Cs.Kádár Péter - XXI. századi Diszkónika, 125. A gebe meg a dagadt

Noha már elég sok szempontot vettünk figyelembe a mikrofonok frekvenciamenetének okait vizsgálva, egy nagyon fontos tényező azonban kimaradt, ez pedig a membrán átmérője. A tökéletes mikrofon esetén láttuk, hogy e paraméter nem lehet nulla, de akkor mekkora lehet és miért?

Minél kisebb a membrán, annál kisebb tömeget kell a levegőnek megmozgatnia, tehát annál fürgébb a mikrofon. Emiatt a nagymembrános mikrofonok a szaporább rezgésekre kevésbé mozdulnak meg, következésképpen a nagymembrános mikrofonok kevésbé alakítják át elektromos rezgésekké a nagyobb frekvenciájú hangrezgéseket. Az alábbi ábrán egy nagyon kicsi membránú – kb. 3,5 mm átmérőjű –, gömb karakterisztikájú, kondenzátormikrofon kapszula nagyított képét és néhány adatát látod.

gt02

Elképesztő az átviteli sávja, mi?

gt03

Nem is hangstúdiókba, koncerthangosításhoz vagy diszkózásra szánják, hanem nagyon pontos akusztikai mérésekhez készíti a Brüel & Kjaer nevű cég. Hazánkban az akusztika nemzeti szabványsorozata a Brüel & Kjaer mérőmikrofonokon alapul.

gt04

De mi az a magas kiemelés ott, a tetején, 200 kHz körül?

Ez a hiba csaknem minden mikrofon sajátossága, és megint a membrán méretével függ össze. A membrán és a kapszulában levő levegő ugyanis rezgő rendszert alkot, amelynek a rezonancia frekvenciája a rendszer tömegétől, a membrán feszítettségétől és különösen a membrán átmérőjétől függ. Méghozzá elég csúnyán. Minél nagyobb a hanghullám frekvenciája, annál kisebb a hullámhossz, s ez ismét a kisebb membránú mikrofonoknak kedvez.

A membrán és a kapszula hátfala közötti levegő ugyan csillapítja a kiemelés mértékét, de ha nagy a csillapítás, akkor a frekvenciamenet lesz gyalázatos.

gt05

De nemcsak ez, és nemcsak a gyorsaság az oka annak, hogy a kismembrános mikrofonok átviteli sávja szélesebb, hanem az is, hogy a valódi mikrofon membránja a hanghullámok hatására nem egyenletesen, dugattyúszerűen mozog, hanem még ideális esetben is ide-oda hajladozik, és minél nagyobb a membrán átmérője, annál kevésbé egységes a mozgás. Különösen kondenzátor mikrofonok esetében érdekes ez, hiszen azokban az elektromos tér változása közvetlenül függ attól, hogy a membrán hogyan kavar be. A dinamikusok esetében inkább átlag képződik, de az sem fenékig tejfel.

gt06

A harmadik ok az, hogy a mikrofon kapszula élei körül elhajlik a hanghullám. Külfödiül ezt hívják diffrakciónak, és ez is korlátozza a magas hangok feldolgozását.

A kismembránú – kb. 12 mm átmérőjű – mikrofonok felső határfrekvenciája könnyedén lehet 40 kHz is, a nagymembránúaké – 24-40 mm – szinte sosem haladja meg a 20 kHz-et, és általában ezt is csak úgy tudják elérni, hogy jóval 20 kHz alatt már emelnek a magas tartományban – részben kihasználva a membrán már említett rezonanciáját. Az alábbi ábra bal oldalán néhány nagymembrános, a jobb oldalán néhány kismembrános mikrofon frekvenciamenetét láthatod.

gt07

Ám ha ez így van, miért gyártanak nagymembránú mikrofonokat is? A később tárgyalandó paraméterek között majd látsz néhány olyat, amelyben a nagy membrán a király, de nem ez a fő ok. Hanem az, hogy a nagymembránú mikrofonok kevesebb magasa olybá tűnik, mintha több mélye volna, és ez ugyanúgy kellemes hatású lehet, mint a rekedtesebb hangú énekesek nótázása.

Így aztán szinte minden cég kínálatában található kis-, közepes és nagymembránú mikrofon.

gt08

Ám ha már a mikrofonok lomhaságánál tartunk, vajon melyik mikrofon a fürgékenyebb: a kondenzátor vagy a dinamikus? Igen, jól gondolod, a kondenzátor, hiszen abban csak a membrán ficánkol, míg a dinamikus mikrofon membránjának a tekercset is ráncigálnia kell. Az ábrán látható impulzusválaszok úgy keletkeztek, hogy a membránt egy keskeny impulzussal lökték meg.

gt09

A kondenzátor mikrofon szebb, élesebb impulzusválaszt ad, mint a dinamikus, s ha másért nem, emiatt mindenképpen jobb a hangminősége a felsőbb kategóriákban. Csak sajnos, nem mindig használhatunk kondenzátor mikrofont.

Az impulzusválasz sem a gyakran megadott paraméter, de térjünk csak vissza frekvenciamenethez!

Nem csupán elektromos szűrőkkel, hanem akusztikus úton is lehet az átvitelt változtatni. Ennek egyik módja, ha a mikrofonkapszula elé különböző rácsokat teszünk. Ezt a módszert pl. a DPA nevű cég alkalmazza. A DPA a Brüel & Kjaer mérőmikrofonjainak kicsit lebutított változatával nyitott 25 évvel ezelőtt.

Ezek a cuccok kicsit még módosítva ma is kaphatók áfa nélkül úgy 2 000 euróért. E szerkezetek gömb karakterisztikájú, az álló fegyverzetre párologtatott elektrettel működő mikrofonok.

gt10

Az egyik rács akkor használható, ha a gömbmikrofon zárt térben van, és túl nagy a terem zengése.

Ilyenkor egyrészt a levegőben a molekulák súrlódásai, másrészt a helyiség falairól, plafonjáról, padlójáról visszaverődő hangok interferenciája miatt a diffúz, zengő térben magashang veszteség lép föl. Ezt egyenlíti ki a rács.

gt11

A frekvenciamenetben azt látjuk, hogyan változik az átvitel a főirányból (az előadó művész felől) és a diffúz térből.

gt12

Nézd meg az iránykarakterisztikát is!

gt13

A másik esetben a rács kicsit vágja a magasakat.

gt14

Erre olyankor lehet szükség, amikor a hangforráshoz közel mikrofonozunk, és a hangképben túlzottan sok az éles, magas hang, hiszen azt a levegő még nem csillapítja eléggé.

gt15

Kicsit az iránykarakterisztika is módosul.

gt16

Végül, a harmadik rács az iránykarakterisztikát egyengeti ki – vagy inkább nem szól bele – arra az esetre, ha az előadó helyiség akusztikája nagyon jó.

gt17

Ilyenkor ugyanis a mikrofont nem érik zavaró hangok, csak hasznosak. A kúp alak azért is előnyös, mert vezeti a hanghullámokat a membránhoz, csökkentve az elhajlásból származó problémákat.

gt18

Semmi nincs ingyen, láthattad, hogy ennél a rácsnál a legtöbb a magas emelés, viszont az iránykarakterisztika tényleg gyönyörű, csaknem frekvenciafüggetlen.

gt19

Rögtön hozzáteszem, hogy frekvenciamenetet javító akusztikus trükkök más mikrofongyártóknál is vannak, de a DPA dokumentációja a legteljesebb.

A frekvenciamenet a lineáris torzítások egyike, azt mutatja meg, hogy a bemenetre – a mikrofonok esetében a membránra – érkező, eredetileg azonos nagyságú összetevők amplitúdója hogyan változik a frekvencia függvényében.

A lineáris torzítás másik fajtája a fázistorzítás, arról tájékoztat, hogy a bemenetre – a mikrofonoknál a membránra – egyidejűleg érkező, különböző frekvenciájú jelek a kimeneten milyen időbeli, azaz fáziseltéréssel jelennek meg.

A lineáris torzítás új összetevőt nem hoz létre.

Több mint meglepő, hogy a mikrofonok fázistorzítását, fázismenetét szinte sosem adják meg. Az alábbi két ábra üdítő kivételnek számít, de nem mond sokat.

gt20

gt21

De még csak a legkomolyabb szakirodalomban sincs részletes leírás arról, hogy a fázistorzítást mi okozhatja. Bizonyára méréstechnikai problémák is vannak, s kétségtelen, hogy semmilyen nemzetközi ajánlás nincs arra, hogyan kell a fázismenetet megadni a mikrofonok specifikációjában.

Az biztos, hogy mind a mély, mind a magas hangok tartományában iszonyatos fázistolás van. A mély hangok esetében a külső légnyomástól is függ a fázismenet. Az ábrán 10%-os relatív páratartalomnál mért görbéket látsz; 100 kPa (a), 200 kPa (b), 1 000 kPa (c) és 50 kPa (d) külső nyomás esetén. A mikrofon gömb karakterisztikájú; az egyik görbesorozat akkor érvényes, ha van nyomáskiegyenlítő furat a mikrofonon, a másik akkor, ha nincs.

gt22

A magas hangok tartományában a fázismenet leginkább a membrán átmérőjének függvénye. Minél nagyobb a membránátmérő, annál hamarabb kezdi tolni a fázist. Az ábra 1”-os – 26 mm-es (a), ½”-os – 13 mm-es (b) és ¼”-os – 5,5 mm-es (c) membrán átmérőjű mikrofonok fázismenetét mutatja.

gt23

S akkor még nem is beszéltünk a magas- és mélyvágó szűrőkről vagy a mikrofonba épített impedancia illesztő és erősítő elektronikákról.

A következő két ábra azt mutatja meg, hogy a mikrofonba épített mélyvágó szűrő mennyit ront a fázismeneten. A kék görbe a frekvenciamenet, a zöld a fázistorzítás, fázistolás a frekvencia függvényében. A jobb oldali ábrán viszonylag lineáris a fázismenet (a csaknem minden frekvencián 180°-os tolás csak látszólagos, ábrázolástechnikai okok miatt van), nincs benne szűrő. A bal oldalin, ami a bekapcsolt szűrőt jellemzi, több mint 200 fok az eltérés a mély és a magas hangok között, de még 1 kHz-hez képest is 45 fok a különbség a magas tartományban. Többek között emiatt nem szokták javasolni a szűrők bekapcsolását.

gt24

A mikrofonok lineáris torzítását a kiegészítő elemek – pl. szélvédő – is befolyásolják, a mikrofon kimenetére csatlakoztatott eszközök – különösen a kábel – úgyszintén.