Mi az a mikrofon membrán? (Egy mélyreható útmutató) – Az új mikrofonom

A membránoknak sok közük van a hangzáshoz. Fizikai testünk membránjából “énekelünk”, és ha mikrofonba énekelünk, akkor egy membránnal is kölcsönhatásba lépünk! Minden gyakorlati mikrofonnak van membránja, és a membránok megértése elengedhetetlen a mikrofonok elsajátításához.

Mi is az a mikrofon membrán? A mikrofonmembrán egy vékony membrán, amely a külső hangnyomás-változásra reagálva mozog. A mikrofonmembrán az akusztikus energia elektromos energiává alakításának kulcsfontosságú átalakító eleme. A három fő membrántípus a mozgó tekercses, a szalagmembrán és a kondenzátor.

A mikrofonmembránokról beszélve sok mindent meg kell beszélnünk. Ez a cikk részletesen kitér a népszerű membrántípusokra és a mikrofonmembránokkal kapcsolatos megfontolásokra!

Mi a mikrofonmembrán?

Amint említettük, a mikrofonmembrán egy vékony membrán, amely a hangnyomás-változásra (hanghullámokra) reagálva mozog. A membrán a mikrofon receptjének kritikus összetevője. Valójában mozgó membrán nélkül a mikrofon nem lenne képes ellátni a feladatát, mint jelátalakító. A membránnak a hangnyomással egybeeső mozgása az első lépés az akusztikus energia elektromos energiává alakításában.

Mivel a mikrofon membránja olyan vékony, hogy csak két oldala van. A membrán mozgása a két oldala közötti hangnyomáskülönbségen alapul.

A mikrofon membránja a mikrofonokon belül egy nagyobb egység, a kapszula része. A kapszula kialakítása rendkívül fontos a mikrofon teljesítménye szempontjából. A kapszula végső soron minden mikrofonban a jelátalakító elem.

A mikrofonkapszulákról részletesebben lásd a Mi az a mikrofonkapszula? (Plusz a 3 legnépszerűbb kapszula).

A kapszula és a membrán elrendezése nagyban meghatározza a mikrofon jellegzetes hangzását. A frekvenciaválasz, az érzékenység és a polárkép csak néhány a kapszula és a membrán kialakítása által erősen meghatározott jellemzők közül.

A mikrofonmembránoknak 3 fő típusa van:

1. Mozgótekercses membrán (dinamikus)
2. Szalagmembrán (dinamikus)
3. Előlemezes membrán (kondenzátor)

Hogyan mozog a membrán?

A mikrofonok membránjai rendkívül vékonyak (némelyik kevesebb, mint 5 mikron). Ez a vékonyság teszi őket nagyon érzékennyé a közvetlen környezetükben rezgő levegőmolekulákra. A rezgő levegőmolekulák “bombázása” a mikrofonmembránt mozgásra készteti. Ez a nyugalmi helyzetből ki- és bemozduló mechanikai mozgás viszont elektromos váltakozó feszültséggé (hangjellé) alakul át.

A mikrofonmembrán a két oldala közötti hangnyomáskülönbségnek megfelelően mozog. Ha az egyik oldalt jobban “bombázzák” a levegőmolekulák, mint a másikat, akkor az az oldal befelé tolódik. Ha mindkét oldalra azonos mértékű nyomás nehezedik, a membrán a helyén marad.

A membrán mozgását egy egyszerű szinuszhullámmal is meg lehet magyarázni. Egy szinuszhullámban vannak nullpontok, csúcsok és mélypontok.

Amint a szinuszhullám a levegőben halad, hatással van a levegőmolekulákra, amelyeken áthalad. Ugyanez történik, amikor a hanghullám eléri a membránt.

• A csúcspontjainál a szinuszhullám maximális összenyomódást okoz a membránon, a membránt befelé nyomja.
• A mélypontjain a szinuszhullám a membránon maximális ritkulást okoz, kihúzva a membránt.
• A nullpontokon pedig a szinuszhullám nem okozza a membrán mozgását.

A hanghullámok 343 m/s sebességgel terjednek, és végtelenül összetettebbek, mint egy egyszerű szinuszhullám. Amint azt el tudja képzelni, a külső hangnyomás-változásra reagálva gyors rezgésre késztetik a membránt!

A mikrofon membránjait úgy tervezték, hogy a hangnyomás-változásnak megfelelően mozogjanak, hogy olyan hangjelet tudjanak előállítani, amely pontosan tükrözi a mikrofon körül zajló hangot.

Mikrofon-, hangszóró- és mellkasi membránok összehasonlítása

A dolgok magyarázatában néha hasznosak az összehasonlítások. Valószínűleg mindannyian ismerjük a hangszóró membránját, és egészen biztosan van mellkasi membrán a testünkben. A mikrofon membrán hasonlít ehhez a két membránhoz! Hadd magyarázzam el.

A hangszóró membrán

A hangszórók, akárcsak a mikrofonok, átalakítók. A mikrofonok a mechanikus hullámenergiát (hang) elektromos energiává (hangjel) alakítják át. A hangszórók, fordítva, az elektromos energiát (hangjelet) alakítják át mechanikus hullámenergiává (hanggá).

A hangszórók az elektromágneses indukció elve alapján működnek, ugyanez az elv irányítja a dinamikus mikrofonokat is (amelyeket a cikk későbbi részében tárgyalunk). A hangszóróba váltakozó feszültség formájában hangjelet küldenek. Ez a jel egy mágnest körülvevő, helyhez kötött, vezető dróttekercsen halad át. Az elektromágneses indukció elve alapján a vezető huzalon átáramló elektromosság a mágnest mozgásra készteti. Mivel a hang váltakozó áramú, a mágnes előre és hátra mozog. Ez a mágnes egy membránhoz van rögzítve.

A hangszóró membránja a hozzá rögzített mágnessel együtt mozog. Ahogy a membrán rezeg, nyomja és húzza maga körül a levegőt, hanghullámokat vetítve a térben.

A dinamikus mikrofon a hangszóróval ellentétes módon működik. Ha egy hangszórót fordítva vezetnénk be, a membrán lényegében egy mikrofonmembrán lenne! Bár mivel a hangszóró membránok jellemzően vastagabbak, szélesebbek és nehezebbek, mint a professzionális mikrofon membránok, közel sem lennének olyan érzékenyek. Ez tompa hangzást eredményezne.

Hogy megtudja, hogyan kell egy hangszórót úgy bekábelezni, hogy mikrofonná váljon, olvassa el a Hogyan lehet egy hangszórót mikrofonná alakítani 2 egyszerű lépésben című cikkemet.

A mellkasi rekeszizom

A mellkasi rekeszizom az ember és más emlősök vázizomzatának vékony lapja.

E biológiai rekeszizom esetében maga a rekeszizom az, amely összehúzódik és kitágul. A mellkasi rekeszizom kiemelkedő szerepet játszik a légzésben. Ahogy a rekeszizom összehúzódik, segít levegőt szívni a tüdőbe. Ahogy a rekeszizom ellazul, úgy nyomja ki a levegőt a tüdőből.

A légzés sokkal lassabban történik, mint a levegő rezgése. A rekeszizom levegőmozgatásának gondolata azonban ugyanaz.

Visszük gyorsan össze a három említett rekeszizmot:

• A mellkasi rekeszizom összehúzódik és kitágul, a levegőt mozgatja be és ki a tüdőből.
• A hangszóró membránja egy mágneshez van rögzítve, és elektromágneses indukció segítségével mozog az alkalmazott váltakozó feszültségnek megfelelően.
• A mikrofon membránja a körülötte lévő hangnyomás-változásnak megfelelően mozog.

Az akusztikai elv: Pressure Versus Pressure-Gradient

Noha nem magának a membránnak a jellemzője, érdemes megemlíteni a kapszula kialakítását és azt, hogy az hogyan változtatja meg a hangnak a membránnal való kölcsönhatását.

A polármintázatnak két alapvető típusa van:

1. Omnidirekcionális – amely a nyomás elvén működik.
2. Bidirekcionális – amely a nyomás-gradiens elvén működik.

A kapszula kialakítása kiteheti a membránját ezen elvek bármelyike vagy azok kombinációja alapján. A kombinációkból adódnak a kardioid típusú polárdiagramok.

Nyomáselv

A nyomáselvnél a membrán egyik oldala nyitott a külső hangnyomás felé. A másik oldala el van zárva egy rögzített nyomással szemben.

Tudjuk, hogy a membrán mozgása az elülső és a hátsó oldala közötti nyomáskülönbségnek köszönhető. Mivel a membránnak csak az egyik oldala van kitéve a hangrezgéseknek, a membrán minden irányból érkező hangra nagyjából egyformán reagál. Innen ered a minden irányú polármintázat!

A minden irányú polármintázattal kapcsolatos további információkért olvassa el a Mi az a minden irányú mikrofon? (Polar Pattern + Mic Examples).

Nyomás-gradiens elv

A nyomás-gradiens elv szerint a membrán mindkét oldala nyitott a külső hangnyomás felé.

A közvetlenül a membrán elejéről érkező hanghullámok először az elejét, majd valamivel később a hátulját érik el. Ez a fáziskülönbség kis nyomáskülönbséget okoz, ami a membrán mozgását okozza. A közvetlenül a membrán hátuljáról érkező hanghullámok éppen ellenkezőleg működnek.

A közvetlenül a membrán oldaláról érkező hanghullámok egyszerre érik elöl és hátul, és nem okoznak nyomáskülönbséget, ezért a membrán nem mozog!

A nyomásgradiens elv tehát kétirányú vagy “8-as” polárképet eredményez. A mikrofon érzékeny az elölről és hátulról érkező hangra, míg az oldalról érkező hangot elutasítja.

A kétirányú polármintázatról további információt a Mi a kétirányú/nyolcas mikrofon? című cikkemben talál. (Mikrofonpéldákkal).

Kombináló nyomás & Nyomás-gradiens

Gyakran előfordul, hogy a kapszulákat úgy tervezik, hogy mindkét elvet kombinálják.

A legnépszerűbb mikrofon polármintázat a kardioid mintázat. Ez alapvetően a nyomás és a nyomás-gradiens elvek 1:1 arányú arányát jelenti.

A membrán hátuljára jutó hang útjának korlátozásával a gyártók ügyesen hozzáférnek mindkét elv kombinációjához. A membrán mindkét oldalán lévő légrezgés mennyiségének manipulálása különböző polármintákat eredményez!

Ha többet szeretne megtudni a kardioid polármintáról és az összes többi mikrofon polármintáról, olvassa el a Mi a kardioid mikrofon? című cikkeimet. (Polar Pattern + Mic Examples) és The Complete Guide To Microphone Polar Patterns, illetve A mikrofon polárminták teljes útmutatója.

Face Of The Diaphragm: Top-Address Versus Side-Address

A membránokkal és kapszuláikkal kapcsolatban egy másik kérdés, hogy hogyan kell őket címezni. Más szóval, milyen irányokba mutatnak a mikrofon membránjai?

A két leggyakoribb címzési típus a felső címzés és az oldalsó címzés.

Felső címzésű

A Shure a következő Az én új mikrofonom cikkekben szerepel:
– Top Best Microphone Brands You Should Know And Use
– Top Best Earphone/Earbud Brands In The World
– Top Best Headphone Brands In The World

A top-address mikrofonok membránjai a mikrofon teteje felé “néznek”. Jellemzően a mikrofon úgy néz ki, mintha abba az irányba mutatna, ahol a legérzékenyebb.

A felső címzésű mikrofonok jellemzően a minden irányú és kardioid típusú polármintákra korlátozódnak, mivel gyakorlatilag lehetetlen, hogy a membrán mindkét oldalát egyenletesen érje a hangnyomás.

A felső címzésű mikrofonok gyakori példái a Shure SM57 és SM58, valamint a Neumann KM 184 (linkekkel az Amazonon található árak megtekintéséhez).

Side-Adress

A Neumann a következő My New Microphone cikkekben szerepel:
– Top Best Microphone Brands You Should Know And Use
– Top Best Studio Monitor Brands You Should Know And Use

A side-address mikrofonokat úgy tervezték, hogy membránjuk “oldalra” nézzen.” A membrán “eleje” és “hátulja” a mikrofonok oldalai felé mutat, így a mikrofon a legérzékenyebb az oldalirányú hangokra.

A side-address mikrofonokkal minden polármintázat viszonylag könnyen megvalósítható. Ez a beállítás azt is lehetővé teszi, hogy két membránt egymás mögé tervezzenek, hogy egy változtatható többmintás mikrofont hozzanak létre.

A side-address mikrofonok gyakori példái a Neumann U87, a Rode NT1-A és az AKG C414 (linkekkel az Amazonon található áraik megtekintéséhez). Az U87 és a C414 többmintás mikrofonok.

A mozgótekercses membrán

A mozgótekercses membrán valójában két különálló részből áll: magából a membránból és a mozgótekercsből. Mivel azonban ezek egymáshoz vannak rögzítve, hasznos egyetlen mozgó darabként gondolni rájuk. A mozgótekercses membránok mozgótekercses dinamikus mikrofonokban találhatók.

A membrán/vezető tekercs kombináció a külső hanghullámokra reagálva rezeg. A membrán felelős azért, hogy elég érzékeny legyen ahhoz, hogy érzékelje a két oldala közötti légnyomáskülönbséget. A vezető tekercs felelős ennek a rezgésnek a hangjellé való átalakításáért. A mozgótekercses membrán és a kapszula az elektromágneses indukció elve alapján átalakítóként működik.

A mozgótekercses membránok csaknem mind kör alakúak, és szorosan a mikrofon kapszulájában lévő álló gyűrű köré feszülnek. A feszítés döntő tényező a membrán bejövő hanghullámokra való érzékenységében.

A tipikus kialakításban a tekercs nagyjából a membrán átmérőjének fele. E két elem összekapcsolása egy apró bemélyedést vagy hullámosságot hoz létre a membránban. Ezért a membrán nem tökéletesen sík. A membránból apró nyílások és extra hullámosság is kivágható, hogy a membrán és a kapszula szerkezetében rejlő problémák kijavításával javítsák a teljesítményét.

Anyag

A “mozgótekercs” (gyakran hangtekercsnek is nevezik) általában vékony rézhuzalból készül, amelyet üreges henger alakúra tekercselnek. A mozgó tekercs mindkét oldalán mágnesek vannak, hogy a maximális elektromágneses indukciót lehetővé tegyék.

Magának a membránnak egyáltalán nem kell elektromosan vezetőnek lennie. A membrán gyártásához használt tipikus anyag egy poliészter fólia (a Mylar egy gyakori márkanév). Ez a poliészterfilm (műanyag lap) elég vékony és erős ahhoz, hogy hatékony membránanyagként működjön!

A tekercs tehát a membránhoz van rögzítve, és ezért azzal együtt mozog. Ez a hozzáadott súly néhány dolgot változtat a membrán általános jellemzőin. A súly és az alak, illetve a mozgó tekercses dinamikus mikrofonok általában a következő tulajdonságokat eredményezik:

• csökkent érzékenység a magas frekvenciatartományban.
• A rezonanciafrekvencia az emberi hallás hallható tartományában.
• Lassabb tranziens válasz, mint a kondenzátor- és szalagmembránoké.

A mozgó tekercses dinamikus mikrofonokról további információkat a Mi a mikrofon hangtekercse? és a Mozgó tekercses dinamikus mikrofonok című cikkeimben találsz: The In-Depth Guide.

A szalagmembrán

A szalagmembrán talán a legérdekesebb membrántípus. A szalagmembránok hosszú, vékony, téglalap alakú membránok, amelyek csak a hosszuk két oldalán vannak rögzítve a kapszulához/bafonhoz. Ezek leggyakrabban nem tökéletesen laposak, hanem hullámosak, és a mozgó tekercses és kondenzátor membránokhoz képest viszonylag alacsony feszültség alatt állnak.

A szalagmikrofonokat dinamikusnak is tekintik. A mozgó tekercses mikrofonokhoz hasonlóan a szalagmikrofonok is az elektromágnesesség elvén működnek. Azonban ahelyett, hogy külön membránnal és vezetőképes darabbal rendelkeznének, a szalag egyszerre mindkét elemként működik. A szalag a hátsó és elülső oldala közötti hangnyomáskülönbségre reagálva mozog. A szalag kerületén mágnesek vannak elhelyezve, így a membrán mozgása során az elektromágneses indukció hangjelet generál!

Anyag

A szalagmembránnak vezetőképesnek és rendkívül vékonynak kell lennie (általában kevesebb, mint 5 mikron). Az alumínium mindkét igényt nagyszerűen kielégíti. A piacon kapható szalagmikrofon membránok nagy részét hullámosított alumíniumfólia alkotja. Egyes gyártók erősebb műanyag polimereket használnak a szalag alapjaként, és ezeket bevonják vezető alumíniummal. Máskor vékony aranyréteggel bevont alumíniumfóliát talál. Az aranyrétegezés segít megakadályozni a szalag oxidációját, míg maga az arany jobb vezetője az alumíniumnak (csak nem olyan erős).

Törékenység

A szalagmembrán törékeny. A széllökések és a kick-dobokkal, sőt az énekes plosívákkal járó légmozgás is képes megnyújtani a membránt, ami maradandó károsodást okozhat. A fantomteljesítmény, ha rossz kábelen vagy csatlakozón keresztül érkezik, szintén képes a membránt kifújni vagy megnyújtani. A lista kiegészítéseként a fizikai sérülések (mikrofon leejtése) szintén nagy valószínűséggel károsítják a szalagmembránt. Magától értetődik, hogy a szalagmikrofonok kezelése és rögzítése során óvatosan kell eljárni. A jó hír az, hogy a javításhoz gyakran csak a mikrofon “újbóli szalagozására” van szükség. A rossz hír az, hogy a javítás ára meghaladhatja a 350 $-t.

A szalagmikrofonok természetüknél fogva oldalsó címzésűek és kétirányú polármintázatúak. A kétirányú (8-as ábra) mintázat miatt ezek mutatják a legnagyobb mértékű közelséghatást is.

A mikrofonok közelséghatásáról részletesebben a Mikrofonok közelséghatása című cikkemben olvashat.

A szalagmembrán jellemzői a szalagmikrofonoknak a következő tulajdonságokat adják (általában véve):

• A membrán alacsony feszültsége jóval az emberi hallás hallható tartománya alatti rezonanciafrekvenciát eredményez.
• A membrán vékonysága pontos tranziens választ ad.
• Az általános forma és a jelátalakító elve a magas frekvenciák lágy, természetes lecsengését biztosítja.

A dinamikus szalagmikrofonokról további információkat a Dinamikus szalagmikrofonok című cikkemben talál: The In-Depth Guide.

A kondenzátor (kondenzátor) membrán

A kondenzátor mikrofonok membránját a legegyszerűbb a teljes kapszulakialakítással együtt magyarázni.

A kondenzátor kapszulák alapvetően kondenzátorok (kondenzátor régen a kondenzátor kifejezés volt). Két párhuzamos lemez van egymástól távolabb elhelyezve kondenzátor formájában. Egy kondenzátor mikrofon esetében ez a két párhuzamos lemez:

1. Egy helyhez kötött szilárd hátlap.
2. Egy mozgatható előlap, amelyet membránnak nevezünk!

A kondenzátorokat úgy tervezték, hogy feszültséggel táplálva megtartsák a töltést (Q). Az egyenfeszültséget leggyakrabban fantomtáppal táplálják (valódi kondenzátoros mikrofonok esetében), vagy a lemezek elektret anyagában állandóan tartják (elektretes kondenzátoros mikrofonok esetében). A töltés (Q) ideális kialakítás esetén állandó marad.

A kondenzátor kimenő hangjelét (váltakozó feszültségét) a V = Q / C

képlettel mérjük

Mivel (Q) állandó, a hangjel (V) fordítottan arányos a kapacitással (C). Beszéljünk tehát a kapacitásról.

A kapacitás a kondenzátor azon képessége, hogy elektromos töltést tároljon. A kondenzátor kapszulák kapacitása a lemezek felületétől, a lemezek közötti szigetelőtől (levegő) és a lemezek közötti távolságtól függ. E három befolyásoló tényező közül a lemezek közötti távolság az egyetlen változó!

Amint a kondenzátor membránja rezeg, a két lemez közötti távolság változik, ami változó váltakozó váltakozó feszültséget (hangjelet) eredményez!

Anyag

A valódi kondenzátor hátlapja általában tömör fémötvözetekből, például sárgarézből készül. A membránlemez gyakran vagy aranyporlasztott mylarból, vagy kivételesen vékony alumíniumfóliából készül.

Az elektret kondenzátorok jellemzően ugyanebből az anyagból készülnek, csak az egyik lemezükön elektret bevonattal. A “hátsó elektrettek” a leghatékonyabbak, és a hátlapjukon vékony elektrétaanyag-bevonat van. Az elektréta anyaga bármilyen dielektromos anyag lehet, beleértve a műanyagot vagy a viaszt is.

A kondenzátor mikrofonok gyakori megkülönböztetése a membrán mérete alapján történik. Alapvetően két tábor van: a kismembrános kondenzátorok és a nagymembrános kondenzátorok. Mindkettőt tárgyaljuk részletesebben.

Kismembrános kondenzátorok

A kismembrános kondenzátor membránok jellemzően 1 hüvelyknél kisebb átmérőjűek, bár ez csak általánosítás.

A kismembrános kondenzátorok (SDC) általában “ceruzamikrofon” kialakításúak, azaz felülről címzett mikrofonok. Emiatt általában nem találunk kis membrános kétirányú vagy többirányú mikrofonokat.

A kisebb membrán általában kisebb tömeget jelent. Ez nagyobb tranziens válaszpontosságot és kiterjesztett magas frekvenciás választ jelent. Mivel a membrán kisebb, a kapszulát is kisebbre lehet tervezni, ami egyenletesebb polárválaszt tesz lehetővé.

A kis membránok hátránya az alacsonyabb érzékenységi értékek és ezért a rosszabb jel-zaj arány. A kondenzátorkapszula kimeneti jele arányos a membrán és a hátlap közötti távolsággal. A kisebb membránok nem mozognak akkora távolságra, mint a nagy membránok (ennek szemléltetésére szeretek kis és nagy trambulinokra gondolni). Mivel az érzékenység kisebb, a mikrofonelektronika önzajlása SDC-nél kifejezettebb, mint LDC-nél azonos szintű jelek esetén.

Nagymembrános kondenzátorok

A nagyobb kondenzátor membránok általában 1 hüvelyk vagy annál nagyobb átmérőjűek, bár ez csak általánosítás.

A nagymembrános kondenzátorokat (LDC) általában oldalirányú mikrofonokként építik. Ez lehetővé teszi bármilyen polárkép kialakítását a mikrofonkapszulában. Még az is lehetséges, hogy többmembrános mikrofonokat hozzanak létre, ha a kapszulát több membránnal tervezik.

A nagyobb méretű membrán nagyobb tömeget jelent. Az LDC-k alacsony rezonanciafrekvenciával rendelkeznek, ami jellemzően basszuserősítést eredményez a mélyfrekvenciás tartományban. A membrán nagyobb mérete azt is jelenti, hogy a hanghullámok hatására történő elmozdulása nagyobb, mint az SDC társaiké. A membrán nagyobb tartományú elmozdulása erősebb hangjelet jelent, így az LDC-k érzékenyebbek, mint az SDC-k. Az azonos hangnyomásszintnek kitett hangosabb kimenet jobb jel-zaj arányt biztosít a nagymembrános kondenzátoroknak.

Az LDC és az oldalirányú mikrofonok hátránya, hogy a nagyméretű rácsok lehetővé teszik, hogy a rövid hullámhosszú hullámok a rácsházon belül pattogjanak. Ha ezeket a frekvenciákat nem csillapítják megfelelően, akkor ezek a frekvenciák szabálytalan magas frekvenciaválaszhoz vezetnek.

A nagy membránoknak van még néhány hátránya. Az LDC-k mérete és tömege miatt kevésbé reagálnak a magas frekvenciákra. Az érzékenységet növelő nagyobb elmozdulás valójában akadályozza a nagy membránok tranziens válaszának pontosságát. Végül pedig a kapszuláknak nagyobbnak kell lenniük a nagyobb membránok befogadásához. Az LDC-k általában kevésbé konzisztensek a frekvenciaválaszukban, mint az SDC-k.

Az LDC-kkel kapcsolatos további érdekes megjegyzés, hogy egyes membránok szélső, míg mások középső végződésűek. Az élekkel végződő azt jelenti, hogy a hangjelet a kapszula széléről veszik, és így a membrán egy teljes darabból áll. A centerterminált membránoknál az elektródák a membrán közepén vannak. Elméletileg a középre végződő membránoknak kevesebb rezonanciafrekvenciájuk van, ami azt jelenti, hogy a frekvenciaválaszuk kevésbé kiszámíthatatlan. Bár a középső végződésű kialakítások egy kicsit összetettebbek.

Foglaljuk össze az általánosságokat a kis membrános kondenzátorok (SDC) és a nagymembrános kondenzátorok (LDC) között:

• SDC-k kevésbé érzékenyek, mint LDC-k
• SDC-k rosszabb jel-zaj aránnyal rendelkeznek, mint LDC-k
• SDC-k erősebb magas frekvenciás válaszokkal rendelkeznek, mint LDC-k
• SDC-k gyengébbek alacsony-frekvenciás válaszok, mint az LDC-k
• Az SDC-knek pontosabbak a tranziens válaszai, mint az LDC-knek
• Az SDC-knek konzisztensebb a poláris mintázata, mint az LDC-knek

Az SDC-k és az LDC-k közötti különbségek részletes bemutatásához, olvassa el a Nagymembrános Vs. Kismembrános kondenzátor mikrofonok.

A kondenzátor membrán általános jellemzői a kondenzátor mikrofonoknak a következő tulajdonságokat adják:

• A membrán könnyű súlya világos felsőfrekvenciás választ eredményez.
• A membrán feszessége és vékonysága pontos tranziens választ ad.
• Az általános forma és a jelátalakító elve a magas frekvenciák lágy, természetes lecsengését biztosítja.

A membrán teljesítményének tényezői

Tárgyaljuk meg a membrán teljesítményét befolyásoló főbb tényezőket:

• A membrán tömege
• A membrán alakja és mérete
• A membrán feszültsége
• A membrán anyaga
• Vezetőképesség. a membrán

A membrán tömege

A membrán tömege nagy szerepet játszik a frekvencia- és tranziens válaszok meghatározásában. Mindkettő kritikus jellemzője egy mikrofonnak.

Minden más esetben, minél nehezebb egy membrán, annál alacsonyabb a rezonanciafrekvenciája. A rezonanciafrekvenciák erősítik a membrán frekvenciaválaszát. A nehezebb membránok a magas frekvenciák tisztaságának hiányától is szenvednek. Ennek oka a tehetetlenség és a nagyfrekvenciás hanghullámoknak a tehetetlenség leküzdésében jelentkező nehézségek.

A nagyobb tömeggel járó megnövekedett tehetetlenség a membrán átmeneti válaszát is befolyásolja. Minél nehezebb a membrán, annál jobban ellenáll a mozgásnak. Ez a külső hanghullámokkal szembeni ellenállás rontja a mikrofon átmeneti válaszának pontosságát.

A membrán alakja és mérete

A membrán alakja és mérete befolyásolja a mikrofon frekvenciaválaszát és érzékenységét.

A legtöbb mikrofon membránja kör alakú. Ez gyakorlatilag minden mozgó tekercses és kondenzátor membránra igaz. A szalagmembránok hosszú szalagcsíkok alakúak.

A kör alakú membránoknál az átmérő bizonyos rezonanciafrekvenciákra vonatkozik. Ezeknek a rezonanciafrekvenciáknak a hullámhossza az átmérő hosszának többszörösével és töredékével egyenlő. A legegyszerűbb ezeket a rezonanciafrekvenciákat a membrán átmérője mentén úgy elképzelni, mintha állóhullámokat látnánk egy szobában. Azok a hullámhosszak, amelyek a membrán kerületének átmérőjének határain belülre esnek, vagy konstruktívan, vagy destruktívan interferálnak egymással. A konstruktív és destruktív interferencia pozitívan, illetve negatívan befolyásolja a frekvenciaspecifikus érzékenységet.

A kör alakú membrán mérete szintén segít meghatározni a mikrofon érzékenységét. Ha minden más tényező egyenlő, minél nagyobb a membrán, annál nagyobb távolságra lehet elmozdítani a nyugalmi helyzetéből (gondoljunk egy kis vs. nagy trambulinra). Minél nagyobb a membrán mozgása, annál több hangjelet ad ki a kapszula!

A szalagmembrán alakja inkább egy hosszú, vékony téglalap, mint egy kör. A membránnak ez a szalagja is hullámos, és sokkal kisebb feszültség alatt áll, mint kör alakú társai.

A nem kör alakú forma a hullámossággal együtt azt eredményezi, hogy a szalagmikrofonoknak nagyon kevés rezonanciafrekvenciájuk van. És azok a frekvenciák, amelyek rezonálnak, gyengén rezonálnak. Ez simább frekvenciaválaszt eredményez!

A membrán feszültsége

A membrán feszültsége befolyásolja a mikrofon frekvenciaválaszát és érzékenységét.

A legjobb analógia a mikrofon feszességének magyarázatára a kisdob. A kisdob hangolásakor a dobfej (membrán) feszültségének növelése növeli a dob alap- és rezonanciafrekvenciáját. Ugyanez igaz a mikrofonmembrán membránjára is (bár ezeket nem ütögetjük dobverővel)!

A feszültség növelése – minden más változatlanság mellett – növeli a membrán rezonanciafrekvenciáit. A kör alakú membránok feszültsége jellemzően a basszus vagy szubbasszus frekvenciatartományban ad rezonanciafrekvenciát. A szalagmembránok jellemzően olyan kis feszültség alatt vannak, hogy az alapvető rezonanciafrekvenciájuk az emberi hallás hallható tartománya alatt van!

A membrán feszültsége a mikrofon érzékenységét is befolyásolja. Minél feszesebbre van húzva egy membrán, annál kisebb elmozdulást tapasztal egy adott hangnyomásszintnél.

A membrán anyaga

A membrán anyaga döntő szerepet játszik a membrán általános hangreakciójának meghatározásában.

A membránnak vékonynak, mozgathatónak és legtöbbször vezetőnek kell lennie. A membránok gyártásához használt anyagnak nagy szakítószilárdsággal kell rendelkeznie, és pontosan kell tudnia reagálni a hangnyomás-változásra. Ez csökkenti a membránok anyagára vonatkozó megvalósítható lehetőségek számát.

A poliészterfilm (a Mylar egy elterjedt márkanév) hatékony anyag. Bár a Mylar nem vezetőképes, elég erős és rugalmas ahhoz, hogy membránanyagként kitűnjön. A mozgótekercses membránok gyakran kizárólag poliészterfóliából készülnek, mivel nem szükséges, hogy vezető legyen. A kondenzátor-mikrofonok membránjai gyakran aranybevonatú poliészterfóliából készülnek, hogy ezt az anyagot vezető elemmel egészítsék ki.

Az alumíniumfólia egy másik gyakran használt anyag a membránépítésben. Az alumínium egyszerre erős és vezető, és leggyakrabban a szalagmembránokban jelenik meg.

A membrán vezetőképessége

A membrán anyagával kapcsolatos extra megjegyzésként a vezetőképesség kritikus fontosságú a mikrofon működése szempontjából. A membrán/kapszula vezetőképessége egyenesen arányos a mikrofon mint jelátalakító hatékonyságával.

Az alumínium, az arany és a réz a mikrofonmembránokban leggyakrabban használt három vezető anyag.

A mozgótekercses membránoknak nem kell vezetőnek lenniük. A csatlakoztatott tekercsnek azonban annak kell lennie. Ebben az esetben a réz az alkalmazott anyag.

A szalagmembránok általában alumíniumfóliából készülnek. Ha nem alumíniumfóliából készülnek, akkor legalább alumínium vagy arany bevonatot kapnak.

A kondenzátor membránok általában poliészter fóliából készülnek, amelyre vezetőképességi okokból arany vagy elektret anyagot helyeznek.

Kapcsolódó kérdések

Az USB-mikrofonok membránjai ugyanolyanok, mint az XLR-mikrofonoké? Igen. Nincs speciális “USB mikrofon membrán”. Az USB-mikrofonok kapszulái és membránjai ugyanúgy vannak felépítve, mint az XLR-mikrofonoké. Az USB-membránok/kapszulák gyakori kialakításai a mozgó tekercses, a szalag és a kondenzátor stílusúak. A membránnak semmi köze az audiojel digitális adatokká történő átalakításához.

Szükség van-e egy mikrofonnak membránra? Minden praktikus mikrofonnak szüksége van membránra ahhoz, hogy hatékonyan működjön átalakítóként. Vannak azonban membránok nélkül tervezett kísérleti mikrofonok. A lézermikrofon egy lézert vetít ki egy kitett füstáramlaton keresztül. Egy lézeres érzékelő érzékeli a füst változását, és hangjelet ad ki.