Cs.Kádár Péter - XXI. századi Diszkónika, 111. Húzd föl a vitorlát!

 

A hajózás gyakorta kapcsolódott össze a felfedezéssel és a szabadsággal. Annak a bizonyítását, hogy a föld nem lapos korong, a hajózásnak köszönhetjük. A gőzgép feltalálásáig a szél erejét használták a hajók működtetéséhez. Rengeteg típusa készült el a vitorlásoknak, legalább annyi, mint ahány féle mikrofon van. Míg azonban a mikrofonokat napjainkban is a legkülönbözőbb célokra használjuk, a vitorlás hajót inkább csak versenyzése vagy hobbiból.

Noha a vitorlás egyáltalán nem úgy működik, mint a mikrofon, mert ha úgy működne, akkor nem vitorlásnak, hanem mikrofonnak hívnák, egyvalami közös bennük: a hajó áll, ha nincs szél; a mikrofon nem ad ki jelet, ha nincs hangrezgés.

Hogy ne kelljen a vízen járni, mert ez a képesség kevesek sajátja, és még a mikrofonhoz is közelítsünk, tegyük föl, hogy a vitorlát egy autóra szereljük, úgy, hogy az autó nem kormányozható, és a vitorlát sem forgathatjuk a kocsin. Valami ilyenre gondoltam:

hv02

Ha a vitorlát hátulról, a vitorlára merőlegesen fújja a szél, a kocsi előre, ha szemből fújja, akkor hátrafelé fog menni.

hv03

Ha viszont oldalról éri a szél, vagyis a vitorla élét találja el, akkor legfeljebb fölborul a járgány, de nem a kerekein gurul, az biztos.

hv04

Ha az autót erősen hozzáragasztjuk a földhöz, akkor szembeszél vagy hátszél esetén a vitorla kidudorodik. A vitorla egyik felén nyomásnövekedés, a másikon nyomáscsökkenés lesz, a vitorla két oldala ellenfázisban van. Ha viszont a vitorla élét találja el a szél, a két térfél között nincs nyomáskülönbség, a vitorla nem dudorodik ki.

A vitorlás autó helyett szereljünk egy néhány cm átmérőjű, nagyon vékony, rugalmas műanyag hártyát, membránt egy dobozka közepébe!

hv05

Ha a hanghullámok elölről vagy hátulról, a membránra merőlegesen érkeznek, akkor a membrán rezegni fog. Ha viszont a membránnal párhuzamosan, akkor a membrán nem rezeg. Azért nem rezeg, mert a membrán két oldala között nincs nyomáskülönbség.

A következő videóban egy ilyen mikrofont forgatnak meg egy hangforrás – rózsazajt kiadó hangsugárzó – előtt.

Ha a hangforrás a membránnal szemben van – ez a mikrofon főiránya –, akkor a membrán erősen rezeg. Ahogy forgatjuk, a rezgés egyre kisebb amplitúdójú, és amikor a hangforrás párhuzamos a membránnal, a rezgés megszűnik. Ha továbbforgatjuk, ismét nő, majd eléri a maximumát – ugyanakkorát, mint amikor elindultunk. Aztán ismét egyre csökken, nulla lesz, újból növekedik, s végül elérkeztünk oda, ahonnan indultunk.

Akár egy ábrát is rajzolhatunk erről. Olyannyira, hogy ez az ábra a mikrofon egyik legfontosabb jellemzője. Iránykarakterisztikának nevezik, és hogy értékelni is lehessen, polárkoordináta rendszerben helyezik el.

hv06

Az ábrán látható iránykarakterisztika az egyik alapkarakterisztika, amit nyolcas (figure of eight, bidirectional) karakterisztikának hívnak. Mivel a mikrofonok nemcsak egyetlen síkban működnek, térbeli koordináta rendszerben is lehet szépet rajzolni.

hv07

Igen, pont olyan, mint…

hv08

Ám ahogy nincs teljesen szabályos cicipáros, úgy a mikrofon karakterisztikája sem hibátlan.

A nyitott házú, nyolcas karakterisztikájú mikrofonokat a membrán két oldalán kialakuló nyomáskülönbség miatt nyomáskülönbségi (pressure gradient) mikrofonoknak is hívhatnánk, de mert a fizikában a nyomáskülönbség arányos az ide-oda mozgó levegő molekulák sebességével, sebességmikrofonoknak nevezzük őket. A nyolcas karakterisztikájú mikrofonok pl. akkor használhatók jól, ha egymással szemben levő emberek beszélgetését akarjuk rögzíteni.

A hanghullámokat mechanikai rezgéssé alakító szerkezet másik változatában egy dobozka egyik végébe szereljük a membránt, vagyis a membránnal zárjuk le a dobozka egyik oldalát. A másik oldalát pedig mozdíthatatlanul, mereven.

hv09

Ha a lezárás „szélcsendben” történik, a dobozon belsejében és a dobozon kívül ugyanakkora a nyomás, a membrán sem kifelé, sem befelé nem mozdul el. Ha viszont a külső légnyomása megnő, akkor a membrán befelé hajlik, mert a levegő összenyomható. Teljesen mindegy, hogy a megnövekedett légnyomás honnan jött, a membrán akkor is elhajol, ha alulról, felülről, oldalról, átlósan érkezett, ugyanis nem a nyomás, hanem a nyomóerő irányfüggő. Mivel a nyomás különbsége a dobozon belüli és az azon kívüli nyomás eltéréséből ered, a nyomóerő a membránra hat.

A membránnak a belső és a külső nyomás eltéréséből adódó kidomborodása olyannyira igaz, hogy ha a tengerszint magasságában készített dobozunkat néhány km magasságába visszük föl, a membrán kifelé lesz domború, mert akkor a belső légnyomás nagyobb, mint a légritka levegőben. Mivel ez a jelenség gátolja, a dobozba egy parányi lyukat fúrnak, hogy a nem a hangrezgésekből származó különbség kiegyenlítődjék.

A hangrezgések a belső dobozban hol nyomáscsökkenést, hol nyomásnövekedést eredményeznek, attól függően, hogy a rezgést továbbító molekulák éppen sűrűsödnek vagy ritkulnak-e a doboz környezetében. A rezgések hatására a dobozon belül a légnyomás a hangrezgések függvényében változik.

Ha ilyen, membránnal lezárt átalakító a mikrofon része, akkor az iránykarakterisztikája, irányjelleggörbéje a síkban kör, a térben gömb (omnidirectional).

hv10

hv11

A kör- vagy gömbkarakterisztika a másik alapvető irányjelleggörbe. Gömbmikrofont akkor használunk, ha „mindent” hallani akarunk.

A gömbmikrofont is megforgatták egy rózsazajt kibocsátó hangsugárzó előtt.

Jé… Ez ugyanaz a mikrofon, mint amit az előző klipben láthattál. Igen, mert vannak olyan mikrofonok, amelyeknek a karakterisztikája átkapcsolható. Ráadásul nemcsak két változat között. Az alapkarakterisztikákból ugyanis további irányjellegeket lehet származtatni. Például ha egy gömb- és egy nyolcas mikrofont összeházasítunk, ezt kapjuk:

hv12

Igen, valami ilyesmiről van szó.

hv13

Ám a mikrofontervezők szemérmesek, ezért vesekarakterisztikáról, külföldön szív alakról, meg effélékről regélnek (cardidoid, unidirectional).

hv14

hv15

Vesemikrofont úgy is lehet készíteni, hogy csak egy membrán van, de a mikrofon háza nem zárt, hanem egy kicsit nyitott. A vesemikrofon előnye, hogy legjobban a főirányból érzékeny, hátul középről viszont egyáltalán nem. Ezt is megforgatták egy rózsazaj hangforrás előtt.

Lehet tovább bűvészkedni. A hipervese és a szupervese például egymáshoz hasonló, kicsit élesebb a főirányban a karakterisztikájuk, csak az egyiknek nagyobb, a másiknak kisebb pöcse van hátrafelé – kinek-kinek ízlése szerint.

Ez a hipervese:

hv17

A hipervese is kapott egy klipet.

Ez meg a szupervese iránykarakterisztikája:

hv17

Olyan mikrofon is van, amelyiknek nem lóg ki, ellenkezőleg, belapul a popsija.

hv18

Ez a szubvese.

hv19

Gyakori feladat, hogy néhány tíz méter távolságban levő hangforrás jelét kell átalakítani. Erre való a puskamikrofon (shotgun).

hv20

Ennél a mikrofonnál a házat különlegesen alakítják ki. A mikrofon membránja elé akusztikai hullámvezetőt (csövet) helyeznek, amelynek palástján furatok vannak. Az átalakító a membránnal a cső végén van. Az oldalirányból érkező hanghullámok ellenfázisú különbséggel érik a mikrofon membránját, ezért kioltják egymást.

hv21

Ezek az átalakítók az irányított karakterisztikát csak közepes és nagy frekvenciákon tudják, mély hangoknál több méteres mikrofonra volna szükség.

Ha még nagyobb távolságból kell hangot rögzíteni, akkor a mikrofon membránjával szembe parabolát szerelnek. A parabola zajszűrő, akusztikai erősítő.

S olyan mikrofon is létezik, amelynek félgömb a karakterisztikája. A földre helyezve vagy lapra szerelve pl. a föld feletti térfél jeleit képes átalakítani.

hv22

E mikrofonokat nyomászóna vagy határfelületi ( PZM, BLM) mikrofonoknak nevezik.

hv23

Az eddigi karakterisztikák együtt:

hv24

A mikrofonok iránykarakterisztikája frekvenciafüggő. Ezt mutatja be egy nagyon szép videó.