Az alábbi ábrasorozat 1 kHz-es alapfrekvencián és annak első négy felharmonikusán mutatja a membrán rezgéseit. Először 130 dBSPL a szint.

Megnöveljük a szintet 145 dBSPL-re.

A THD számítási képlete – ha még emlékszel rá – látszólag bonyolult.

A képletben U_f1 az eredeti, bemenő alapharmonikus effektív feszültsége a kimeneten, a többi a kimeneten mérhető felharmonikus effektív feszültsége. A mikrofonok esetében kicsit módosul a definíció, mert a bemeneten nem feszültséget, hanem hangnyomást, még pontosabban, a hangnyomás effektív értékét mérjük, 1kHz-es hanghullámmal izgatjuk a membránt. Napjainkban már nem kell számolgatni, mert a modern mérőautomaták a spektrum elemzése után egyből adják a végeredményt.

Ám nem véletlenül 1 kHz az alapharmonikus frekvenciája. Ugyanis addig masszírozzák a mikrofont, ameddig itt a legkisebb a THD.

Mivel valójában ez egy egyszerű(bb) mérés, nyilvánvaló, hogy a mikrofonok adatlapján is szerepel a mértéke. S ha rátekintesz egy adatlapra, látod is a THD kifejezést, csak itt is van egy csavar. Ez a csavar teljességgel indokolt. Ugyanis nem a mikrofont érő hangnyomásszintekhez viszonyítják a THD-t, hanem azt mérik, hogy adott – 0,5 % vagy 1% – THD-hez mekkora hangnyomásszint tartozik, milyen nagy hangnyomás kell ahhoz, hogy a mikrofon ekkorát torzítson. A mérést a mikrofon főirányából végzik el.

Hogy a dolog mégse legyen egyszerű, a különböző gyártók más-más neveken illetik ezt a hangnyomásszintet. Van, ahol névlegesnek (nominal), van, ahol maximálisnak írják, még olyan is akad, ahol mind a két elnevezést használják. Még azt is belekeverik a dologba, ha van egy kimeneti feszültségcsökkentő is a mikrofonban (pad), holott az csak azért van, hogy a mikrofonban levő vagy a mikrofonhoz csatlakozó erősítő ne vezérlődjön túl.

Ha igazán pontosak akarunk lenni, akkor ezt a határértéket elektromos hangnyomásszint tűrésnek neveznénk, mert ez az az érték, amit a mikrofon viszonylag kis torzítással elvisel.

Minél nagyobb a 0,5% vagy 1% THD-hez tartozó hangnyomásszint, annál hangosabban üvölthetünk a mikrofonba. Ez különösen popmikrofonok esetében lényeges, hiszen a szájunk közelében akár 160 dBSPL is lehet a szint, ha az énekes jól elengedi magát.

Van egy másik határérték, amit mechanikai hangnyomásszint tűrésnek hívhatunk. Ez az a hangnyomásszint, aminél a mikrofon még éppen képes mikrofonként működni, vagyis a membrán nem ütközik a mikrofon házába, nem szakad ki, a mikrofonba épített elektronika még nem jajveszékel, más szóval nem ül le, tehát a mikrofon még használható marad, nem sérül. A THD-t ilyenkor már értelmetlen nézni, olyan nagy. A mechanikai hangnyomásszint tűrés jóval magasabb érték, akár a tízszer, tehát 20 dBSPL-lel nagyobb is lehet, mint elektromos párja.

A fenti példában látható adatokból az is kiderül, hogy a mechanikai hangnyomásszint tűrés frekvenciafüggő.

A membrán átmérőjétől szintén igencsak függ a hangnyomásszint tűrés. Minél nagyobb az átmérő, annál kisebb ez az érték.

Hogy egy kicsit most megnyugodjál, van olyan mikrofon paraméter, amiben a nagymembrános mikrofon a nyerő. Ennek is köze van a hangnyomáshoz. A mikrofon érzékenységéről van szó. Az érzékenység azt mutatja meg, hogy ha a mikrofon membránjára 94 dBSPL szintű szinuszos hangrezgést lökünk, mekkora lesz a kimenő feszültség szintje. A nagy membránt nem feszítik meg annyira, lágyabb, halkabb hangra is rezgésbe jön.

De miért is 94 dBSPL-t? Miért nem például 100-at? Akkor számoljunk kicsit!

0 dBSPL a hallásküszöb, vagyis 2×10^-5 Pa, 1 kHz-en.

20 dB tízszeres arány. 40 dB 100-szoros arány. 60 dB ezerszeres arány 80 dB tízezerszeres arány. 100 dB százezerszeres arány. -6 dB félszeres arány. Tehát 94 dB = 100^-6 dB, 100 000 × 2 = 50 000-szeres arány. 50 000 = 5×10⁴.

2×10^-5 × 5×10⁴ = 10 × 10^-1 = 1; 94 dBSPL tehát éppen 1 pascal hangnyomásnak felel meg.

Az érzékenység mértékegysége mV/Pa, de általában megadják dBV/Pa-ban is, sőt, néha dBu/Pa-ban is. Emlékeztetőül, a dBV alapszintje 1 volt, a dBu-é 775 mV effektív érték.

Az érzékenység nemcsak frekvenciafüggő, hanem iránykarakterisztika függő is.

Az érzékenység megadását tekintve is van ám egy kis bolondokháza, nehogy esetleg össze lehessen hasonlítani az egyes gyártók mikrofonjait.

Általában azt az érzékenységet szokták megadni, amikor a lezáró impedancia ∞; ez a gyakorlatban néhány megaohm lezárást jelent. A fenti példában viszont 1 kΩ-mal zárták le a mikrofont. Nagyon kell ám figyelni…

A 10 mV/Pa körüli érzékenység a kondenzátor és elektret mikrofonokra jellemző, amelyekben van beépített erősítő is. A dinamikus mikrofonok érzékenysége ennél kb. egy nagyságrenddel kisebb.

Ugyancsak legfeljebb néhány mV/Pa az erősítő nélküli, passzív szalagmikrofonok érzékenysége.

A fenti specifikációban -54 dBV/Pa = 2 mV/Pa.

Minél nagyobb a mikrofon érzékenysége, annál kisebbet kell erősítenie a mikrofon után kapcsolt erősítőnek. Azonban a kis érzékenység sem feltétlenül hátrány. Ha ugyanis a hangforrás elég hangosan szól, akkor a mikrofon kimeneti jele is elég nagy, viszont a mikrofon – különösen, ha még irányított is – kevesebbet szed össze a környezet nemkívánatos zajaiból, és hangosításkor nem is gerjed annyira.

Ám ha már olyan jól belejöttünk a számolásba, végezz el velem néhány egészen egyszerű számolást!

Elsőként azt határozzuk meg, hogy ha egy mikrofon érzékenysége 20 mV/Pa, akkor az hány dBV/Pa?

Tudjuk, hogy a 0 dBV = 1 volt. 1 volt = 1 000 mV.

20 mV : 1000 mV = 0,02. Mivel feszültségről van szó, a 0,02 tízes alapú logaritmusának a 20-szorosával kell számolni. Van internetes kalkulátor, nem számolgatunk: http://www.sengpielaudio.com/calculator-db-volt.htm

Az eredmény pedig -34 dBV/Pa.

Határozzuk meg ugyanezt dBu/Pa-ra! Csupán annyi a különbség, hogy a 20 mV-ot nem 1 000 mV-tal, hanem 775 mV-tal kell osztani. 20 mV : 775 mV = 0,026. Azonban a program okos, egyből kiszámolta a kicsit nagyobb végeredményt, ami -31,7 dBu/Pa. (A negatív számok tartományában a kisebb szám a nagyobb.)

Azért számoltuk ki ezeket az értékeket, mert most egy pöppet – de nem sokkal – nehezebb, inkább összetettebb feladat jön. Ahhoz ugyanis, hogy már rögtön az elején ne rontsuk el a mikrofonból kimenő jelet, a mikrofonra kapcsolt erősítőnek a bemenetén torzítás nélkül el kell viselnie a mikrofonból érkező legnagyobb feszültséget. Azért fontos ezt tudni, mert nagyon sok erősítő, keverőasztal bukik el ezen, tehát ez az egyik vízválasztó a gagyi és a minőségi termék között.

A példánkban legyen a mikrofon elektromos hangnyomásszint tűrése 130 dB SPL, 0,5% THD esetén. Az érzékenysége 20 mV/Pa.

Azt már tudjuk, hogy 20 mV megfelel -31,76 dBu-nak. Azt is tudjuk, hogy az ehhez tartozó érzékenység 94 dBSPL.

130 dBSPL és 94 dBSPL között 36 dB a különbség. A mikrofonból tehát 36 dB-vel több jön ki, mint ami az érzékenységhez tartozó érték.

-31,76 dB + 36 dB = + 4,24 dB. 130 dBSPL hangnyomás esetén tehát 4,24 dBu szintű feszültség van a mikrofon kimenetén. Most ki kell számolni, hogy 4,24 dBu mekkora feszültség. Ehhez ugyanazt a netes programot használjuk, mint az imént.

4,24 dBu = 1,262 volt. A 20 mV-hoz képest ez nagyon nagy érték. Ráadásul csak effektív érték, márpedig a következő fokozatnak a jel csúcsait is el kell viselnie.

Az előző ábra láttán földerenghetett benned, hogy szinuszos jel esetén az effektív értéket 2√2-vel kell szorozni ahhoz, hogy megkapjuk a csúcsértéket. Ezt is egyből kiszámolta a program:

Tehát a mikrofon utáni fokozatra 3,57 V_cs-cs nagyságú feszültség kerülhet. Nagyon jó fokozatok képesek csak arra, hogy kis zaj mellett a néhány µV-tól néhány V-ig terjedő tartományt feszültségosztás nélkül ívelni tudják.