A MIKROFON SPECIFIKÁCIÓK ÉRTELMEZÉSE

posted in: mikrofon egyetem | 0

A specifikációk célja, hogy tájékoztassák a felhasználót az adott mikrofonnal kapcsolatban. A specifikációkból megismerhetjük a mikrofon alapvető tulajdonságait, és hogy az eszköz hogyan illeszkedik az igényeinkhez és a felszerelésünkhöz.

Amikor mikrofon specifikációkat olvasunk, fontos, hogy tudjuk őket értelmezni. Annak ellenére, hogy az IEC 60.268-4 szabvány elméletileg közös nevezőt szolgáltat, a legtöbb esetben az adatok különbözőféleképpen mérhetők és értelmezhetők. Továbbá, specifikációk összehasonlításakor feltűnhet, hogy a gyártók a legkülönbözőképpen képesek értelmezni az egyes szakmai kifejezéseket.

A cikk célja, hogy egy, a DPA mikrofonokhoz használt adatlap segítségével segítsen a felhasználóknak a specifikációk értelmezésében.

A decibel (dB) skála

A decibel skála az emberi hallást hivatott modellezni. A skála emiatt logaritmikus, amely megteremti az egyenletes szintemelkedés érzetét.

A legtöbb mikrofon specifikáció a decibel skálát használja. A dB skála logaritmikus, és azért alkalmazzák, mert nagyon megközelíti azt, ahogy az emberi érzékelés – a hallást is beleértve – működik. A logaritmikus skála praktikusan azt jelenti, hogy a skála minden két egysége között ugyanakkora a növekedési arány (pl a 10-es skálán az egységek: 10-100-1000, míg a 2-es skálán az egységek: 1-2-4-8-16, stb) Ez a logaritmikus skála a legtöbb, a mikrofonok tulajdonságait vizsgáló elektromos és akusztikus mérés (pl Volt, Pascal, Watt, Ampere, stb.) során alkalmazható.

A skála előnye, hogy emberközeli: az 1dB nagyjából a legkisebb hangerőérték változás, amit az emberi fül képes értelmezni. 3 dB egy jól hallható hangerő változás. 10 dB hangerőváltozás duplázásnak vagy felezésnek hat. A skála minden két értéke közötti változást nagyjából egyformának hallunk. A legnagyobb dB érték, amivel a valóságban találkozhatunk, az <200 dB, ami azt jelenti, hogy ha a dB érték három számjegyű, akkor biztosan 1-essel kezdődik.

A dB skála viszonylagos. Következésképp, bármilyen változást kifejezhetünk egy dB értékkel. Egy 0dB-s változás nem jelent változást. Minden pozitív dB érték pozitív változást jelöl (az érték magasabb, mint előzőleg). Minden negatív dB érték negatív változást jelöl (az érték kisebb, mint előzőleg).

Referencia megadásával abszolút értékre helyezhetjük a dB skálát – például használhatjuk a hangnyomást, melynek referencia értéke 20 μPa. Így a 0 dB azt jelenti, hogy van hangnyomás, és az értéke 20 μPa (megközelítőleg a középfrekvenciák hallásküszöbe). A légnyomás értékét a „0 dB re 20 μPa” mértékegységgel, azaz a „0 dB SPL” (hangnyomás – Sound Pressure Level)-lel fejezzük ki.

Elektromos mérések referencia értékét, amely 1 Volt, egy másik mértékegységgel fejezzük ki: „0 dB re 1 Volt”, tehát 0 dBV. Ezt az abszolút értéket kell figyelembe venni, többek között, a mikrofonok érzékenységét leíró specifikációk esetében is.

 

Iránykarakterisztika (directional pattern)


Az iránykarakterisztika a mikrofon térbeli érzékenységét ábrázoló grafikus adatlap.

A mikrofonok számos tulajdonsága közül az egyik az irányítottság, amit egy polaritási grafikonnal ábrázolhatunk. A polaritási grafikon koncentrikus körök hálózatából áll. Mindegyik kör egy dB értéket jelöl úgy, hogy a legkülső kör a 0 dB. A 0°-os referencia pont a külső kör tetején helyezkedik el. A 0° a mikrofon érzékenységi tengelyét jelöli – praktikusan azt a pontot, amerre a mikrofon „néz.”

Minden mérési adat normalizálásra kerül a 0°-os pozícióban. Ez azt jelenti, hogy annak ellenére, hogy a mikrofon érzékenysége változhat a különböző frekvenciákon (egyenetlen frekvenciamenet), 0°-nál összetartanak (a grafikon szintje úgy változik, hogy létrejöjjön a görbék összetartása). A körök közti szintkülönbség általában 5 dB, kivéve, ha ezt külön jelzik. Így lehetséges meghatározni, hogy a mikrofon mennyire csillapítja a tengelyen kívülről érkező hangokat.

A mikrofonok iránykarakterisztikáját a polaritási grafikonon kirajzolódó minta alapján szokás elnevezni:

Omnidirectional (gömb vagy kör): A görbe követi a külső kört. A mikrofon egyenletesen érzékeli a hangokat minden irányból.
Cardioid (vese): A mikrofon az előlről és oldalról érkező hangokra érzékeny, hátrafelé nem „lát.”
Supercardioid (szupervese): A mikrofon az előlről és egy kicsit a hátulról jövő hangokra érzékeny, de süket ±135° környékén.
Figure-of-eight (nyolcas): A mikrofon az előlről és a hátulról jövő hangokra érzékeny, az oldalról érkező hangokra nem.

További polaritási grafikonok


Gyakran csak egy polaritási grafikont találunk egy mikrofonra vonatkozólag, ugyanakkor a mikrofon irányítottsága különböző lehet a különböző frekvenciákon. Ezért a polaritási minták máshogy nézhetnek ki a különböző frekvenciákon, amelyek általában oktávonként vannak beosztva az adott mikrofonra jellemző sávszélességen belül (pl 250 Hz, 500 Hz, 1 kHz, 2 kHz, 4 kHz, 8 kHz és 16 kHz).

A görbéknek egyenletesnek és szimmetrikusnak kell lennie ahhoz, hogy a mikrofon színezetlen hangot vehessen fel. A görbe extrém kilengései nem kívánatosak, és a görbék nem keresztezhetik egymást.Ugyanakkor ne felejtsük el, hogy a görbéket általában simítják. A simítás nagyon egyenletes – néha túl egyenletes – görbéket eredményez. Alaposan vizsgáljuk meg a görbéket és bizonyosodjunk meg róla, hogy azok valódi mérések alapján lettek közölve.

Az irányítottságot általában nagyobb, 1-2 méteres (3-6 ft.) távolságról mérik. Még a kézimikrofonokét is. A magyarázat szerint az emberi hangot mindig tengelyben vesszük fel, míg a háttérből érkező hangok (amelyeket csillapítani szeretnénk) minden irányból elérik a mikrofont.

A polaritási grafikonon az is látszik, hogy még a gömbkarakterisztikájú mikrofonok is általában irányítottabbá válnak a magasabb frekvenciákon. A nagyobb méretű mikrofonok nagyobb irányítottságot mutatnak a magasabb frekvenciákon a membrán előtt felgyülemlő nyomás miatt.

A polaritási grafikon elméletileg az irányítottságnak csak egy „szeletét” ábrázolja. Míg az alakjuk miatt a ceruza (pencil) mikrofonok irányítottsága a mikrofon tengelye körül körbe fogatva végig szimmetrikus marad, addig néhány nem szimmetrikus házba épített mikrofon különböző irányítottsági görbét mutat attól függően, hogy a függőleges vagy a vízszintes tengelyen mérünk.

Ref: IEC 60268-4 Sound System Equipment – Part 4: Microphones (2018)
clause 13.1: Directional pattern.

Működési elv (principle of operation)

A működési elv arra vonatkozik, hogy a mikrofon membránja hogyan kapcsolódik a hangtérhez.

A mikrofonokat akusztikai alapevek szerint tervezik. A legtöbb mikrofont, így a DPA mikrofonokat is, három fő alapelv szerint kategorizálhatjuk. Ezek az alapelvek a nyomás (pressure), a nyomáskülönbség (pressure-gradient), és az interferencia cső (interference tube).

A nyomás mikrofonokban a hangok csak a membrán egyik oldalát érik el. A nyomás mikrofonok gömbkarakterisztikával rendelkeznek, ezért gömb (omni) mikrofonoknak nevezzük őket.
A nyomáskülönbség elven működő mikrofonok úgy vannak tervezve, hogy a membrán mindkét oldala érintkezik a hangtérrel, így lehetséges előállítani az irányítottságot. Ezeket a mikrofonokat vese (cardioid), széles vese (wide cardioid), szupervese (supercardioid) vagy nyolcas (figure of eight) mikrofonokként ismerjük. Igazából csak a nyolcas mikrofonokat kellene nyomáskülönbség mikrofonnak hívnunk, a többi (különböző vese verziók) a nyomás és nyomáskülönbség mikrofonok kombinációja. Mindazonáltal a köznyelv az összes fent említett típust nyomáskülönbség mikrofonoknak nevezi.


Interferencia cső segítségével egy mikrofon képes a tengelyből érkező hangokra fókuszálni, míg a tengelyen kívülről érkező hangokat képes figyelmen kívül hagyni. Az interferencia csövet gyakran kombinálják a nyomáskülönbség elvvel a maximális irányítottság elérése érdekében, még az alacsony frekvenciatartományban is.

Ref: IEC 60268-4 Sound System Equipment – Part 4: Microphones (2018)
clause 5.2: Type of microphone.
 

Kapszula típus (cartridge type)

A kapszula az az alkatrész, ami az elektroakusztikai jelátalakítást végzi a mikrofonban. A DPA Microphones túlnyomó többségében elektret kapszulákat tartalmazó mikrofonokat épít.

A professzionális hangtechnikában alapvetően két kapszula típust használnak: (elektro-) dinamikus és kondenzátor mikrofonokat.

A DPA kondenzátor mikrofonokat készít. A legtöbb kondenzátor polarizációs feszültséget igényel a megfelelő működéshez. Ez a polarizáció lehet külső vagy belső. A DPA mikrofonok belsőleg polarizáltak, másképpen fogalmazva, előpolarizált kapszulákkal készülnek. Ezek a mikrofonok tápfeszültséget igényelnek, nem a kapszula, hanem a beépített előerősítő miatt.
Tehát, a legtöbb DPA mikrofont előpolarizált kondenzátor (pre-polarized condenser) mikrofonként mutatjuk be, míg néhány modell csak egyszerűen kondenzátor (condenser) mikrofonként szerepel.

Ref: IEC 60268-4 Sound System Equipment – Part 4: Microphones (2018)
clause 5.1: Type of the transducer.

Frekvenciamenet (frequency response)

A frekvenciamenet bemutatja a mikrofon által értelmezni képes frekvencia tartományt.

A frekvenciamenetet a mikrofon kimenetén, általában egy akusztikailag semleges térben (free field), a mikrofon tengelyéből érkező színuszos akusztikai jel segítségével mérik. Ha a mikrofont közeltéri (near field) használatra tervezték (például headset mikrofonok), akkor a megfelelő releváns távolságban készülnek a mérések, amit a mérési adatlapon külön jelölni kell.

Ezzel a specifikáció típussal a DPA a mikrofonok által értelmezhető teljes frekvenciatartományt bemutatja, amely sokszor különbözhet a hasznos frekvenciatartománytól (effective frequency range) (lásd alább). Ugyanakkor a legtöbb mikrofon frekvenciamenete csak 20Hz-20kHz között van jelölve, annak ellenére, hogy az eszköz szélesebb frekvenciatartomány értelmezésére is képes. A 20kHz fölötti frekvenciamenetre nincs hibahatár megállapítva, ezért nem kell figyelembe venni.


Példa: 4006 Gömb karakterisztikájú mikrofon: Frekvenciatartomány: Tengelyben: 10Hz – 20 kHz. A pontozott vonal ugyanakkor azt jelöli, hogy a mikrofon produkál kimeneti jelet az említett tartományon kívül is.

Ref: IEC 60268-4 Sound System Equipment – Part 4: Microphones (2018)
clause 12.1: Frequency response

 

Hasznos frekvenciatartomány ±2 dB (frequency range)

A hasznos frekvenciatartomány az a frekvenciatartomány, amelyen belül a mikrofon frekvenciamenete a megadott tűréshatáron belül mozog.

A tökéletes frekvenciamenet nem mindig egyenes. Néhány mikrofonnak hangolt frekvenciamenete van, például a jobb szövegérthetőség miatt. A Hasznos Frekvenciatartomány (Effective Frequency Range) ezt a hangolt / kívánt frekvenciatartományt mutatja be egy szűk (általában ±2 dB) tűréshatáron belül. Ez a specifikáció lehet, hogy egy szűkebb frekvenciatartományt mutat, de azon belül az eszköz igen nagy pontossággal képes produkálni a kívánt frekvenciamenetet.

Többszörös frekvenciamenet görbe

A professzionális mikrofonok gyártói gyakran több frekvenciamenet görbével jellemzik a mikrofonjaikat, ezzel bemutatva, hogy a mikrofon hogyan viselkedik a különböző irányokból érkező hangokkal, különböző akusztikai környezetekben.

Tengelyen belüli görbe (on-axis response)

A tengelyen belüli görbe bemutatja, hogy hogyan viselkedik a mikrofon olyan hangokkal szemben, amik közvetlenül előtte szólalnak meg és a membrán felé sugároznak. A hanghullámok becsapódási szöge 0° a mikrofon tengelyéhez képest, és a mérést egy akusztikailag semleges, zajtalan térben végzik. A mérési távolság befolyással lehet az irányított mikrofonok frekvenciamenetére a közeltéri effektus (proximity effect) miatt.Emiatt az irányított mikrofonok (nyomáskülönbség mikrofonok) esetében a mérési távolságot minden esetben fel kell tüntetni. A gömbkarakterisztikájú mikrofonok esetében nincs szó közeltéri effektusról, ezért a mérési távolság kisebb jelentőséggel bír.

Tengelyen kívüli görbék (off-axis responses)

A tengelyen kívüli görbék bemutatják, hogy hogyan viselkedik az adott mikrofon a különböző irányokból érkező hangokkal szemben. Ez különösen érdekes, ha ki akarjuk deríteni, hogy egy irányított (pl vese) mikrofon hogyan fogja kizárni a nem pontosan tengelyből, közvetlenül a membránba érkező hangokat. Annak ellenére, hogy ezek a tengelyen kívüli görbék alacsonyabb érzékenységet mutatnak, fontos, hogy egyenletesek legyenek, máskülönben a tengelyen kívüli, visszaverődő hangok elszínezhetik a direkt hangot (off-axis coloration).

Example: 4011 Vese mikrofon, Tengelyen belüli és -kívüli frekvenciamenet görbék. A tengelyben (0°) lévő frekvenicamenet mérése 30cm-ről történt. A tengelyen kívüli frekvenciamenet görbék mérése messzebbről történt, referenciaként a tengelyből történő mérési eredmények szolgáltak.

Diffúz hangtérben mért frekvenciamenet (diffuse field response)

A diffúz hangtérben mért frekvenciamenet megmutatja, hogy egy gömbkarakterisztikájú mikrofon hogyan fog viselkedni egy nagyon visszhangos hangtérben. A diffúz hangtér egy olyan akusztikai környezet, amelyben a hangoknak nincs kifejezett iránya, minden irány ugyanolyan valószínűséggel fordulhat elő. A falakról, padlóról, plafonról, stb érkező visszaverődések ugyanolyan hangosak, vagy hangosabbak, mint a közvetlen hangforrás, ezáltal a tér minden pontján ugyanakkora hangnyomás mérhető. A diffúz hangtérben mért frekvenciamenet csillapítást fog mutatni a magasabb frekvenciatartományokban. Ez a jelenség részben a levegő hangelnyelő tulajdonságával magyarázható ezekben a frekvenciatartományokban, de az is közre játszhat, hogy nincs oldalról érkező túlnyomás a membránon, ezen kívül a mikrofon háza is betakarhat a hátulról érkező magas hangok terjedésébe.

Ref: IEC 60268 Sound System Equipment – Part 4: Microphones (2018)
clause 12.2: Effective frequency range

Érzékenység (sensitivity, free-field sensitivity)

A mikrofon érzékenysége megmutatja, hogy az eszköz mennyire jól képes a levegő nyomásának változásait elektromos feszültséggé alakítani.

Az érzékenység az egyik legfontosabb paraméter, mivel azt fejezi ki, hogy a mikrofon mekkora kimeneti feszültséget képes szolgáltatni, amikor egy egységnyi hangnyomás értéknek van kitéve.

Az akusztikailag semleges (free-field) érzékenység megmutatja, hogy mekkora feszültséget képes a mikrofon előállítani egy semleges hangtérben 1 Pascal (94 dB SPL-nek megfelelő) hangnyomással szemben.


Az akusztikaliag semleges tér (free-field) egy olyan hangtér, amelyben a hangnak csak egyetlen iránya van; a diffúz térrel szemben, amelyben a hang minden irányban terjed. A free-field érzékenységet tengelyben (on-axis) mérik.

Az érzékenységet így fejezzünk ki: xx mV per Pascal @ 1 kHz vagy yy dBV/Pascal @ 1 kHz. Ez tulajdonképpen ugyanaz a dolog kétféleképpen kifejezve – a különböző felhasználóknak különböző preferenciáik vannak.

Egy magas érzékenységű mikrofon magas kimeneti feszültséget szolgáltat, ezért kevesebb erősítésre lesz szükség (gain), mint egy másik modell esetében, amely esetleg kisebb érzékenységű. Azokban az alkalmazásokban, ahol kis hangnyomásra számítunk, nagy érzékenységű mikrofonokra van szükség, hogy alacsonyan tudjuk tartani az erősítésből adódó rendszerzajt. Olyan alkalmazásokban, ahol magas hangnyomásra lehet számítani, alacsonyabb érzékenységű mikrofonokkal jobb dolgozni.

A leírt érzékenység névleges érték, ami azt jelenti, hogy eltérések lehetségesek. Emiatt alapvető fontosságú, hogy ismertessük a tűréshatárokat. A DPA általában ±2 dB vagy ±3 dB tűréshatárral adja ki az érzékenységre vonatkozó specifikációkat, attól függően, hogy melyik mikrofon típusról van szó.

Példa: 2011 ikermembrános vese mikrofon, free-field érzékenység, névleges, ±2 dB: 10 mV/Pa; -40 dB re. 1 V/Pa. Tehát, a mikrofon érzékenysége 7.9 mV és 12.6 mV közötti értéken van, amikor 94 dB SPL hangnyomás éri.

Példa: A görbék a mikrofonok kimenetét ábrázolják a bemenethez képest, különböző SPL értékeknél. Az alacsonyabb piros görbe egy 1 mV/Pa érzékenységű mikrofon kimenetét mutatja, míg a fenti kék görbe egy 40 mV/Pa érzékenységű mikrofont ábrázol. Ezek a mikrofonok 124 dB SPL hangnyomásnál hozzávetőlegesen 31 mV, illetve 1,3 V kimeneti feszültséget adnak.

Ref: IEC 60268-4 Sound System Equipment – Part 4: Microphones (2018)

clause 11.2.1 Free-field sensitivity

Egyenlő zajszint (equivalent noise level)

Az egyenlő zajszint a mikrofon saját zaját mutatja meg vagy egy A-súlyozású (A-weighted) RMS skálán, vagy egy ITU-súlyozású (ITU-weighted) csúcs skálán (peak-level).

Az egyenlő zajszint (avagy a mikrofon saját zaja) azt az SPL értéket jelöli, amelynél a mikrofon ugyanakkora kimeneti feszültséget állít elő, mint a saját elektromos zaja. Minden mikrofon generál zajt a levegőrészecskék (Brown-féle) mozgásának köszönhetően, mivel ezek a mozgó molekulák kapcsolatba kerülnek a membránnal, amely ezáltal elektromos jelet produkál. Továbbá, a mikrofon elektromos alkatrészeinek saját zaja is befolyásolja ezt a specifikációt.

Az alacsony zajszint akkor kívánatos, ha alacsony hangnyomással dolgozunk, mert így a hasznos hang nem fog belesüppedni a mikrofon saját zajába. A saját zaj a mikrofon dinamikatartományának alsó határát is meghatározza.

A zajt kétféleképpen lehet meghatározni:

1. Az A-súlyozású RMS alapú mérés a fül érzékenységét modellezi, az alacsony frekvenciák kiszűrésével. Ezen a skálán jó eredménynek általában a 15 dB(A) alatti értékek számítanak.
2. Az ITU-R BS.468-4 szabvány másfajta súlyozást és csúcsdetektálást alkalmaz, ezért ezen a skálán a 25-30 dB alatti értékek számítanak jónak. Ez a mérési módszer nagyon alkalmas kondenzátor mikrofonok zajának összehasonlítására, mert azt is megmutatja, hogy van-e a mikrofonoknak pattogás-jellegű zaja (popcorn-noise).

A mikrofonok membránjának mérete és a saját zajuk nagysága között egyértelmű kapcsolat van. Egy nagyobb membrán általában alacsonyabb saját zajt eredményez. Ez a fizikai tény az oka annak, hogy a 4060 miniatűr gömbkarakterisztikájú mikrofonon, amely sokkal kisebb saját zajjal bír, mint a hasonló méretű társai, 23 dB(A) re 20 µPa egyenlő zajszint (equivalent noise level) értéket mérhetünk. Egy példa nagymembrános mikrofonra:

4041-SP gömbkarakterisztikájú szilárdtest mikrofon
Egyenlő zajszint A-súlyozású: Max. 7 dB(A) re. 20 µPa.
Egyenlő zajszint CCIR 468-1: Max. 19 dB.

Ref: IEC 60268-4 Sound System Equipment – Part 4: Microphones
clause 16: Equivalent sound pressure level due to inherent noise.

 

Torzítás, THD <1% (distortion)

Megmutatja a maximális SPL értéket (RMS és csúcs), amely alatt a teljes harmonikus torzítás (total harmonic distortion, THD) 1% alatt marad.

A mikrofonok nagyon fontos alkatrésze a membrán. Ha a kapszula kondenzátor, akkor a membrán egy hátlap előtt helyezkedik el. A kettő közötti távolság 20-50 µm között mozog. Amikor a mikrofon magas hangnyomású környezetbe kerül, a membránnak egyértelműen végessé válik a mozgástere, legalábbis a hátlap irányába mindenképpen. Hasonlóképpen, a membrán anyagának nyúlása, rugalmassága sem végtelen. Ezek a behatároló faktorok amplitúdó nonlinearitást, másnéven torzítást okoznak.

A membrán és a hátlap mellett egy kondenzátor mikrofonnak szüksége van egy elektromos átalakításra is, amely a kapszula magas impedanciáját egy relatíve alacsony impedanciává konvertálja, hogy a jel hosszabb kábelutakon se vesszen el. Ezeknek az elektromos alkatrészeknek a felépítése is lehet forrása bármilyen aszimmetrikus működésnek, amely torzításhoz vezethet. (A DPA által fejlesztett CORE technológia egy sikeres próbálkozás ennek a jelenségnek a javítására.)

Bár a gyártók folyamatosan igyekeznek fejleszteni a mikrofonjaikat, mindig lesznek faktorok, amik behatárolják a mikrofonrendszerek működését, és amelyek végül torzításhoz vezethetnek.

A torzítás egyik formája a túlvezérlés. Amikor a hullámforma tiszta színuszosról valamilyen lapos tetejű görbévé (idő tartomány) változik, harmonikusok jelennek meg a spektrumban (frekvenciatartomány).Ezeknek a nemkívánatos hangfrekvenciás komponenseknek a bemeneti jelhez viszonyított arányát fejezi ki a harmonikus torzítás értéke.

A DPA-nál mi azt az SPL értéket adjuk meg, amikor a THD még éppen nem éri el az 1%-ot. Ezt az értéket azért is érdemes megismerni, mert ennek alapján lehet kiszámítani a mikrofon teljes dinamika tartományát. A dinamika tartomány a THD 1%-os értékénél mért RMS érték és az egyenlő saját zaj (equivalent noise level, RMS, A-súlyozású) különbsége. Továbbá, a kapcsolódó csúcsérték is megmérésre kerül és hozzá van adva a specifikációkhoz.

A DPA egy frekvencián méri a THD-t. A kiválasztott frekvencia a mikrofon típusától függ (gömbkarakterisztikájú vagy irányított).

Hogy miért csak egy frekvencián kerül megmérésre a THD? Ennek gyakorlati oka van. Nehéz olyan hangforrást találni, amely (például) 160 dB SPL-t torzítás nélkül tud sugározni, főleg, ha ezt a hangnyomást a teljes spektrumban le kell tudnia közölni.

A DPA-nál, a gömbkarakterisztikájú mikrofonokat egy B&K 4221 magasnyomású mikrofonkalibrátorral, az irányított mikrofonokat pedig egy speciális, a DPA által tervezett akuszikus cső segítségével mérjük.

Különböző gyártmányú mikrofonok esetében bizonyosodjunk meg róla, hogy a THD mérési adatai a teljes mikrofonra vonatkoznak (kapszula + előerősítő), mert sok gyártó csak az előerősítő THD adatait közli. Az előerősítő általában sokkal kevésbé torzít, mint a kapszula, ezáltal a specifikációban szereplő, a dinamika tartományra vonatkozó érték akár sokkal magasabb is lehet, mint ami ténylegesen rendelkezésre áll.

Alacsony jelszinteknél a torzítás értékének mindig 1 % alatt kell lennie. Az SPL érték növelésével együtt növekszik a torzítás is. Ezért a közölt érték az a maximális SPL (RMS és csúcs) amikor a THD még nem lépi túl az 1 %-ot.

Ref: IEC 60268-4 Sound System Equipment – Part 4: Microphones
clause 14.2: Total harmonic distortion

Max SPL, THD 10%

A mikrofonok viselkedése extrém magas hangnyomás esetén.

Ezt a paramétert gyakran túlvezérléses SPL (Overload SPL)-nek is nevezik. Sok esetben, felvétel készítéskor érdemes tudni, hogy mi a legnagyobb hangnyomás érték (SPL), amit a mikrofon kezelni képes, és hogy ilyenkor mekkora névleges kimeneti feszültséget várhatunk az eszköztől. Fontos megjegyezni, hogy a legtöbb esetben a zenefelvételek alkalmával az SPL maximális csúcsértéke (peak) akár több mint 20 dB-lel is meghaladhatja az RMS értéket. Az RMS érték egyfajta átlagolt SPL értéket jelöl, nem a tényleges csúcsértékeket.

Általános felhasználás során hasznos ismerni azt az SPL értéket, amelynél a THD 0,5 vagy 1%-os értéket mutat, mert ez a pont, ahol a torzítás elkezd hallhatóvá válni.

Egy köralakú membrán torzítása 6 dB-es bemeneti jelszint emelkedésnél általában megduplázódik, tehát ezzel a képlettel a többi THD érték is jól kiszámítható.

Mindazonáltal, a DPA a mikrofonok maximális SPL csúcsértékét közli. A max SPL definíció szerint az az érték, amikor a kimenet THD-ja eléri a 10 %-ot. A mérés egyetlen frekvencián, a kapszulán és az előerősítőn együtt (a teljes mikrofonon) történik.

Ez a specifikáció jelzi, hogy a mikrofon a THD 1 %-os értékének elérése után még jóval magasabb jelszint leadására képes. Ez az információ nem utolsó sorban akkor is fontos lehet, ha egy adott vezetéknélküli rendszer bemeneti érzékenységéhez igyekszünk illeszteni a mikrofonunkat.
(Megjegyzés: Néhány gyártó azt a maximális SPL értéket közli, aminél a mikrofon még nem megy tönkre! Ez a mérési adat semmilyen praktikus információval nem szolgál, hacsak nem az űrjármű iparban dolgozunk.)

Ref: IEC 60268-4 Sound System Equipment – Part 4: Microphones
clause 15.2: Overload sound pressure

Névleges impedancia (rated impedance)

Kimeneti impedanica, ahogy a gyártó közli.

Egy professzionális mikrofon kimeneti impedanciájának alacsonyabbnak kell lennie, mint az előerősítő bemeneti impedanciája, általában 1/10 olyan alacsonynak.

A kondenzátor mikrofonok impedanciáját alapvetően ellenállások határozzák meg. Ezáltal, ezeknek a mikrofonoknak állandó az impedanciája a teljes frekvenciatartományban (a dinamikus mikrofonokkal ellentétben, ahol a tekercs/mágnes/felfüggesztés befolyásolni képes azt, ezért kevésbé állandó az impedancia a hangfrekvencia tekintetében). A nonlineáris impedancia néhány esetben hatással lehet a mikrofon frekvenciamenetére is. Az ok, amiért ezt a specifikációt névleges impedanciának hívjuk az, hogy a gyártók szabadságot élveznek, hogy annak hívják, ami szerintük a legjobban leírja a mikrofon általános impedancia értékét.

A DPA mikrofonok impedanciája állandó a frekvenciamenetre nézve.

Ref: IEC 60268-4 Sound System Equipment – Part 4: Microphones
clause 10.2: Rated impedance
 

Minimális terhelési impedancia (minimum load impedance)

A külső előerősítő minimális bemeneti impedanciája.

Egy teljes kondenzátor mikrofonban van egy kapszula és egy belső előerősítő. Amikor a mikrofon a külvilághoz csatlakozik, egy külső előerősítő kerül a rendszerbe. A mikrofonnak képesnek kell lennie arra, hogy elegendő feszültséget szolgáltasson a külső előerősítő számára. Csakhogy ha túl nagy a terhelés (túl kicsi bemeneti impedancia), jó eséllyel csökkenni fog a mikrofon kimeneti jelszintje.

Ezért érdemes tudni a minimális terhelési impedanciát, amit a mikrofon még jelveszteség nélkül kezelni tud.

(Esetenként – természetesen csak vészhelyzetben – előfordulhat, hogy egy mikrofont két bemenetre kell csatlakoztatni egy passzív osztó kábellel (Y kábel). Ebben az esetben a terhelési impedancia alacsonyabb lesz, mint a két előerősítő közül az alacsonyabbik bemeneti impedancia érték!)

Ref: IEC 60268-4 Sound System Equipment – Part 4: Microphones
clause 10.3: Rated minimum permitted load impedance

Kábelhossz (cable drive capability)

A túl hosszú kábelutak ronthatják a jelet. A veszteség először általában a magas frekvenciáknál fog jelentkezni (a kábel aluláteresztő szűrőként fog működni). Az ilyen helyzetek elkerülése érdekében a DPA közli a legnagyobb kábelhosszt, amin még biztosan nem fog jelentkezni számottevő veszteség.

DPA mikrofonok esetében ez az érték általában 100m (328 ft).

Ennek az információnak a közlését egyik szabvány sem írja elő.

 

A szimmetrikus kimenet alapelve (output balance principle)

A mikrofonszintű jelek gyengébbek a vonal szintű jeleknél, méghozzá körülbelül 100-szor gyengébbek. Ezzel együtt a mikrofonokat sokszor mégis hosszú kábelekkel használjuk. Tehát, annak érdekében, hogy minimalizálhassuk a mikrofonkábeleken esetlegesen indukálódó zajok mennyiségét, nagyon fontos, hogy szimmetrikus (balanced) jelvezetéssel dolgozzunk.

A legtöbb mikrofontípus esetében (vagy inkább a legtöbb mikrofon kimeneti erősítőjében) a DPA egy úgynevezett „Active Drive” elvet alkalmaz. Az Active Drive szimmetrikus impedanciát jelent (ugyanaz az impedancia érték mérhető a föld és a 2-es, illetve a föld és a 3-as csatlakozóláb között). Ezzel nagyon nagy mértékben csökken az indukált elektromos zaj mennyisége. (Lásd CMRR).

Amíg az impedancia szimmetrikus, a jel nem az. A jel kizárólag a 2-es lábon jelenik meg, a 3-as láb néma. Ennek a megoldásnak az előnye egy letisztult áramköri megoldásokkal készült erősítő, amely elegendő kimeneti jelszintet képes produkálni.

Ref: IEC 60268-4 Sound System Equipment – Part 4: Microphones
clause 16.1: Balance of the microphone output

CMRR

A CMRR mozaikszó jelentése Common Mode Rejection Ratio (néha Common Mode Range Rejection), magyarul Közös Módú Jelelnyomás. Ez a mérőszám a szimmetrikus impedancia hatékonyságát mutatja be. Ez a specifikáció jelzi, hogy a mikrofon mennyire képes elnyomni azokat az elektromos zajokat, amelyek főként a mikrofon és az előerősítő közötti kábeleken indukálódnak.

A CMRR értékét az 50 Hz és 20kHz közötti frekvenciatartományban mérik.

Rejtett specifikációk

A fent említettnél jóval több specifikáció létezik. A DPA-nál mi sokkal több paramétert vizsgálunk: szél, puffogás, pára, EMC, csak hogy néhányat említsünk. Ebben a listában ezek nem kerülnek említésre. Ugyanakkor a jövőben lehet, hogy a felhasználók egyre több sorral találkozhatnak majd a specifikációk olvasásakor (annak ellenére, hogy valószínűleg már most azt gondolják, hogy több információ elérhető, mint amennyire szükség van). A DPA igyekszik a lehető legtöbb hasznos információval szolgálni a felhasználók számára.

What you cannot determine from specifications

Míg a mikrofon specifikációk képesek jó és érthető képet adni az eszköz elektro-akusztikai teljesítményéről, nem tudnak teljes képet szolgáltatni arról, hogy hogy szól a mikrofon. A specifikációk részletesen közlik az objektív adatokat, de nem képesek helyettesíteni a felhasználó szubjektív megítélését, tapasztalatát. Például, a frekvenciamenet megmutatja, hogy a mikrofon mennyire hűen tudja reprodukálni a bejövő szinuszos frekvenciákat, de semmilyen információval nem szolgál arról, hogy mennyire részletes, mennyire természetes lesz a végeredmény.

Konklúzió

A mikrofon specifikációk nem tudják elmesélni a teljes történetet a mikrofon minőségére vonatkozólag. A szubjektív tapasztalatokat semmi sem helyettesítheti. Bár a mikrofon specifikációk általában nem teljesen kompatibilisek a különböző gyártók között, ha tisztességesen kiértékeljük őket, sok hasznos, értékes, objektív információval tudnak szolgálni, és segítséget tudnak nyújtani a megfelelő mikrofon kiválasztásában.