Dr.Godfried-Willem RAES

Kursus Akoestiek -- : Boekdeel 4b: Audiotechnologie

AUGENT - Hogeschool Gent : Departement Muziek

4510:

MIKROFOONS

Definitie :

Een mikrofoon is een toestel waarmee we akoestische geluidsdrukvariaties kunnen omzetten in een analoog verlopend elektrisch signaal.

Theoretische analyse:

Alle mikrofoons moet men beschouwen als bestaande uit twee delen, die echter steeds tesamen aanwezig zijn:

1.: Membraan : een uiterst licht diafragma dat zo in een frame is bevestigd dat het de bewegingen van de geluidsdrukgolf volgt. Dit diafragma kan zowel rond als bandvormig zijn.

2.: Een elektrisch systeem dat onder invloed van de bewegingen van voornoemd diafragma, elektrische spanningen opwekt of een elektrische gelijkspanning moduleert.

Het membraan fungeert als een soort resonator, met dien verstande echter dat het zoveel mogelijk de ontvangen geluidsgolf in zijn beweging dient te volgen en daarbij zomin mogelijk van zijn eigen door konstruktie en materiaal bepaalde resonantievoorkeuren mag vertonen. Vergeten we niet dat een aan de rand ingeklemd membraan akoestisch gezien eigenlijk een trommel is, terwijl het bandje van een bandmikrofoon zich dan weer eerder gedraagt als een snaar... Het membraan dient bovendien ook uiterst snel te reageren op veranderingen in de geluidsdruk. Op grond van deze laatste vereiste ligt het voor de hand de eigen massa van het membraan zo klein mogelijk te kiezen. Immers hoe kleiner de massa hoe kleiner de inertie ( traagheid). Anderzijds hebben we er echter belang bij het oppervlak van het membraan zo groot mogelijk te kiezen, teneinde zoveel mogelijk van de geluidsdrukgolf te kunnen omzetten. Het is duidelijk dat we hier te maken hebben met totaal tegengestelde vereisten , wat ons dan ook tot een kompromis noopt. Inzake de grootte (meestal de diameter) van het membraan worden de maximale afmetingen beperkt door de golflengte van de hoogste toon waarop het membraan nog dient te reageren.

De golflengte van een toon van 20.000 Hz is 17mm, wat inhoudt dat een mikrofoon die ook deze toon nog goed wil kunnen omzetten zeker niet van een membraan groter dan 17mm gebruik zal mogen maken. In de praktijk worden voor de membraandiameter waarden genomen varierend tussen 4cm en 6mm, al naargelang toepassingsgebied en konstruktiewijze.

Het elektrisch systeem kan op heel diverse principes uit de elektrotechniek berusten. Algemene eisen die er evenwel dienen aan te worden gesteld zijn :

Nota: Het is teoretisch -en zelf uitgevoerde praktische proeven hebben aangetoond dat het ook werkt- mogelijk de trillende lucht zelf als membraan te gebruiken. Daartoe kunnen we tussen twee met een ionenbron verrijkte punten (zelf gebruikten we wolfram-thorium elektroden) met een stroombron een elektrische boog trekken (bvb. met een sinusvormige wisselspanning van ca. 15kV bij een frekwentie hoger dan het dubbele van de hoogste te detekteren audiofrekwentie. De spanning over de boog zal nu gemoduleerd zijn met die van de geluidstrillingen in de lucht. Met een AM detektor kan het audiosignaal worden verkregen. Met gelijkspanning werkt het ook, maar dan krijgen we een assymmetrische sleet (inbranding) op onze elektroden.

Elektrische principes die in de praktijk voor de bouw van mikrofoons worden toegepast zijn :

1. Resistieve :

Korreltjes koolstof worden achter het membraan aangebracht. De overgangsweerstand zal een funktie zijn van de indrukking van het membraan. Dit type mikrofoon , de koolmikrofoon, werd vroeger veel toegepast in telefoons. Historisch is het tevens ook het oudste type mikrofoon (19e eeuw!)

Voordelen :

Nadelen :

2.Elektromagnetische:

Een stalen (of uit een ander ferromagnetisch materiaal vervaardigd) membraan wordt op zeer korte afstand van een spoel, gewikkeld op een permanente magneet, vastgemaakt. De bewegingen van het membraan zullen in de spoel een elektrische spanning opwekken.

Voordelen:

Nadelen :

3.Elektrodynamisch

Hier wordt op een uit heel lichte kunststof vervaardigd membraan (mylar bvb.) een licht en beweeglijk spoeltje bevestigd dat binnen het veld van een permanente magneet kan bewegen. Het is te beschouwen als een omgekeerd werkende kleine luidspreker. De spanning wordt vanuit het spoeltje opgewekt.

Voordelen :

Nadelen :

4.Bandmikrofoon of Membraan-spoel mikrofoon:

Dit is eigenlijk elektrisch hetzelfde principe als 3. , maar er wordt hier helemaal geen afzonderlijk membraan gebruikt. Integendeel wordt hier een spoel bestaande uit 1 enkele wikkeling vervaardigd uit uiterst dun geleidend bandvormig materiaal tussen de polen van een zeer sterke magneet opgehangen. Het bandje is dus resonator en elektrische spoel tegelijkertijd.

Voordelen:

Nadelen :

5.Piezoelektrische omzetters

Hierbij wordt het membraan centraal vast verbonden met een stukje keramisch materiaal met piezoelektrische eigenschappen. In het kristal ontstaan elektrische spanningen.

Voordelen :

Nadelen :

6.Capacitieve omzetters

Hierbij wordt het kunststof membraan door opdamping van goud of aluminium elektrisch geleidend gemaakt en evenwijdig aangebracht tegenover een vaste geperforeerde metalen plaat. Tussen membraan en plaat wordt een hoge gelijkspanning aangebracht zodat een geladen kondensator ontstaat. Wanneer het membraan trilt zal de lading van die kondensator mee varieren en een varierende elektrische spanning doen ontstaan gesuperponeerd op de gelijkspanning.

Voordelen:

Nadelen :

Een vooral door het Duitse Sennheiser ontwikkelde variant op dit principe maakt gebruik van FM modulatie: de kondensator die gevormd wordt door de mikrofoonkapsule, wordt opgenomen in het frekwentiebepalend netwerk van een HF oscillator. Het door het geluid gemoduleerde HF signaal wordt dan gedemoduleerd in een klassieke FM detektor en zo als audio naar buiten gebracht. Het voordeel van dit systeem is dat we de extreem hoge impedanties van de kondensatorkapsule kunnen vermijden. Het nadeel is dat er meer ruis wordt gegenereerd in de nodige dekoder schakelingen.

7. Elektret-principe

Dit omzettingsprincipe is fundamenteel niet verschillend van het voorgaande, omdat het ook om een kondensator gaat. Het verschil zit er hem in dat hier, door gebruikmaking van heel moderne plastic-films , een elektrische gelijkspanning van ca. 100V permanent in de film waaruit het membraan is gemaakt werd 'ingebakken'. Hierdoor wordt het membraan echter in vergelijking met voorgaand type een heel stuk dikker, en dus minder elastisch. Wanneer in de behuizing zijwaartse gaten worden gemaakt, hebben we een direktionele uitvoering, zoniet is de karakteristiek omnidirektioneel.

Voordelen :

Nadelen :

Akoestische principes waarop mikrofoonontwerpen berusten

Naast de elektrotechnische grondslag op grond waarvan mikrofoons onderling kunnen verschillen, zijn er nog andere mechanisch-akoestische eigenschappen die er de karakteristieken van zullen bepalen. Deze eigenschappen hebben te maken met de mechanische opbouw en akoestische beschouwingen in verband met de werking van mikrofoons en zijn op zich volkomen onafhankelijk van de elektrotechnische grondslag waarop de mikrofoons kunnen berusten. Richtingsgevoeligheid , fasegedrag ,bepaalde ingrepen op de frekwentieweergave , zijn allemaal eigenschappen die langs mechanisch-akoestische weg grotendeels kunnen worden bepaald.

RICHTINGSGEVOELIGHEID

Inderdaad kan een mikrofoon onafhankelijk van zijn elektrische werking zowel 'omnidirektioneel' als 'direktioneel' worden gebouwd. Dit berust op volgend principe :

Omnidirektionele konstruktie : drukgolfontvanger

_{Figuur 1 :}

_{Konstruktie van een omnidirectionele mikrofoon (Druk-omzetter)}

Onderstel een rond doosje dat langs een kant met een membraan is afgesloten. In het doosje bevindt zich dan een hoeveelheid lucht. De luchtdruk in het doosje is dezelfde dan die daarbuiten.

Wanneer nu een geluidsgolf het membraan doet trillen, dan zal dit een drukverandering van de ingesloten lucht met zich brengen. Om deze reden noemen we een op die wijze opgebouwde mikrofoon een DRUK-ontvanger. Dat de ontstane drukveranderingen onafhankelijk zijn van de richting vanwaaruit het geluid het membraan treft is duidelijk. We spreken dan ook van een omnidirektionele mikrofoon. Het enige aspekt wat hier een zekere niet-rondomgevoeligheid met zich brengt , is de akoestische schaduw die door de mikrofoon zelf wordt gevormd. Hoe groter de mikrofoon , hoe groter ook die schaduw zal zijn.

_{Figuur 2:}

_{Pooldiagram voor een omnidirectionele mikrofoon. Let op de grotere richtingsgevoeligheid bij stijgende frekwentie}

Bi-Directionele konstruktie:drukgradientomzetter.

Wanneer we daareentegen het membraan zo konstrueren dat het langs beide zijden door de geluidsgolven kan worden getroffen, dan verkrijgen we een uitgesproken richtingsgevoeligheid in de vorm van een 8. Inderdaad, geluid dat dit membraan zijdelings treft zal elkaar volkomen opheffende krachten op het membraan uitoefenen. Geluid dat echter loodrecht op het membraan terecht komt , komt meer langs een zijde op het membraan dan langs de andere , waardoor in die situatie ook de maximale gevoeligheid wordt bekomen.

Door langs mechanische weg een akoestische schaduw te scheppen, kan de karakteristiek van bi-direktioneel in direktioneel worden gewijzigd

_{Figuur 3:}

_{Typisch pooldiagram voor een drukgradientontvanger, waarbij dus de geluidsgolf het membraan aan beide zijden kan bereiken:}

_{Figuur 4}

_{Door kombinatie van beide bouwwijzen, soms door twee membranen toe te passen , kan zowat alle tussen omnidirectioneel en bidirectioneel worden gemaakt, zoals blijkt uit bovenstaand pooldiagram voor een cardioide karakteristiek (niervorm).}

Faze-koherente ontvanger

Wanneer we een omnidirektioneel mikrofoontype evenwijdig met het membraan bevestigen op een uiterst kleine ( 1 a 2 mm) afstand van een glad akoestisch oppervlak, dan zal het zo ontstane mikrofoonsysteem nog uitsluitend reflekties van geluidsdrukgolven kunnen ontvangen. Direct geluid kan immers het mikrofoonmembraan niet langer bereiken. De filosofie achter dit type mikrofoon is, dat hij een signaal oplevert dat op maximale wijze fazekoherent is. We treffen het meestal aan in de handel onder de naam PZM (Pressure Zone Microphone) of Boundaryeffectmicrophone-type. Het type wordt (of werd?) in amateuruitvoering o.m. gemaakt door Tandy, terwijl professionele uitvoeringen gemaakt worden door Crown , Schoeps, Neumann e.a.

De gevoeligheid is normaal gezien omnidirectioneel , in de vorm van een halve bol. Een bijzonder groot voordeel van dit type mikrofoon is dat hij uiterst diskreet kan worden geplaatst.

Parabool-ontvangers

Wanneer geluiden op grote afstand dienen te worden opgevangen, kan men overwegen een direktionele mikrofoon aan te brengen in het brandpunt van een akoestisch reflekterende parabool. Wil men echter ook lage tonen direktioneel kunnen opvangen dan zal de diameter van de parabool minstens even groot dienen te zijn dan de golflengte van het laagste nog te ontvangen geluid ! Zouden we zo'n mikrofoon willen gebruiken voor een orkestopname , dan zou de parabool dus minstens 15 meter diameter moeten hebben ! Het spreekt nogal vanzelf dat dit de gebruiksmogelijkheden ernstig beperkt... Bij geluidsjagers (vogelgeluiden in de vrije natuur enz.) is dit type mikrofoon erg populair.

Shotgun-Mikrofoon

Voor het membraan van een omnidirectionele mikrofoon wordt een buisvormige akoestische lens aangebracht voorzien van ingezaagde sleuven op de nodale punten. Frontaal geluid zal rechtstreeks het membraan bereiken , terwijl zijdelings invallend geluid een veel langere weg zal dienen af te leggen en dus met het frontale geluid niet meer in faze het membraan bereiken.

Akoestische lenzen

Hierbij wordt een reeks mikrofoons voorzien van onderling verschillend gestemde resonantiebuizen gebundeld. Voor muzikale toepassingen kan zo'n stelsel echter niet worden gebruikt. De toepassingen liggen op het terrein van het militaire, de spionage en de natuuropnames.

Mikrofoonkarakteristieken , hun interpretatie en belang

1. Gevoeligheid

De gevoeligheid van een mikrofoon wordt uitgedrukt als de waarde van de elektrische spanning die hij voorbrengt, gegeven een bepaalde geluidsdruk en frekwentie. De elektrische spanning wordt bijna steeds opgegeven als gemeten aan een onbelaste mikrofoon.

De meest gehanteerde uitdrukkingsvorm hier is alsvolgt :

( voorbeelden ontleend aan datasheets )

vb.: Beyer M400 2,0 mV/ Pa = -54dBV

bij 1 kHz . ( ref.:OdB=1V/Pa)

Beyer MCE5 14 mV/Pa = -37dBV

vb.: Schoeps CMC5 12 mV/ Pa

vb.: Sanken CMS6 5.6 mV/Pa

vb.: AKG C414 EB 6 mV/Pa

Weze opgemerkt dat 10 mV/Pa = 1 mV/µB (microBar). Beide eenheden worden nogal eens dooreen gebruikt.

In vele technische specifikaties treffen we echter meer obscure omschrijvingen aan, en moeten we dan ook omrekenen om te kunnen vergelijken (dit is natuurlijk wat de fabrikant vaak opzettelijk poogt te bemoeilijken ) :

vb.: Tandy PZM -75 dB (0dB=1V/microBar, 1kHz)

Om te rekenen alsvolgt:

- 75dB = 20 * log X/1

= 20 * log X

dus log X= - 75/20 =3.75

en x=0.177 mV/microBar

= 1,7mV/ Pa

vb.: TECT UEM-83R -60 dB (0dB=1V/microbar, 1kHz)

-60db tegenover 1V als 0dB ref. is

duizend maal zwakker van 1 V, dus is deze gevoeligheid = 1 mV/microBar

= 10 mV/Pa

vb.: Sanken 0.7mV for 74dB _SPL

wanneer we de geluidsdruk die hier wordt opgegeven met 20dB vergroten (=10maal hoger ) om tot de standaard geluidsdruk van 94dB_{spl te komen, dan wordt de signaalafgifte ook 0.7mV * 10= 7mV. Nu pas kunnen we vergelijken.}

_{vb.: Crown PCC-160 -53 dBV (0dB=1V/microbar, 1kHz)}

_{-53 dBV output for 74 dB}spl_input

_{Hier kunnen we eveneens met 20dB verhogen en stellen dat de specs overeenkomen met :}

_{-33 dBV ouput bij 94 dB input}

_{De omrekening van -33dBV naar spanning , gegeven de referentie 1V=0dB is eenvoudig in te schatten, wetende dat 20dB overeenkomt met een decade, en 6dB met een halvering. -20dBV=100mV}

_{-26dBV= 50mV}

_-32dBV=25mV

_{De spanningsafgifte van dit type mikrofoon is dan ook iets minder dan 25 mV bij 94dB spl.}

_{Precies berekenen kan natuurlijk ook steeds :}

_{-33dB=20*log(X/1)= 20* log(X)}

_{log(X)=-33/20 = 22 mV , dus}

_{22 mV bij 94dB spl}

_{Het zal duidelijk zijn dat het hebben van een grote gevoeligheid een positieve eigenschap is voor een mikrofoon. Echter opgepast ! We moeten deze gevoeligheid steeds afmeten tegenover de eigenruis van de betreffende mikrofoon. Zo pas immers krijgen we enig inzicht in het dynamisch bereik van het toestel.}

_{Wanneer dit cijfer bij een mikrofoon niet wordt opgegeven , kan je er zeker van op aan dat het heel slecht is ! De fabrikant zwijgt er dan liever over ...}

_{2.Signaal/Ruisverhouding:}

_{Opnieuw gaan we een aantal specifikaties van diverse fabrikantren bekijken:}

_{vb.:Crown PCC-160 S/N ratio : 72 dB at 94dB SPL}

_{Dit moeten we interpreteren alsvolgt:}

_{Deze mikrofoon geeft een achtergrondruisspanning af die 72dB lager ligt dan de spanning die deze mikrofoon afgeeft wanneer bij een geluidsdruk ontvangt van 94 dB SPL. We berekenden voor deze mikrofoon hiervoor reeds dat hij bij 94dB SPL een signaal afgeeft van 22mV. Nu is 72dB minder ,hetzelfde als deze waarde gedeeld door 4000 . Immers}

_{-60 dB= gedeeld door 1000}

_{-12 dB= -6dB + -6dB = 2X gedeeld door 2 = gedeeld door 4}

_{:1000*4 = :4000}

_{De eigenruis van deze mikro is dus een spanning van :}

_{22mV/4000 = 5,59 µV (microVolt)}

_{In dB uitgedrukt kan je ook zeggen dat het eigenruisnivoo ,ligt op 94dB - 72dB= 12dB SPL.}

_{De dinamiek van deze mikrofoon is het verschil tussen het stilste geluid dat hij kan omzetten (= het eigen ruisnivoo) en het luidste geluid dat hij nog kan verwerken zonder al teveel te gaan vervormen, te clippen of stuk te gaan. Dit gegeven wordt bijna uitsluitend voor goede kondensatormikrofoons opgegeven, omdat deze inderdaad een soms relevante bovengrens hebben . Voor dit type vinden we in de specs :}

_{Maximum SPL for 3% THD:}

_{120 dB SPL}

_{120 dB - 12dB = 108dB.}

_{Om een konkrete indruk te geven van wat dat betekent , rekenen we het even om naar verhoudingen :}

_{120 dB= 1.000.000 x}

_{12 dB minder is viermaal minder, dus:}

_{dinamiek : 1 / 250.000 , dit dus is de verhouding tussen het stilste en het luidste geluid dat deze mikrofoon kan verwerken. Noteer overigens dat dit een hele goede (en ook dure...) mikrofoon is !}

_{vb.:TECT UEM-83R S/N ratio 40 dB or more}

_{Het ruisnivoo ligt hier dus een faktor 100 onder het signaalnivoo .}

_{Het afgegeven signaal bij 94dB spl zoals we hiervoor berekenden was : 10mV/Pa.}

_{Het ruissignaal in volt is dan ook een flinke 100 µV groot. Dit is niet minder 18 maal slechter dan het Crown type dat we hiervoor narekenden. Het dinamisch bereik, in dBspl voor deze mikrofoon begint dan ook pas aan 94dB-40dB= 54dBspl.}

_{Deze mikrofoon (een electret shotgun-unidirectioneel type) kost evenwel slechts 30 Euro.}

_{vb.: AKG D330 BT gevoeligheid 1,2mV/Pa}

_{maximale geluidsdruk: 50Pa=128dBspl}

_{Deze mikrofoon is een elektrodinamisch type, waarvoor veelal geen waarden voor de S/N verhouding worden opgegeven. Dit omdat de mikrofoon geen 'aktieve' komponenten bevat en de eigenruis hoofdzakelijk wordt bepaald door de thermische ruis in de wikkelingen van de spreekspoel. Deze ruis valt niet te reduceren en is een gevolg van de thermische agitatie van de molekulen in de geleiders. Hij wordt bepaald door de konstante van Boltzmann in volgende formule :}

_{Ruisspanning opgewekt in een weerstand ( Ur):}

_waarin:

_{k= konstante van Boltzmann=1.38.10^-23}

_{T= absolute temperatuur in graad kelvin}

_{B= bandbreedte in Hz}

_{R= weerstand in Ohm}

_{Wanneer we dit uitrekenen voor een ideale weerstand van 200 Ohm , dan levert dit ons een ruisspanning van -129,7 dBV, of in volt 0.33µV.}

_{Voor dit type mikrofoon geeft de fabrikant een bronimpedantie (inwendige weerstand) op van 370 Ohm. Dit vertegenwoordigd een ruisspanning van :0.36µV , wat overeenkomt met een spanning die zou worden opgewekt door een geluid van 0.3 milliPascal. Dit is ongeveer 24 dB spl.}

_{Merk op dat de spanningsafgifte bij gelijke geluidsdruk van deze mikrofoon ca. 20 maal lager is dan die van het Crown-type ( en van elke professionele kondensatormikrofoon in het algemeen overigens) . Dit type mikrofoon heeft dan ook een eigenruis die we om te kunnen vergelijken eerst moeten vermenigvuldigen met eenzelfde faktor! Inderdaad 0.36µV x 20 = 7,2µV, wat toch een stuk hoger ligt dan de ruisspanning van het Crown-type. In werkelijkheid is de ruissituatie van dynamische mikrofoons bijna steeds slechter dan die van goede kondensatormikrofoons, omdat door het zeer zwakke - zij het ruisvrije - signaal dat deze laatste afgeven, zeer zware eisen worden gesteld aan de ingangsversterkers van de verdere apparatuur. Het is precies omdat de ruisbijdrage van deze schakels steeds groter is dan die van de mikrofoon zelf , dat de fabrikanten de ruiswaarden voor dergelijke mikrofoons meestal in het geheel niet opgeven.}

_{Het voor de hand liggend praktisch besluit uit voorgaande technische analyse moet dan ook zijn , dat naarmate de muziek die we willen opnemen of versterken zachter is , de eigenruis van de mikrofoon evenals zijn gevoeligheid ook groter zal moeten zijn. Omgekeerd, wanneer het gaat om heel luide instrumenten of muziek, heeft zoiets helemaal geen zin , en kunnen we met gerust gemoed met dynamische mikrofoons volstaan. Deze laatste zijn dan ook in de pop-en rockmuziek bijzonder populair.}

_{3.: Frekwentieweergave en karakteristiek}

_{Hoewel dit wiskundig gezien veel eenvoudiger gebied is, is verdonkeremaning van, en obskurantisme in de technische gegevens door de fabrikanten , hier schering en inslag.}

_{De frekwentieweergave vindt je in het slechtste geval uitgedrukt als bvb. :}

_{Tandy 'Stereo Electret' 30 - 15000 Hz}

_{Dit nu zegt helemaal niets ! Het gaat er immers niet over of een toon van 15000 Hz al dan niet nog een elektrisch uitgangssignaal in de mikrofoon voor gevolg heeft, maar wel hoe sterk dat signaal nog wordt weergegeven in vergelijking met de andere frekwenties.}

_{Dit nu kan alleen in de vorm van een grafiek optimaal worden weergegeven.}

_{een opgave zoals :}

_{TECT UEM-83R 50 Hz- 6000 Hz (-2dB)}

_{Zegt al veel meer , omdat hier tenminste de relatieve sterkte van de uiterste frekwenties wordt aangegeven .}

_{De enige valabele weergave wordt gevormd door een grafiek waarop op de horizontale as, logaritmisch, de frekwentie van minstens 20 Hz tot 25 kHz wordt uitgezet, terwijl we vertikaal een geijkte decibel-schaal moeten te zien krijgen met verdelingen die hoogstens 1 dB groot mogen zijn . Immers nemen we deze verdelingen groter, dan vervlakt dit onze kurve en wordt die automatisch als recht voorgesteld. Het is de rechtheid en de geleidelijkheid van het verloop van deze kurve die ons toelaat de mikrofoon in kwestie op zijn merites en deficienties te beoordelen.}

_{Een mikrofoon met een grillig verlopende kurve lopend van 20 Hz tot 20 kHz is heel beslist een stuk slechter dan een die een geleidelijk verlopende kurve heeft van 60 Hz tot 12 kHz.}

_{Dikwijls zien we ook op dezelfde grafiek een tweede kurve afgebeeld , wat dan slaat op de weergave van de mikrofoon van geluiden die vanuit een andere hoek dan frontaal het membraan bereiken.}

_{.4: Polair diagram}

_{Dit is wat men in goed nederlands een poolgrafiek noemt. Deze cirkelvormige grafiek stelt in de vorm van enkele gesloten kurves, de ruimtelijke gevoeligheid van de mikrofoon voor. Men stelle zich de mikrofoon voor als zich bevindende in het centrum van de getekende cirkel. De kurve wordt dan gevormd door al die punten waarop het geluid met een gelijke sterkte wordt ontvangen. Voor een ideale omnidirektionele mikrofoon zou dit dus zoveel mogelijk een cirkel moeten zijn, voor een uni-direktionele , een kogelvorm. Overigens is zo'n poolgrafiek nogal afhankelijk van de frekwentie waarbij ze wordt opgesteld. De standaard is dat minstens de grafiek bij 1000 Hz moet worden opgegeven. De richtingsgevoeligheid van mikrofoons neemt altijd toe met de frekwentie.}

_{.5:Elektrische gegevens}

_{Niet direkt bepalend voor de kwaliteit van een mikrofoon, maar des te meer voor de aansluitbaarheid ervan en dus ook voor de praktische bruikbaarheid, zijn de elektrische gegevens die de fabrikant dient te verschaffen. We overlopen ze even:}

_{- Afsluitimpedantie :}

_{de karakteristieke weerstand van de kring waarop de mikro wordt aangesloten. Soms wordt ook de bronimpedantie opgegeven. Bijna alle voor professioneel gebruik in aanmerking komende mikrofoons hebben een lage impedantie.(tussen 10 en 1000 Ohm). Waarden als 47kOhm en hoger komen alleen voor bij amateurtoestellen. Deze kunnen immers niet met lange draden worden aangesloten omdat dan erg veel brom wordt opgepikt. Als vuistregel geldt dat de ingangsimpedantie van het toestel waarop de mikrofoon wordt aangesloten zowat het twintigvoudige moet bedragen van de bronimpedantie van de mikrofoon.}

_{- Aansluiting :}

_{symmetrisch of assymmetrisch}

_{XLR- Cannon , Lemo-konnektor, DIN of bajonetschroef}

_{Voor professioneel gebruik en bij toepassing van lange mikrofoonkabels komt alleen de symmetrische aansluiting in aanmerking. Het grote voordeel ervan berust op het feit dat stoorsignalen , brom en ruis, die via de lange leiding de neiging zouden kunnen hebben de kabel binnen te dringen, door het feit dat zij in fase als stoorsignaal op beide geleiders zullen staan, mekaar bij de ingang opheffen. (cfr. boekdeel 2, elektronika).}

_{Nadeel is dat we dan steeds kabel moeten gebruiken met twee geleiders en afscherming , terwijl bij een assymmetrische aansluiting 1 geleider plus afscherming volstaat.}

_{Aansluitwijze van XLR-mikrofoonpluggen :}

_{CANNON - XLR :}

_{pin 1 = massa , verbonden met afscherming van mikrofoon , behuizing en kabelomhulsel.}

_{pin 2 = audiosignaal in faze}

_{pin 3 = audiosignaal omgekeerde faze}

_{Din-mikrofoonpluggen komen ook voor en worden alsvolgt aangesloten :}

_{3-POLIG DIN MET SCHROEF OF BAJONET:}

_{pin 1 = audiosignaal in Faze}

_{pin 2 = massa aansluiting}

_{pin 3 = audiosignaal omgekeerde faze}

_{Assymmetrisch worden vooral 6.3mm (1/4 inch) telefoonstekkers gebruikt. (Zgn. Jacks) De afscherming van de kabel wordt dan verbonden met het buisvormig gedeelte van de stekker en de audio-ader met de punt van de stekker.}

_{Wanneer kondensatormikrofoons worden gebruikt , is steeds een externe "Phantoom-voeding" noodzakelijk. Hiervoor wordt standaard in professionele apparatuur een spanning van 48 Volt gebruikt. Deze spanning wordt via 2 heel precies gelijke weerstanden van 6.8 kOhm , afwijking hoogstens 0.3% ) op beide signaalvoerende geleiders van de kabel gezet. Het kan ook via de middenaftakking van een audiokoppeltransformator. De negatieve pool van deze voeding komt aan de afscherming ( massa) te liggen.}

_{Zonder zulke fantoomvoeding werkt dit type mikrofoon helemaal niet. De fantoomvoeding vinden we echter vaak ingebouwd in mengpanelen van betere klasse.}

_{De aansluitwijze en te gebruiken fantoomspanning is steeds in de technische specifikatie bij een mikrofoon opgegeven.}

Lemo (miniatuur) konnektors treffen we vooral al bij draadloze mikrofoons, voor de verbinding tussen mikrofoon en zakzender.

_{STEREO-MIKROFOONS:}

_{De zogenaamde stereo-mikrofoon zoals we die in de handel aantreffen, bestaat intern steeds uit twee afzonderlijke mikrofoonelementen. Soms kan de onderlinge hoek tussen beide mechanisch worden ingesteld. Professionele types hebben steeds nogal speciale aansluitingen, waarvoor nauwelijks standaarden bestaan. 5-polig XLR komt het meest voor. Beide mikrofoonsignalen verlaten via telkens twee geleiders de mikrofoon. Wanneer echter een stereomikrofoon , naast de kabelafscherming slechts twee geleiders heeft, dan dient hij assymmetrisch te worden aangesloten ! In dit geval betreft het beslist geen professioneel type, wat niet wegneemt dat het wel degelijk om een goede mikrofoon zou kunnen gaan. ( bvb. het door Sony voor de portabele DAT-apparatuur ontwikkelde electrettype ECM-959DT.)}

_{SOUNDFIELD-MICROPHONES}

_{Analoog aan de stereo-mikrofoon gaat het hier om een stelsel bestaande uit vier mikrofoonkapsules, elk geplaatst op de hoeken van een tetraeder ( viervlak, alle hoeken zijn 60 graden). Dit type mikrofoon-systeem werd ontwikkeld voor quadrofonische opnamen waarbij een maximale ruimtelijke werking werd beoogd. Deze mikrofoonopstelling garandeert een volledige opname van het bolvormige geluidsveld op de plaats van de opname. Ook wanneer we slechts stereofonische opnames willen maken , komt dit type van pas, omdat we de richtingskarakteristiek volledig elektronisch kunnen sturen. Wanneer we beschikken over (digitale) multitrack opnameapparatuur (bvb. een Tascam DA88 of een direct-to-disk systeem geintegreerd in een komputer) dan wordt het mogelijk de gehele geluidsbalans na de eigenlijke opname uit te voeren. (In gebruik in de tetraederzaal bij Stichting Logos).}

_{Illustraties bij de tekst}

_{Figuur 5:}

_{Veel voorkomende pooldiagrammen voor druk-gradient ontvangers (cardioide mikrofoons)}

_{a= hypercardioide karakteristiek}

_{b= supercardioide karakteristiek}

_{Figuur 6:}

_{Overzichtstabel van alle vijf veel voorkomende pooldiagrammen voor mikrofoons:}

_{figuur 6b:}

_{Hier wordt een vergelijking gemaakt van de afstandsverhoudingen tussen mikrofoons van diverse types onderling.}

_{figuur 6c:}

_{Grafiek waarin het nabijheidseffect wordt uitgezet voor een drukgradient-mikrofoon. Let erop dat wanneer we de mikrofoon op 15 cm van de bron plaatsen, tonen in de buurt van 30 Hz, ongeveer 8 maal te sterk zullen worden weergegeven!}

_{Richtingsgevoeligheidsgrafieken voor diverse mikrofoon-opstellingen :}

_{Figuur 7:}

_{MS-stereo koppel ( hiervoor is een elektronische schakeling nodig, die zowel aktief als passief kan worden uitgevoerd. In het laatste geval bestaat zij uit twee speciaal gewikkelde transformatoren):}

_{Figuur 8: Poolgrafieken voor diverse opstellingen van stereokoppels: Koppel bestaande uit 2 bidirektionele mikrofoons}

_{Koppel bestaande uit 2 hypercardioide mikrofoons}

_{Koppel bestaande uit 2 cardioide mikrofoons}

_{Let op het grote verschil in openingshoek ! Merk ook op dat deze grafieken alleen juist zijn voor de zgn koincidente mikrofoonopstelling, waarbij beide mikrofoonmembranen dus zoveel mogelijk in eenzelfde punt, maar onder verschillende hoek,worden opgesteld.}

Filedate: 920928 - last update: 10-10-25