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.

Elképesztő az átviteli sávja, mi?

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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

Nézd meg az iránykarakterisztikát is!

A másik esetben a rács kicsit vágja a magasakat.

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.

Kicsit az iránykarakterisztika is módosul.

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

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.

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

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.

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.

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.

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.

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