Какие микрофоны бывают по типам, чем отличаются и какой стоит купить
Приветствую, уважаемые!
Наушники — это, конечно, хорошо и полезно, но не менее часто мы сталкиваемся с микрофонами: начиная от микрофонов в смартфонах и гарнитурах и заканчивая профессиональными решениями для записи высококачественного аудио на студиях. Давайте разберёмся, какие они бывают, чем отличаются и стоит ли бежать сломя голову за самым навороченным вариантом в магазин ради записи подкаста. Поехали!
Table of Contents
Немного истории
Вообще, с историей микрофонов выходит некоторая сложность. В первую очередь в том, что же считать «отправной точкой»: если рассматривать микрофон как систему звукоусиления, то его прообраз — рожки, рупоры и подобное — использовался ещё за много сотен лет до н.э. А если речь идёт про устройство, использующее электричество, то официальным годом начала считается 1876-й, когда А. Белл показал на выставке в Филадельфии «жидкостный преобразователь».
Однако 14 февраля этого же года — в этот же день — был подан патент на точно такое же устройство от американского изобретателя Э. Грея, так что доподлинно не известно, кто же у кого подсмотрел концепцию, или идея пришла к двум изобретателям независимо. Принцип работы основан на изменении сопротивления: человек говорит в некий «стакан», ко дну которого прикреплён жёсткий стержень, опущенный в ёмкость с жидкостью. К стержню и нижней части ёмкости подключены провода, через всю систему протекает ток.
Когда человек говорит в «стакан», стенки и дно начинают колебаться, приводя в движение стержень. Стержень движется вверх-вниз, расстояние между ним и дном изменяется, а значит, меняется и сопротивление оставшейся между ним и дном жидкости, что приводит к изменению тока в цепи. С тех пор микрофоны заметно эволюционировали, улучшилось качество звучания и, конечно, появились новые типы.
Угольные микрофоны
Первым после «жидкостного» микрофона стал угольный, основанный на подобном же принципе. Первый вариант продемонстрировал Э. Берлинер 4 марта 1877 года — всего через год после демонстрации Белла, но популярность получил вариант конструкции Д. Юза, вышедший в 1878 году.
Чёрный угольный стержень зажат между двумя угольными же лапками, имеющими углубления и жёстко связанными с мембраной. Через лапки и стержень протекает ток. Когда мембрана колеблется от звука, она передаёт вибрации лапкам, стержень начинает немного болтаться в углублениях, и площадь контакта его с поверхностями углублений меняется. Изменение площади контакта приводит к изменениям сопротивления. То есть принцип тот же, но избавились от жидкости.
Дальнейшее развитие микрофону обеспечили работы Эдисона, предложившего заменить стержень на порошок, и Уайта, сделавшего наиболее эффективно работающую по тем временам конструкцию.
Принцип обновлённого микрофона тоже опирается на изменение площади контакта, только теперь под действием мембраны сжимается и расширяется коробочка с угольным порошком. Сжали — получили больше точек соприкосновения угольных элементов друг с другом, прекратили сдавливать — меньше.
Да, похвастаться высоким качеством звука, отсутствием шумов и высокой долговечностью такой микрофон не может, но, тем не менее, их до сих пор продают и выпускают — в виде капсюлей для телефонных аппаратов и других переговорных устройств. А всё благодаря высокому уровню сигнала на выходе (не нужен усилитель) и устойчивости к наводкам.
Например, вот так выглядит современный капсюль от «Октавы».
Динамические микрофоны
Динамический микрофон — один из самых популярных типов, представляющий собой «динамик наоборот»: такая же обмотка, прикреплённая к мембране, перемещается под действием звука в поле постоянных магнитов, от чего внутри неё образуется индукционный ток.
На картинке от Shure это отличнейшим образом показано. Помню, в детстве развлекался тем, что втыкал в микрофонный вход магнитофонов наушники и говорил в них, — голос записывался как при использовании «нормального» микрофона. Принцип-то одинаков. Первый подобный микрофон, ещё называемый «электродинамический микрофон катушечного типа», был впервые показан в 1931 году Э. Венте и А. Тёресом и после этого не претерпел каких-либо заметных изменений.
Плюсы динамического микрофона: меньшая чувствительность (не улавливает незначительные звуки, внешние шумы, нежелательные отражения и т.д.), механическая прочность и простота конструкции (что сказывается на цене), отличная перегрузочная способность (можно записать даже очень громкие звуки) и отсутствие потребности в дополнительном фантомном питании.
Минусы: меньшая чувствительность (сложно или невозможно писать тихие и деликатные звуки), более узкий частотный диапазон, ниже точность и детальность звука, более грубо передаются тембральные особенности звучания.
Обычно такие микрофоны используются для записи чего-то громкого на близкой дистанции, часто применяются на концертах, когда вокалист буквально орёт в микрофон, в караоке-системах и для записи голоса дома — они не «пишут помещение», то есть сохраняют только голос без отражений и сторонних шумов, так что даже бубнящий ТВ в соседней комнате может не мешать процессу.
Ленточные микрофоны
Называть ленточные микрофоны отдельным типом не совсем верно — это подвид динамического микрофона, в котором вместо катушки используется тонкая гофрированная металлическая лента, помещённая между двумя обкладками магнитов.
Так как лента тонкая, гофрированная и крепится только в двух точках, даже самая лёгкая вибрация воздуха приводит её в движение. Поэтому звучание получается заметно более богатым и детальным, чем у катушечного динамического микрофона.
Плюсы «ленты» заключаются ещё и в особенном окрасе звука — певучем и музыкальном, без излишней яркости и с деликатными ВЧ, что очень хорошо для вокала и некоторых струнных инструментов.
Ну а главный минус — хрупкость: микрофон не переживёт громких ударных звуков, сильных механических воздействий, и даже хранить его нужно строго вертикально, иначе лента начнёт провисать, что приведёт к ухудшению звучания. Поэтому используются они практически всегда или в студии, или в правильно подготовленных помещениях, так как неплохо улавливают отражения.
Конденсаторные микрофоны
Этот тип микрофонов тоже перешагнул вековой рубеж, ведь появился он в 1917 году благодаря инженеру Э. Вентому. Главным элементом конструкции является конденсатор, у которого одна из обкладок является мембраной.
Под воздействием звука мембрана колеблется, расстояние между обкладками изменяется, что приводит к изменению ёмкости. К конденсатору подводится питание для его подзарядки, и изменение тока в цепи фиксируется как полезный сигнал.
Высокая чувствительность, большая линейность и детальность — однозначные плюсы такого решения. И да, конденсаторный микрофон можно сделать очень миниатюрным. В минусах же — необходимость дополнительного питания (оно же «фантомное») и менее прочная, чем у динамического, конструкция — он не любит ударов, падений и в принципе грубого обращения.
Конденсаторные микрофоны используются практически везде: и в студии, и в портативных рекордерах, и в сфере ТВ/кино.
Электретные микрофоны
А можно ли сделать конденсаторный микрофон без дополнительного питания? Да! Но для этого необходимо, чтобы мембрана микрофона была поляризована без подведения внешнего питания — нужны особые материалы, которые могут сохранять заряд на поверхности. Первый электретный микрофон был представлен в 1920-х, и с тех пор этот тип успешно производится и применяется.
В корпусе микрофона обязательно присутствует цепь согласования сопротивления, приводящая высокое значение выходного сопротивления микрофона к более низкому на входе устройства, к которому этот микрофон подключается. Плюс микрофона — его цена, которая заметно ниже «полноценного» конденсаторного варианта. Минус — более низкое качество звука, поэтому для профессиональной записи их не используют. Зато для гарнитур, электроники, конференц-систем и подобного они являются отличным выбором!
Пьезоэлектрические микрофоны
Своеобразный тип микрофонов, основанный на пьезоэлектрическом эффекте — возникновении заряда на поверхности пьезоэлемента при его деформации. То есть «обратная компьютерная пищалка»: там пьезоэффект работает в обратную сторону, заставляя пластинку изгибаться при подаче тока, тут звуковые колебания воздействуют на пластинку-мембрану и создают ток.
Так как качество звука и чувствительность таких микрофонов низкие, основной сферой применения становятся чаще всего бюджетные звукосниматели для музыкальных инструментов и другие подобные недорогие решения.
Последнее время их активно кладут в комплекты к традиционным музыкальным инструментам на AliExpress. Такой звукосниматель можно подключать ко входу звуковой карты или усилителю.
MEMS-микрофоны
Эти четыре буквы периодически встречаются в описаниях компонентов электроники. Аббревиатура MEMS расшифровывается как «микроэлектромеханические системы» и обозначает достаточно большой ассортимент устройств, созданных с применением высокоточной микрообработки. Их размеры обычно около одного-двух миллиметров максимум, и монтируются они на плату с помощью пайки.
Микрофоны в таком формате могут быть как пьезоэлектрическими, так и конденсаторными, используются в смартфонах, планшетах, компактных устройствах с захватом звука, компактных камерах и много где ещё.
Гидрофоны, геофоны, ларингофоны
Помимо «обычных», существуют и специальные микрофоны, созданные для специфических задач.
Гидрофон нужен для записи звука, распространяющегося в различных жидкостях. Впервые он был применён в 1887 году французскими моряками, а сейчас используется для исследования моря и его обитателей, предупреждения землетрясений и иных научных изысканий. По принципу работы может быть как пьезоэлектрическим, так и динамическим или даже магнитострикционным (основанным на эффекте Виллари, когда изменение размеров объекта приводит к изменению его магнитных свойств).
Геофон по принципу работы похож на гидрофон, но считывает вибрации почвы или любой поверхности в зависимости от типа насадок. Также, в отличие от гидрофона, корпус геофона более массивен.
Ларингофон наиболее близок к обычным микрофонам, ведь он улавливает человеческий голос. Только использует не вибрации воздуха, а колебания области гортани при разговоре. Естественно, речь не идёт о высоком качестве звука, и его не используют для записи вокала. Основной плюс — отличная шумозащищённость, поэтому ларингофоны используются военными, спецслужбами и другими специалистами, сталкивающимися с «громкой» средой, в которой нужно вести переговоры.
USB-микрофоны
В связи с развитием подкастов, стримов и других голосовых жанров возникла потребность в универсальных решениях, не требующих сложной установки и настройки. Так появились USB-микрофоны, объединяющие сам капсюль, предусилитель, АЦП и процессоры обработки, выход на наушники с собственными ЦАП-ом и усилителем, контроллеры, а также интерфейс для связи с ПК или мобильными устройствами. Иными словами, USB-микрофон — это связка из непосредственно микрофона и звуковой карты в компактном корпусе.
По типу они могут быть совершенно любыми, количество капсюлей тоже может варьироваться, чтобы дать возможность записывать звук в разных ситуациях на одно устройство. Качество звука и плюсы с минусами будут зависеть от того, что установлено внутри, поэтому цены варьируются от полутора тысяч рублей за примитивные версии до полутора тысяч долларов за самые навороченные конденсаторные решения.
Бинауральные микрофоны
Наше ухо — это тоже своего рода микрофон, только непростой: мембраной служит барабанная перепонка, расположенная в конце слухового прохода, и звук заметно изменяется, когда до неё доходит. В процессе преобразования участвует и сам канал, и особенно ушная раковина со всеми её завитками. Когда вы слушаете музыку с помощью наушников, особенно внутриканальных, звук попадает практически сразу к барабанной перепонке без изменений, и именно это даёт эффект «звука внутри головы» — ощущения, что виртуальные источники находятся где-то в пространстве между ушами.
Для того, чтобы вынести виртуальные образы из головы, придумали бинауральные микрофоны — пару небольших микрофонов, засунутых на место барабанной перепонки в имитацию уха. Нередко к этому добавляют ещё и модель самой головы, чтобы учесть влияние носа, глазных впадин и так далее. Записанный таким образом звук будет крайне естественно восприниматься слушателем. В сети есть множество примеров бинауральных записей, так что можете проверить эффект на себе — работают любые наушники. И да, пока ни одна программная система виртуализации не смогла сравняться по качеству с реальной микрофонной системой.
Оптические микрофоны
Ну и на сладкое — особый тип микрофонов. Оптические решения редки, но интересны технологически. Да, в них тоже считывается колебание мембраны, только используется для этого свет: источник и приёмник света в виде двух световодов подведены к мембране под углом. Источник-лазер и фотодетектор прикреплены к концам световодов с другой стороны. Мембрана колеблется и отражает лазерное излучение в сторону приёмника — пятно, попадающее в приёмный световод, будет больше или меньше, эти модуляции преобразуются в электрический сигнал.
Есть и другой вариант, более сложный — в нём используются коллиматор и сборка линз, а количество света изменяется за счёт расфокусировки, наступающей при движениях мембраны. Такое решение даёт более качественный результат.
Оптические микрофоны могут работать в условиях любых электромагнитных помех, и это их однозначный плюс. Качество звука сравнимо с конденсаторными решениями, но размер мембраны достаточно мал — это может быть как положительным моментом, так и не очень.
Впрочем, идеи оптического микрофона получили большее распространение и известность в несколько ином амплуа — системы прослушки. Да-да, те самые «лазерные микрофоны», которые направляют на стекло лазерный луч и по его отражению считывают вибрации, вызываемые звуком.
Диаграммы направленности
Я не мог не включить этот пункт в статью. Диаграммы направленности — это графическое представление чувствительности в зависимости от направления. Иными словами, насколько хорошо микрофон «слышит» в каждом из направлений.
Кардиоида — пожалуй, самый популярный вариант. Не «слышит» ничего сзади и максимально захватывает спереди. Лучше всего использовать для записи в неподготовленных помещениях, дома и так далее — шумы из соседней комнаты и лишние отражения будут отсекаться, сигнал будет «чистым» и отделённым от других источников, обратная связь от динамиков тоже будет возникать реже. Удобно! Но есть и минус — прокси-эффект, или эффект близости, при котором по мере приближения микрофона к источнику звука будет усиливаться НЧ-составляющая (чем, кстати, пользуются некоторые вокалисты, добавляя голосу весомости таким образом).
Омни, или круговая, — тоже крайне популярная история, при этом микрофон улавливает звук одинаково хорошо с любой стороны. Отличное решение для записи атмосферы помещения или улицы, оно обладает ещё и самой правильной передачей частот и хорошим насыщенным басом без дополнительного чрезмерного усиления. Часто используется в петличках или оголовьях.
Суперкардиоида — более направленная (узкая), нежели кардиоида, у которой на задней стороне появляется лепесток. Ещё большая концентрация на звуке источника, ещё большее количество боковых звуков будет отсекаться. Но из-за появления «хвоста» возможно появление обратной связи от акустики — придётся ставить её дальше или уменьшать уровень. Есть и её подвид — гиперкардиоида, у которой «хвост», суть задняя часть диаграммы, становится больше.
Восьмёрка, или двунаправленная, — микрофон одинаково хорошо улавливает сигналы спереди и сзади, а боковые звуки отсекаются. Используется практически всегда для стереозаписи (в частности, MS-стерео и пара Блюмлейна) или в случаях, когда нужно обязательно отсечь боковые звуки. Бас будет самым слабым среди остальных вариантов.
Резюме
Вообще, подбор микрофонов под конкретную запись — задача творческая: надо понять, какое помещение, что конкретно пишется, какие условия, сколько у нас вообще есть микрофонов и каких, куда их можно поставить или повесить, есть и ещё куча более мелких особенностей. Для сугубо бытовых задач я бы порекомендовал брать динамические решения с кардиоидной диаграммой для записи голоса, подкастов и стримов, а конденсаторные, особенно с крупной диафрагмой, оставлять для серьёзного вокала, акустических инструментов и подготовленных помещений.
А вы какие микрофоны используете? Делитесь в комментариях!