в путях прохождения, тем шире диапазон частот, для которых эффект близости будет иметь место.
Бинаправленные ленточные микрофоны, характеризующиеся существенной разницей в путях прохождения сигнала (при достижении равных значений чувствительности), должны считаться наиболее типичными представителями подобного рода эффекта. В отдельных случаях он уже проявляется на расстоянии в 50 см, становясь все более заметным с уменьшением расстояния. Однако все микрофоны направленного действия, которые используют метод градиента давления, способны проявлять этот эффект и под определенными углами воздействия.
Некоторые направленные микрофоны имеют своего рода компенсаторы для устранения или сглаживания эффекта близости, возникающего на определенном расстоянии. При этом смещения вперед или назад от этой фиксированной позиции вызывают изменения в соотношениях между низкими и средними частотами, которые не могут быть устранены простой регулировкой громкости. Более того, подобные перемещения также способны изменить отношение прямого и непрямого сигналов.

При профессиональном использовании микрофоны могут обладать очень незначительными размерами и быть необычайно легкими по весу; они могут легко фиксироваться на музыкальных инструментах или специальных держателях, позволяющих проводить отстройку нужного угла по направлению к источнику звука. При этом, такое близкое расстояние до источника, при котором может происходить потеря чувствительности и присутствовать высокочастотные шумы, считается вполне приемлемым с точки зрения удовлетворительного качества.
Для кардиодного микрофона полезный угол реагирования представляет из себя широкий пространственный конус и составляет примерно 120 градусов со стороны активного приема. Величина полезного угла может быть расширена и до 180 градусов, но в этом случае будет наблюдаться некоторое снижение восприимчивости в граничных значениях.

Типы микрофонов

Узконаправленные микрофоны. 

Для реагирования в очень узком направлении микрофонная капсула помещается внутри сфокусированного звукового поля. Наиболее распространенным методом для такого решения является использование явления интерференции в "пистолетных" микрофонах, называемых также "линейными" микрофонами.
Наиболее ранние конструкции имели пучок из большого количества узких трубок различной длины с заключенной в специальный объем диафрагмой. Когда трубки направлялись на источник сигнала, звуковое давление (при движении вдоль этих трубок) проходило одинаковое расстояние вне зависимости от их длины и не оказывало влияние на звуковой сигнал. Однако для звуков, поступавших под углом к основному направлению, возникало большое количество путей различной протяженности.
Подобные линейные микрофоны нашли широкое применение при локальной работе в художественных и телевизионных фильмах. Они, в некоторой степени, чувствительны к посторонним низкочастотным шумам, однако при использовании НЧ фильтра (во всех случаях работы на открытом воздухе) влияние этих вредных помех сокращается значительно. Некоторые из микрофонов для удобства управления во время действия оборудованы специальной (как у пистолета) рукояткой.Ветровые экраны для таких микрофонов довольно громоздки по своим размерам и несколько стесняют движения оператора при художественной съемке и, кроме того, они могут случайно попасть в поле обзора камеры. Сильные порывы ветра, независимо от принятых мер защиты или окружающих экранов, могут вызвать даже кратковременное замирание всего сигнала. Иными словами, существенной разницы между линейными и персональными  микрофонами не существует, однако для использования на открытом воздухе предпочтение отдается линейным системам.

При использовании микрофонов внутри помещений или в залах с искусственно построенной "реальной" акустикой их направленные свойства несколько снижаются, так как случайная фаза реверберации не дает определенного режима подавления частот. Поэтому, для внутренних работ их восприятие не может быть лучше (или значительно хуже) обычного реагирования самой капсулы. Только в случае близкого расположения к источнику звука (что теряет смысл применения линейного улавливателя) можно пренебречь влиянием посторонней реверберации. Однако, для глухих кино- и телестудий применение таких микрофонов может быть оправдано в случае, когда требуется на основном фоне шумного действия выделить отдельные звуковые моменты, что позволяет разместить микрофонные системы несколько дальше от источников, чем при использовании обычных направленных микрофонов. При этом, увеличение частотного реагирования для верхнего диапазона увеличивает разборчивость сигнала.

Микрофоны с менее длинным стволом, порядка 25 см, могут также применяться для работы внутри помещений. Но в этом случае, мы сталкиваемся со знакомой проблемой направленных микрофонов -эффектом близости. К счастью, его конструкция предусматривает устранение этого эффекта благодаря длине самой трубки, а его остаточное влияние убирается низкочастотными компенсаторами. Некоторые микрофоны продаются в виде наборов, которые, в зависимости от обстоятельств, позволяют применять одну капсулу (как электростатический кардиоид) или вместе с интерферентной трубкой.
При улавливании очень слабых сигналов параболические отражатели имеют одно очень значительное преимущество: их направленные свойства основаны на акустическом усилении звука (в пределах 20 дБ) перед его попаданием на микрофон. Это обеспечивает намного лучшее отношение сигнала к шуму, чем в случае обычного микрофона с аналогичной капсулой, использующего для работы фазовое подавление. Поэтому рефлектор широко используется, например, при записи пения птиц, а также в тех случаях, где его громоздкие размеры и слабая низкочастотная
восприимчивость не являются принципиально существенными. Для высоких частот звук может быть буквально сконцентрирован в одну точку или при небольших отклонениях от оси, быть слегка не в фокусе, что позволяет несколько расширить лепесток диаграммы направленности; последний режим применяется более часто. Преимущество рефлекторных систем над линейными заключаются в том, что они одинаково ровно работают как внутри помещения, так и на открытом воздухе. При испытании в помещениях с высоким уровнем реверберации (подземный гараж) рефлекторные микрофоны, при расстоянии в два раза большем до источника звука, показали лучшие результаты восприимчивости, чем сразу две линейные системы.

Шумоподавляющие микрофоны.

Существует несколько способов избавиться от влияния шумов: один из них заключается в изоляции пользователя, например, спортивного комментатора в специальной звуконепроницаемой кабине. Однако, комментаторские кабины не являются абсолютно "глухими" по отношению к низкочастотным
составляющим шума зрителей и, кроме того, могут вызвать нежелательное явление резонанса. Другим приемом является расположение всенаправленного микрофона непосредственно около рта говорящего
человека. Но при очень шумном окружении это также не обеспечивает идеального баланса между голосом и посторонними звуками, и если они будут значительной величины, то произвести необходимую корректировку
не представляется возможным. Для получения лучшего результата следует произвести разделение голосового источника и источника звука окружающей среды. Одним из таких микрофонов, который
способен выполнить эти требования практически при любых обстоятельствах, даже для случая комментатора, говорящего нормальным голосом на фоне ревущей вокруг него толпы зрителей, является "губной ленточный микрофон".
В таком микрофоне лента располагается довольно близко около рта человека. Используя для работы градиент давления, описываемая система из-за малого расстояния до источника звука подвержена появлению низкочастотного скачка (эффекта близости). Окружающий звуковой фон не вызывает этого эффекта, так как распространяется от различных удаленных источников. Если для губ и ленты выбрано совершенно определенное расстояние, скажем чуть более 5 см, и для обеспечения благоприятной восприимчивости сигнала па таком расстоянии проведена выравнивающая корректировка, то низкочастотный уровень окружающего шума будет также уменьшен в тех же пропорциях.
Очевидно, что чем ближе к губам располагается лента, тем лучше будет прием, если только не забывать о взрывных согласных голоса и о шумных выдохах или вздохах человека. При фиксированном расстоянии в 54 мм, которое достигается установкой предохранительного барьера для верхней губы, эти факторы устраняются при помощи ветровых экранов (которые из-за их близости к носу и губам человека выполняются из неметаллических материалов), предохраняя, таким образом, сам ленточный элемент с задней стороны магнита.
Отдельные модели микрофонов располагают выравнивающими свойствами для различных уровней низких частот (однако, в целом, подавление шума на 10 дБ при 300 Гц увеличивается до 20 дБ при 100 Гц). Для разговорной речи необходимо, чтобы высокочастотное реагирование находилось в пределах до 7 кГц; выше этого значения чувствительность микрофона заметно снижается. Эти значения должны находиться в соответствии с режимом предельно тесной работы и восьмиобразной характеристикой реагирования (для побочных шумов).

Напольные микрофоны.

Для исполнителей, стоящих во время действия, микрофон может быть размещен на
достаточно высокой подставке (или кронштейне), которая должна обладать определенной устойчивостью и массивным основанием. Обычно такие подставки делаются телескопическими. При долгом обзоре действия, такая система диктует определенное вертикальное восприятие видовой композиции, поэтому следует помнить о чистоте поверхности таких держателей. Любой кронштейн, держащий микрофон, должен быть достаточно изящным и одновременно удобным для извлечения из него микрофона.Некоторые микрофоны, на уровне лица, имеют только электростатическую капсулу, которая через трубчатую конструкцию подставок соединяется проводами с отдельно расположенным усилительным элементом. В этом случае необходимо строго рассчитывать полезную длину соединительных кабелей. Некоторые микрофонные системы поступают в продажу в виде наборов из капсул для всенаправленного и кардиодного реагирования, а также с различными приспособлениями для подставок или кронштейнов, иногда в форме "журавля" для удобства установки требуемого угла направленности, не прибегая к помощи рук.

Ручные микрофоны.

Как правило, такие системы имеют вытянутую форму для удобства эксплуатации. Если диафрагма в этих микрофонах располагается в верхней части, то расстояние до рта исполнителя не может быть заранее рассчитано для избежания эффекта близости. По этой причине микрофоны должны обладать всенаправленными свойствами реагирования в области низких частот. Дополнительным преимуществом таких систем является также их слабая восприимчивость к ветровым шумам.
Так как микрофон должен обладать достаточно хорошим приемом средних и высоких частот (что естественно для его направления на рот исполнителя), его высокочастотный лепесток диаграммы направленности должен быть достаточно широким, чтобы обеспечить хорошую работу под различными углами поворота микрофона. Если направление
главного приема совпадает с осевым, то для области высоких частот имеет место значительное увеличение
реагирования. Наиболее профессиональные исполнители пользуются этим эффектом в специальных целях.
Надежность и отсутствие шумов при эксплуатации, являются основными требованиями к микрофонам, чувствительность при этом играет меньшую роль; микрофон, как правило, держится очень близко ко рту исполнителя, что влияет на внешнее восприятие, но предохраняет от воздействия посторонних шумов.

ПЗМ микрофоны.

Обычно микрофоны располагаются подальше от отражающих поверхностей, так как они создают зоны интерференции. Однако, если диафрагма будет двигаться по направлению к такой поверхности, этот эффект будет распространяться через весь диапазон частот до тех пор, пока расстояние не составит 1.2 см, что соответствует самой верхней звуковой октаве человеческого восприятия и, следовательно, для речевого и вокального исполнения не будет иметь большого значения. При более малом расстоянии произойдет полное восстановление частотного диапазона. Это привело инженеров к созданию, так называемых, ПЗМ – микрофонов (от английского: Pressure Zone Microphones).
Для звуковой волны, приближающейся под прямым углом к твердой и прочной поверхности, микрофон реагирует только на изменение давления, а не на его градиент, однако, расположенный вдоль поверхности, он будет воспринимать изменения градиента. Таким образом, направленная система будет только эффективно работать при ее параллельном расположении к стене. Другими словами, кардиоидный микрофон, находящийся около стены,
должен иметь положение диафрагмы, перпендикулярное к поверхности стены и быть направленным на объект действия. Это предполагает создание специальных микрофонов для таких условий работы, хотя при заключении обычного микрофона в соответствующий мягкий защитный чехол, он достаточно хорошо выполняет предписанные ему функции. Такой вариант системы получил название "микрофонной мыши".

Персональные микрофоны.

Микрофоны, так называемой "обтекающей формы", могут быть одеты вокруг шеи
наподобие обычного ожерелья, но с меньшим видимым эффектом. Общее название, которое достаточно прочно закрепилось за ними, носит понятие "персонального микрофона". Размеры их капсул настолько малы, а дизайн выполнен в такой деликатной манере, что они практически неуловимы для глаза и могут крепиться к деталям одежды исполнителя или пользователя. Такой микрофон должен носить характер всестороннего реагирования, и хотя его
расположение выбирается довольно близко к лицу говорящего, расстояние до него не может
быть заранее достаточно точно определено. Обычно для таких систем используются электреты.
Эти микрофоны работают достаточно хорошо в силу того, что природа той части человеческой речи, которая попадает на вход микрофона, носит также всенаправленный характер. Однако и здесь присутствует некоторая
потеря высоких частот, особенно если микрофон спрятан под деталью одежды.
Персональные микрофоны должны быть предельно легкими по весу и крошечными по своим размерам, но вместе с тем они должны быть достаточно надежными, так как могут подвергаться неожиданным толчкам или ударам
при эксплуатации. Некоторые электростатические системы имеют отдельно расположенный усилительный элемент, с которым капсула микрофона соединяется специальным коротким кабелем. Этот шнур выполняется достаточно тонким и еле заметным по цвету, однако он также подвержен влиянию шумов при трении об одежду. Существуют еще более мелкие системы, шнуры в которых спрятаны в самой конструкции, а также микрофоны, усилительный микроэлемент которых находится непосредственно в самой миниатюрной капсуле.

Направленные характеристики стереопары

В технике стереозвучания большая роль отводится позициям микрофонов в совмещенной паре. При разнесении в пространстве, микрофоны А (левый) и В (правый) должны быть идентичны по своим конструктивным и техническим характеристикам, так как наличие даже небольшой разницы в их моделях приводит к большим нарушениям в структуре их высокочастотного реагирования. Помимо совмещенной пары в технике стерео звука применяются, так называемые, двойные микрофоны, в которых две капсулы помещены в единый объем. При этом их диафрагмы размещаются одна над другой в вертикальном положении, что позволяет производить их вращение вокруг единой оси. Иногда (для обеих систем) полярное реагирование может переключаться между 8-образным, кардиоидным, гиберкардиоидным, суперкардиоидным и опять кардиоидным принципом работы (как впрочем и многонаправленным, что не имеет применения в стерео технике). Выбор угла поворота осей для двух элементов зависит от конкретных обстоятельств, вызываемых условиями отстройки баланса системы. На практике угол может быть достаточно мал и составлять 60-70 градусов; для упрощения анализа сложения и подавления сигналов при работе системы, мы будем рассматривать случай прямого угла.
Совмещенная пара 8-образных элементов, установленных под 90 градусов друг к другу, имеет одинаковые фазы (положительные или отрицательные) в соседних квадрантах. Огибающая их характеристики показывает полезный угол реагирования, равный также 90 градусам.
За пределами этого угла элементы будут находиться не в фазе и информация, поступающая к слушателю, будет "зажата" и неявна по своему значению. Однако, с обратной стороны, где угол восприятия будет в дальнейшем составлять 90 градусов, элементы будут снова находится в фазе. Звуковые источники обратного направления будут восприниматься звуковой картиной в зеркальном отображении (с заменой левой части на правую) так, что физически несовместимые объекты могут появиться в одной точке пространства.
В гиперкардиоидной паре фронтальные лепестки диаграммы должны находиться в фазе. При взаимном расположении диафрагм под углом 90 градусов, полезный угол реагирования спереди составляет около 130 градусов. Соответствующий лепесток на обратной стороне диаграммы (равный 50 градусам) не является существенным для прямого приема, так как частотное реагирование отдельных микрофонов снижается в этом направлении. Однако, если источник звука, воспринимаемый каким-либо из двух микрофонов, будет помещен в пределах этого угла, то его позиция, несмотря на несинфазность характеристики, не вызовет сильного искажения, что было бы характерно для боковых источников.
Скрещенные кардиоиды имеют максимум полезного угла 270 градусов, для прямого приема этот угол будет составлять около 180 градусов. Это происходит потому, что частотное реагирование этих микрофонов сильно снижается при повороте их от источников звука и, чем больше этот поворот, тем меньше будет значение восприимчивости. Существует два подхода к рассмотрению полярного реагирования в совмещенных парах. Для одного из них используются обычные кривые восприимчивости А и В микрофонов. В другом случае, за основу принимаются их производные сигналы М (от сложения сигналов А и В) и S (разность А и В сигналов).

Диаграммы М и S будут соответствовать полярному реагированию другой пары микрофонов, которые в состоянии обеспечить их непосредственное получение, "средняя" (или главная) из них будет представлена набором различных полярных направленностей, а "боковая" будет иметь иметь 8-образную форму.
  Иногда, А+В и А-В стерео информация может быть получена непосредственно от главного и бокового микрофонов, что ведет к упрощению всего оборудования. Потенциальным недостатком такой системы является то, что совмещенное частотное реагирование проявляет себя крайне неустойчиво в самой главной части звуковой сцены: ближе к центру, хотя это явление снижается при уменьшении S-компоненты. Другими словами, качество S-составляющей должно быть достаточно высоким и ее полярная восприимчивость не должна изменяться с частотой. Капсула "М", которая занимает верхнюю часть объема микрофона, работает по направлению главного приема, в то время как элемент "S" обеспечивает восприятие с боковых направлений. Совмещенная пара АВ широко используется в радио и студиях звукозаписи; микрофоны MS могут находить практическое применение в телевидении и видеозаписи.

Положение стереопары. Если совмещенные микрофоны не обладают одним уровнем выхода, происходит искажение информации, связанное с пространственным положением источника. Ниже приводятся несколько общих рекомендаций при выборе оптимального расположения стереопары, которое может осуществляться двумя операторами (один у микрофона, другой на мониторе):
1. Подачей речевого сигнала на мономикрофон (или на один элемент пары) проверяют правильность подсоединения громкоговорителей. При одинаковом подведении к А и В громкоговорителям, звук должен восприниматься из центра
панорамы.
2. Если микрофоны имеют переключающие устройства, следует для них установить режим, при котором они будут иметь одинаковую полярную диаграмму направленности.
3. Производят приблизительную ориентацию капсул на угол 90 градусов по отношению друг к другу. Поочередно выясняют, какая из капсул является левой и какая правой. При расположении капсул одна над другой, не существует
определенного стандарта в ориентации по сторонам панорамы.
4. Устанавливают капсулы под углом 0 градусов друг к другу. При этом, надо убедиться, что капсулы не расположены задними концами (при симметричном внешнем виде; как правило, на корпусе существует индикация направления
микрофона). В противном случае, петли направленности задних направлений могут попасть в звуковую картину.
5. Прослушивают только сигнал А-В. Если контроль за таким сигналом отсутствует, производят поворот фазы одного из микрофонов и прослушивают сигнал А+В.
6. При выставленном уровне выхода одного из микрофонов проверяется работа другого посредством уменьшения его выходного значения до минимальной величины, т.е. производится проверка раздельного баланса.
7. При оптимальной величине выходной мощности громкоговорителей оператор с микрофоном осуществляет круговые перемещения по студии. Уровень сигнала, при этом, должен оставаться примерно на одинаковой величине. Не принимая во внимание незначительные отклонения в уровнях сигнала, стараются выявить "мертвые" зоны значительных замираний сигнала или нарушения в полярном реагировании. После чего производится дополнительный анализ ситуации с последующей корректировкой настройки микрофонных систем. Далее (при
движении оператора) сравнивают отклонения в уровнях сигнала с особенностями полярной характеристики для выбранных направлений.
8. После чего еще раз устанавливают угол между капсулами 90 градусов (или контрольный угол) и производят окончательную идентификацию левого, правого и центрального направлений.

Защитные экраны

В зависимости от типа и размеров микрофонов экраны имеют различную форму и изготавливаются из:

1.пенистого пластиката (поролона);
2.пенистого материала армированного металлической проволокой;
З.комбинации из внешнего защитного покрытия, воздушной прослойки и собственного защитного экрана микрофона.

Сам термин "защитный экран" включает в себя сразу несколько понятий, которые могут быть охарактеризованы различными функциями их применения. Самые небольшие по размерам используются для уменьшения влияния дыхания человека при тесной работе с микрофоном и иногда называются "поп-экранами". Поскольку они предохраняют диафрагму и ее покрытие от непосредственного потока воздуха, идущего изо рта или носа говорящего, их форма не имеет большого значения. Некоторые экраны имеют комплексную структуру, при которой два слоя материала акустической защиты разделены пористым элементом. Влияние такого экрана на частотное реагирование микрофона должно быть рассчитано заранее, при его производстве. Многие микрофоны, рассчитанные на эксплуатацию без применения подобных экранов, имеют в качестве защиты металлическую мельчайшую сетку, подгоняемую по форме микрофона. С другой стороны, экраны, выполненные из эластичных материалов, позволяют использовать их с любой формой микрофона. Для того, чтобы восстановить наилучшее по характеристикам восприятие микрофона, экраны обычно удаляют, что очень сказывается на воприимчивости отдаленных объектов.

В разговорных студиях микрофоны снабжены защитными экранами, выполненными из поролоновых материалов различных цветов и оттенков, что позволяет производить визуальную ориентацию среди собеседников при работе с большой аудиторией.
Главным образом, экраны используются при защите от шумов, вызванных воздушными турбулентностями, происходящими от воздействия ветряного потока на острые ребра предметов или на углы острой конфигурации. Для того, чтобы уменьшить влияние воздействия ветра, необходимо создать вокруг микрофона мягкий воздушный поток. Идеальной формой экрана для такой защиты, если перемещения ветра и его сила остаются постоянной величиной, будет форма "капли", однако, в случае отсутствия подобной информации, форма ветрового экрана выбирается сферической или комбинацией сферической и цилиндрической формы, обычно 5 см в диаметре. Материалом для экрана, как правило, служит метал (тончайшая проволока) или рыхлый (пористый) пластик, которые в сочетании с привлекательным видом и акустическими свойствами являются поверхностным покрытием микрофона. Такие меры способны уменьшить влияние шума более чем на 20 дБ.

Микрофонные крепления

Кроме рассмотренных видов оборудования существует еще обширная гамма всевозможных элементов крепления и установки микрофонных систем. Для большинства концертных залов положение микрофона определяется простым подвешиванием его к потолочным перекрытиям сцены, хотя и требует введения дополнительных мер безопасности. В таких с случаях микрофоны снабжаются дополнительными фиксаторами и растяжками для их конкретного положения в пространстве.
Напольные стойки и настольные держатели должны иметь определенную защиту от воздействия толчков, ударов и вибрации поверхности. В тех случаях, когда внешние характеристики не имеют большого значения, это достигается установкой микрофонов на эластичные стойки. При этом, не взирая на способ установки микрофона, следует соблюдать его жесткую ориентацию в звуковом поле.
В телевизионной технике и при постановке художественных фильмов для осуществления
всевозможных вариантов расположения микрофонов на сценической ' площадке, широко применяются комплексные установки крепления, называемые "бумами". В их сложной конструкции предусмотрены телескопические держатели, позволяющие производить вылет стрелы кронштейна на расстояние от 3 до 6 метров. При этом стрела кронштейна способна поворачиваться на любой угол в горизонтальной плоскости и производить наклон в вертикальном направлении до 45 градусов. Оператор располагается на специальной платформе справа от бума, его правая рука находится на регуляторах вылете стрелы и баланса устойчивости, а левая рука осуществляет контроль за углом поворота всей системы. На месте оператора имеется также кресло, которое используется только для длительных сеансов (так как стесняет движения при работе). В некоторых случаях оператор снабжается контрольным устройством монитора, закрепленного на стреле бума. Платформа и бум, в зависимости от обстоятельств, могут быть одновременно приподняты или опущены: как правило, установочная высота выбирается из соображений свободного горизонтального вылета стрелы над телевизионными камерами. Вся установка способна передвигаться по полу с помощью второго оператора.
Ручной бум, имеющий телескопическую или наборную конструкцию (называемую "удочкой"), занимает меньше пространства и может быть введен в звуковую картину в направлениях, недоступных для больших установок: например, он может работать непосредственно от пола. В обычных условиях эксплуатации оператор держит бум на плече или поддерживает его другой рукой при длительных сеансах. В исключительных случаях, в очень коротких интервалах времени, он может быть поднят над головой и удерживаться двумя руками.

Соединительные разъёмы

До недавнего времени в звуковой технике применялось большое количество разнообразных разъемов. Наиболее популярными являются разъемы типа XLR, DIN, Tuchel, Lemo а также простые штеккеры. Для сбалансированного сигнала требуется наличие минимум трех проводников: два для цепи сигнала и третий (заземленный) экранирует их от воздействия других систем. Если используются только два
проводника, один внутри другого (несбалансированный сигнал), это может привести к появлению мешающих переходных наводок, поэтому его применение ограничено условиями отсутствия подобных эффектов.
Разъемы типа XLR широко используются в студиях, при этом количество контактов может быть определено из их маркировки: например, XLR-3, т.е. три контакта. Как правило, корпус микрофона имеет разъем с тремя штырьковыми контактами (называемых "папой"): они как бы указывают на направление движения
сигнала. Кабель, соответственно, оборудован приемным разъемом ("мамой") для соединения с микрофоном и другим разъемом "папой", с противоположного конца, для подсоединения с приемным настенным гнездом. Существуют также и другие варианты разъемов, соединяющихся под прямым углом и имеющих большее количество контактов. На практике встречаются и нестандартные варианты (часто для наушников монитора), которые могут потребовать осуществить соединение, например, двух приемных разъемов.
Все разъемы XLR имеют специальный паз для осуществления правильной ориентации при соединении. Некоторые из них снабжены специальной защелкой, которая автоматически фиксирует положение разъема при подсоединении и при нажатии на нее освобождает его от закрепления. Распайка шнуров по контактам разъема почти всегда соответствует определенному стандарту.
В случае нарушения порядка развода шнуров по контактам может произойти поворот фазы сигнала. Поэтому перед установкой нового оборудования необходимо убедиться в правильности произведенной распайки. В подобных случаях полезно иметь сопутствующее оборудование (фазоинверторы и пр.) для корректировки фазового сдвига.
Система разъемов XLR является довольно надежной в эксплуатации, она позволяет удерживать соединения при различного рода механических воздействиях: толчках, ударах и пр. Вместе с тем, она слишком массивна для случаев, где требуется произвести коммутацию более малых устройств.
Другим стандартом при осуществлении подсоединения более компактного и домашнего оборудования, является система DIN (немецкого стандарта) разъемов. В ней штырьковые контакты и корпусы разъемов выполнены в более миниатюрном варианте. Для тех случаев, где требуется обеспечить надежную фиксацию соединения, предусматривается наличие резьбового замка.
Кроме названных существуют также системы разъемов Tuchel, имеющие три плоских довольно больших контакта, расположенных радиально от центра, а также разъемы Lemo (более мелкие), расположенные внутри рукава и имеющие центральные пальчиковые контакты 3.5 или 6.3 мм в диаметре (моно и стерео). Последние нельзя подсоединять к наушникам или громкоговорителям, в этом случае требуется коммутация через XLR разъемы.
Трех проводов (следовательно и трех контактов), из которых один заземлен, является вполне достаточно для большинства случаев, включая коммутацию сигнала, подведение питания и напряжения поляризации для электростатических микрофонов. Соответствующие проводам контакты могут быть использованы для
всех названных целей, если увеличить номинал проводящих двух основных жил до 48 Вольт по отношению к земле. Такая система получила название "фантомного питания". Термин "фантом" был взят из телефонии, где он применялся для обозначения группового сигнала, приходящего по одному кабелю, т.е. в целях экономии проводов. На практике многие современные электростатические микрофоны используют фантомное питание напряжением от 9 до 52 в; некоторые питаются от батарей. Разность потенциалов между такой парой и третьим (заземленным) проводом обеспечивает необходимую поляризацию электростатических микрофонов.
Более сложные системы используют большее количество проводов (и контактов), например, для переключения полярного реагирования и подавления низких частот, а также для, радиомикрофонов. Старые конструкции электростатических микрофонов содержали вакуумные трубки в качестве звукоуловителей, требовавших дополнительное питание в 12 Вольт для нагревателя.
Многожильные студийные кабели обычно состоят из упругих, но достаточно гибких разноцветных проводов, имеющих основательное экранирование от электрических наводок и мощную защитную оболочку. Еще более сложные "пяти-четверочные" кабели имеют более высокое шумоподавление – ожидается, что они станут обычным явлением для студий различного направления. В настоящее время происходит широкое внедрение многоканальных кабельных систем для осуществления коммуникаций на большие расстояния и использование для этих целей сложных многоштырьковых разъемов.