A mikrofonok, illetve a mikrofonokkal összefüggésbe hozható zajok forrása többféle lehet:

• a levegő molekulák és a levegőben levő szennyeződések hőmozgásából eredő zaj;
• a levegő molekuláinak a membránnal való ütközéséből eredő zaj;
• a termikus zaj;
• a mikrofon belső elektronikájának zaja;
• a mikrofónia;
• az elektromágneses tér keltette zajok, zavarok;
• a kezelési zaj, tapizaj.

Megint sok paramétert és jelenséget kell elemeznünk, ráadásul, ismét szembesülnöd kell majd azzal, hogy az még a jobbik eset, amikor a gyártó valamilyen ajánlásra vagy szabványra hivatkozik.

A természet egyik legalapvetőbb jellemzője a hőmozgás. A levegő molekuláinak mozgása nem látható, de ha valamilyen szennyező anyag is van a levegőben – por, korom, füst – egyből láthatóvá válik ez a véletlenszerű mozgás.

Mivel a mikrofont érő hang a levegőben terjed, és a hőmozgás csak 0 kelvin hőmérsékleten szűnne meg, ez a nyüzsgés befolyásolhatja a mikrofon kimenő jelét, de ennek nagyon pici a mértéke.

Sokkal nagyobb zajt okoz, hogy a levegő részecskéi nemcsak mozognak, hanem ütköznek is – odaütődnek a mikrofon membránjához, majd visszaverődnek onnan. Minél merevebb a membrán, annál hangosabb ez a bombázás. S minél kisebb a membrán, annál könnyebb egyenletesen, erősen megfeszíteni. Vagyis az ütközésekből származó zaj a kismembrános mikrofonok kimenetén nagyobb, mint a nagymembránosak esetén.

A táblázatban szereplő zajokat „A” szűrővel mérték.

A mikrofonok saját zaját nemcsak a mechanikus zajok okozzák. Legalább ilyen lényeges a termikus zaj is. Erről többször volt már szó, itt az ideje, hogy jobban elmélyedjünk benne.

Egy elektromos vezetőben nagyszámú szabad elektron van jelen (az ionokkal együtt), amelyek rendezetlenül rezegnek az egyensúlyi pozíciójuk körül, és útját állják a további elektronok mozgásának. Az elektronok rendezetlen, szabad mozgásai elektromos áramot hoznak létre. S most a korábbiakhoz képest fontos pontosítás következik. Valójában nincs szó áramról, hanem áram jellegű jelenségről beszélhetnénk. Az elektromos áram definíciója ugyanis a töltéshordozók rendezett mozgása. Most viszont éppen nem a töltéshordozók rendezett mozgását figyelhetjük meg (ami az áram definíciója), hanem a véletlenszerű mozgását. Ennek az „áramnak” az átlaga nulla, mivel feszültség hiányában minden elektron mozgása különböző irányú. Ám, ha véletlenszerű áram van, akkor véletlenszerű feszültség is mérhető.

A termikus zaj sávszélessége elvileg végtelen. Minden frekvencia összetevője – amelyek száma szintén végtelen – ugyanakkora nagyságú, és teljesen véletlen, hogy egy konkrét időpontban milyen összetevők vannak benne. Végtelen idő alatt azonban az összes, vagyis végtelen összetevő megjelenik.

A valóságban a termikus zaj is sávhatárolt, különben végtelen energiát tartalmazna, és mert sosem használunk egy mikrofont végtelen ideig, nem végtelenül sok, de azért nagyon sok összetevőből áll össze a tényleges zaj. Kicsit pongyolán fogalmazva, azt mondjuk, hogy a spektrumkép egy vízszintes szakasz, az alatta levő terület pedig a zaj energiatartalma.

Ez az energiatartalom – más szóval a teljesítmény sűrűség – minden azonos szélességű tartományban azonos nagyságú. Ha pl. 1 kHz és 3 kHz között nézzük, akkor ugyan akorra az energiatartalom, mint mondjuk, a 6 kHz és 8 kHz közötti sávban. Vagy például 5 Hz és 6 Hz között és 8425 Hz és 8426 Hz között is egyenlő nagyságú a zaj energiatartalma.

A valóságban persze nem tökéletes a spektrumképbeli vonal, hiszen nem végtelen ideig mérünk.

A környezet hőmérsékletének növekedésével a vezető hőmérséklete is növekszik, amely az elektronokat magasabb energiaszintre kényszeríti, ezzel növelve a rendezetlen áramfolyásokat. A termikus zajfeszültség nagyságának effektív értékét meghatározó képlet sem lehet ismeretlen a számodra:

A képletben T a hőmérséklet kelvinben, R a vezető ellenállása, Δf a sávszélesség és k a Boltzmann-állandó, amelynek értéke 1,38×10^-23 joule/kelvin. Mutattam már példát arra, hogy ezt a képletet automatával is lehet számolni. Mivel egyszer már számolgattunk az egyik ilyen automatával, most inkább csak azt ismétlem meg, hogy milyen értékeket kapunk a leggyakrabban használatos mikrofon impedanciák esetén.

Mivel termikus zaj mindig van, ez alá az érték alá nem lehet menni. Dinamikus mikrofonok esetén lényegében nincs is más zaj, mint a termikus zaj. (Ezt a „lényegében”-t majd még cizellálni fogom.) Tekintettel azonban arra, hogy a dinamikus mikrofonok sokkal kisebb jelet böffentenek ki magukból, mint a kondenzátor mikrofonok, ezért a jelükön nagyobbat kell erősíteni, s a végeredmény mégis zajosabb lesz. Az alábbi honlapon meg is hallgathatod egy kismembrános kondenzátor stúdiómikrofon, egy nagymembrános stúdiómikrofon és egy átlagos dinamikus mikrofon zaját:

http://www.neumann.com/homestudio/en/what-is-self-noise-or-equivalent-noise-level

Egy óra ketyegését érzékelték a mikrofonok. Kicsit tekergetni kell, amíg megtalálod ezt a részt:

Érdemes pöppet megtolnod a hangerőt, de a teszt végeztével vedd is vissza, nehogy kipurcanjanak a hangsugárzóid!

Ha azt gondolod, hogy az ellenállásnak csak termikus zaja van, tévedsz. Még erre is vissza fogunk térni. Most viszont egy másik, fehérzaj jellegű zajfajta következik.

Ez a zaj a sörétzaj, amelynek mértéke nem függ a hőmérséklettől. A sörétzaj csak aktív áramköri elemekben, tehát elektroncsövekben és félvezetőkben jelenik meg. A természetben az esőcseppek viselkednek hasonlóan, mivel minden csepp a többiektől függetlenül mozog.

Míg a termikus zaj a részecskék „nyugalmi állapotban” történő véletlenszerű mozgásából adódik, addig a sörétzaj irányított részecskék-áramlásaként értelmezhető. Az elektroncsövekben a sörétzajnak az az oka, hogy a katódból kiinduló, az anódlemezbe érkező elektronok egy-egy áramimpulzust hoznak létre. Az, hogy mikor érkezik meg egy elektron az anódhoz, véletlenszerű.

A pentódák sörétzaja mindig nagyobb, mint a triódáké – nemcsak emiatt, de ezért is van trióda a legtöbb csöves erősítőjű mikrofonban. A félvezetők sörétzaja a pn átmeneten átfolyó áram hatására keletkezik. Ahhoz, hogy egy töltéshordozó átjuthasson az átmeneten, magasugrónak kell lennie.

A pn átmenetnél ugyanis potenciálfal van. Az, hogy melyik töltéshordozónak van akkora energiája, hogy átjusson a falon, véletlenszerű. Az átjutó töltéshordozók száma valamilyen átlagérték körül ingadozik, és ez az ingadozás nyilvánul meg zajáramként. Ellentétben a termikus zajjal, ez valódi áram. A zajáramot számolni is lehet – pont ezt ne lehetne –, de nem fogjuk számolni. A kedvedért – csakis a te kedvedért – idevésem a képletét:

A képletben q az elektron töltése, vagyis 1,6·10^-19 coulomb. Egy coulomb (C) az a töltésmennyiség, amely 1 A áramerősség esetén 1 s alatt folyik át. I_p az átfolyó áram átlaga, Δf pedig a sávszélesség.
A JFET-ek, MOSFET-ek sörétzaja alacsonyabb, mint a bipoláris tranzisztoroké. A sörétzajhoz hasonló jellegű a lavinazaj, ami a félvezetők egyik tartományában jelentkezik.