Wat is een Microfoon Diafragma? (Een diepgaande gids) – Mijn nieuwe microfoon

Diafragma’s hebben veel te maken met geluid. We “zingen vanuit het diafragma” van ons fysieke lichaam, en als we in een microfoon zingen, hebben we ook te maken met een diafragma! Elke praktische microfoon heeft een diafragma en een begrip van diafragma’s is cruciaal voor microfoon meesterschap.

Dus wat is een microfoon diafragma? Een microfoondiafragma is een dun membraan dat beweegt in reactie op externe geluidsdrukvariaties. Een microfoonmembraan is een belangrijk transduceronderdeel bij het omzetten van akoestische energie in elektrische energie. De drie belangrijkste membraantypes zijn de moving-coil, ribbon, en condenser.

Er valt veel te bespreken als we het over microfoonmembranen hebben. Dit artikel zal in detail ingaan op de populaire diafragma types en de overwegingen die we nemen bij het omgaan met microfoon diafragma’s!

Wat is een microfoon diafragma?

Zoals gezegd, een microfoon diafragma is een dun membraan dat beweegt in reactie op geluidsdruk variaties (geluidsgolven). Het diafragma is een kritiek ingrediënt in het microfoonrecept. In feite zou een microfoon zonder een beweegbaar membraan niet in staat zijn om zijn werk als omvormer te doen. De samenvallende beweging van het diafragma met de geluidsdruk is de eerste stap in het omzetten van akoestische energie in elektrische energie.

Omdat een microfoon-diafragma zo dun is, nemen we waar dat het slechts twee zijden heeft. De beweging van het membraan is gebaseerd op het verschil in geluidsdruk tussen zijn twee zijden.

Het membraan van de microfoon maakt deel uit van een grotere eenheid binnen microfoons die de capsule wordt genoemd. Het ontwerp van het kapsel is van het grootste belang voor de prestaties van de microfoon. De capsule is, uiteindelijk, het transducer element in elke microfoon.

Voor een diepgaande lezing over microfoon capsules, check out mijn artikel Wat is een Microfoon Capsule? (Plus Top 3 Meest Populaire Capsules).

De opstelling van het kapsel en het membraan maakt veel uit van het karakteristieke geluid van een microfoon. Frequentie respons, gevoeligheid, en polair patroon zijn een paar van de kenmerken die sterk bepaald worden door het kapsel en diafragma ontwerp.

Er zijn 3 hoofdtypen microfoonmembranen:

1. Moving-coil diafragma (dynamisch)
2. Ribbon diafragma (dynamisch)
3. Frontplaat diafragma (condensator)

Hoe beweegt een diafragma?

Microfoonmembranen zijn uiterst dun (sommige minder dan 5 micron). Deze dunheid maakt ze zeer gevoelig voor trillende luchtmoleculen in hun directe omgeving. Het “bombardement” van trillende luchtmoleculen op een microfoonmembraan brengt het in beweging. Op zijn beurt wordt deze mechanische beweging in en uit de rustpositie omgezet in een elektrische wisselspanning (audiosignaal).

Een microfoonmembraan beweegt in overeenstemming met het geluidsdrukverschil tussen zijn twee zijden. Als één kant meer door luchtmoleculen wordt “gebombardeerd” dan de andere, zal die kant naar binnen worden geduwd. Als aan beide zijden evenveel druk wordt uitgeoefend, zal het membraan blijven staan.

Een andere manier om de beweging van het membraan uit te leggen is door te kijken naar een eenvoudige sinusgolf. In een sinusgolf hebben we nulpunten, pieken en dalen.

Als de sinusgolf door de lucht beweegt, beïnvloedt hij de luchtmoleculen waar hij doorheen gaat. Hetzelfde gebeurt wanneer de geluidsgolf het diafragma bereikt.

• Op zijn pieken veroorzaakt de sinusgolf maximale compressie op het diafragma, waardoor het diafragma naar binnen wordt geduwd.
• Op zijn dieptepunten veroorzaakt de sinusgolf een maximale rarefactie op het diafragma, waardoor het diafragma naar buiten wordt getrokken.
• En op de nulpunten veroorzaakt de sinus geen beweging van het diafragma.

Geluidsgolven verplaatsen zich met 343 m/s en zijn oneindig veel complexer dan een eenvoudige sinusgolf. Zoals u zich kunt voorstellen, doen ze het membraan snel trillen als reactie op externe variaties in geluidsdruk!

Microfoonmembranen zijn ontworpen om te bewegen in overeenstemming met variaties in geluidsdruk, zodat ze een geluidssignaal kunnen produceren dat een nauwkeurige weergave is van het geluid dat zich rond de microfoon afspeelt.

Relatie tussen Microfoon, Luidspreker, en Thoracale membranen

Vergelijkingen zijn soms nuttig bij de uitleg van dingen. We zijn waarschijnlijk allemaal bekend met een luidspreker diafragma, en we hebben zeer zeker thoracale diafragma’s in ons lichaam. Het microfoon-diafragma lijkt op deze twee diafragma’s! Laat het me uitleggen.

Het luidsprekerdiafragma

Luidsprekers zijn, net als microfoons, transducers. Microfoons zetten mechanische golfenergie (geluid) om in elektrische energie (audiosignaal). Luidsprekers zetten omgekeerd elektrische energie (audiosignaal) om in mechanische golfenergie (geluid).

Luidsprekers werken volgens het principe van elektromagnetische inductie, hetzelfde principe dat voor dynamische microfoons geldt (en dat we later in dit artikel zullen bespreken). Een audiosignaal in de vorm van een wisselspanning wordt naar de luidspreker gezonden. Dit signaal gaat door een stationaire geleidende draadspoel die een magneet omgeeft. De elektriciteit die door de geleidingsdraad stroomt, brengt de magneet in beweging volgens het principe van elektromagnetische inductie. Aangezien het geluid wisselstroom is, beweegt de magneet naar voren en naar achteren. Deze magneet is bevestigd aan een diafragma.

Het diafragma van een luidspreker beweegt mee met de magneet waaraan het is bevestigd. Als het diafragma trilt, duwt en trekt het lucht om zich heen, waardoor geluidsgolven door de ruimte worden geprojecteerd.

Een dynamische microfoon werkt op de tegenovergestelde manier als een luidspreker. Als we een luidspreker omgekeerd zouden bedraden, zou het diafragma in wezen een microfoon-diafragma zijn! Hoewel, aangezien luidsprekerdiafragma’s meestal dikker, breder en zwaarder zijn dan professionele microfoondiafragma’s, zouden ze lang niet zo gevoelig zijn. Dit zou resulteren in een gedempt geluid.

Om te leren hoe je een luidspreker bedraad zodat het een microfoon wordt, bekijk mijn artikel Hoe maak je een luidspreker in een microfoon in 2 eenvoudige stappen.

Het thoracale diafragma

Het thoracale diafragma is een dun vel skeletspier bij mensen en andere zoogdieren.

In het geval van dit biologische diafragma, is het de diafragmaspier zelf die samentrekt en uitzet. Het thoracale diafragma speelt een hoofdrol bij de ademhaling. Als de middenrifspier samentrekt, helpt hij lucht in de longen te zuigen. Als het middenrif ontspant, duwt het de lucht uit de longen.

Ademhaling gebeurt met een veel langzamer tempo dan luchttrillingen. Het idee van het diafragma dat lucht verplaatst is echter hetzelfde.

Laten we snel de drie genoemde diafragma’s samenvatten:

• Het thoracale diafragma trekt samen en zet uit, waardoor lucht in en uit de longen wordt verplaatst.
• Het luidsprekerdiafragma is bevestigd aan een magneet en beweegt op basis van een toegepaste wisselspanning door middel van elektromagnetische inductie.
• Het microfoonmembraan beweegt op basis van de geluidsdrukvariatie eromheen.

Akoestisch Principe: Pressure Versus Pressure-Gradient

Hoewel het geen eigenschap van het diafragma zelf is, is het de moeite waard om het capsule-ontwerp te vermelden en hoe het de manier verandert waarop geluid interageert met het diafragma.

Er zijn twee basistypen polaire patronen:

1. Omnidirectioneel – dat werkt volgens het drukprincipe.
2. Bidirectioneel – dat werkt volgens het druk-gradiënt principe.

Een capsule-ontwerp kan zijn diafragma blootstellen op basis van een van deze principes of op basis van een combinatie daarvan. Combinaties geven aanleiding tot de cardioide-type polaire patronen.

Druk-principe

Bij het druk-principe is één zijde van het membraan open voor de externe geluidsdruk. De andere kant is afgesloten voor een vaste druk.

We weten dat de beweging van het diafragma het gevolg is van het drukverschil tussen de voor- en achterzijde. Omdat slechts één zijde van het diafragma aan geluidstrillingen wordt blootgesteld, zal het diafragma vrij goed gelijk reageren op geluid uit alle richtingen. Vandaar het omnidirectionele polar pattern!

Voor meer informatie over het omnidirectionele polar pattern, zie mijn artikel Wat Is Een Omnidirectionele Microfoon? (Polar Pattern + Mic Examples).

Pressure-Gradient Principle

Bij het pressure-gradient principe staan beide zijden van het membraan open voor externe geluidsdruk.

Geluidsgolven die direct van de voorkant van het membraan komen, raken eerst de voorkant en enige tijd later de achterkant. Dit faseverschil veroorzaakt een klein drukverschil, waardoor het membraan beweegt. Geluidsgolven die direct van de achterkant van het diafragma komen, werken op een tegenovergestelde manier.

Geluidsgolven die direct van de zijkant van het diafragma komen, raken zowel de voorkant als de achterkant tegelijk, waardoor er geen drukverschil is en er dus ook geen diafragmabeweging plaatsvindt.

Het druk-gradiënt principe levert dus een bidirectioneel of “figure-8” polar pattern op. De microfoon is gevoelig voor geluid dat van voren en van achteren komt, terwijl hij geluid van de zijkanten afstoot.

Voor meer informatie over het bidirectionele polaire patroon, bekijk mijn artikel Wat is een bidirectionele/figuur-8 microfoon? (Met Mic Voorbeelden).

Combining Pressure & Pressure-Gradient

Vaak worden capsules ontworpen op een manier die beide principes combineert.

Het meest populaire polaire patroon van een microfoon is het cardioïde patroon. Dit is in feite een 1:1 verhouding van druk en druk-gradiënt principes.

Door het beperken van de weg van het geluid dat de achterkant van het diafragma bereikt, komen fabrikanten op een slimme manier aan combinaties van beide principes. Het manipuleren van de hoeveelheid luchttrilling aan elke kant van het membraan resulteert in een verscheidenheid van polaire patronen!

Om meer te leren over het cardioide polaire patroon en alle andere microfoon polaire patronen, bekijk mijn artikelen Wat is een Cardioide Microfoon? (polair patroon + microfoon voorbeelden) en The Complete Guide To Microphone Polar Patterns, respectievelijk.

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

Een ander punt over diafragma’s en hun capsules is hoe ze te adresseren. Met andere woorden, in welke richtingen wijzen de membranen van de microfoon?

De twee meest voorkomende adresseertypes zijn top-address en side-address.

Top-Address

Shure komt voor in de volgende Mijn Nieuwe Microfoon-artikelen:
– Top Best Microphone Brands You Should Know And Use
– Top Best Earphone/Earbud Brands In The World
– Top Best Headphone Brands In The World

Top-address microfoons hebben diafragma’s “gericht” naar de bovenkant van de microfoon. Typisch zal de microfoon eruit zien alsof hij in de richting wijst waar hij het meest gevoelig is.

Typisch zijn top-adres microfoons beperkt tot omnidirectionele en cardioïde-type polaire patronen, omdat het praktisch onmogelijk is om beide zijden van het membraan gelijkmatig bloot te stellen aan geluidsdruk.

Gemeenschappelijke voorbeelden van top-adres microfoons zijn de Shure SM57 en SM58, evenals de Neumann KM 184 (met links om hun prijzen op Amazon te controleren).

Side-Address

Neumann wordt vermeld in de volgende Mijn Nieuwe Microfoon-artikelen:
– Top Best Microphone Brands You Should Know And Use
– Top Best Studio Monitor Brands You Should Know And Use

Side-address microfoons zijn ontworpen met hun diafragma “naar de zijkant gericht.” De “voorkant” en “achterkant” van het diafragma wijzen naar de zijkanten van de microfoons, waardoor de microfoon het meest gevoelig is voor geluid uit de zijrichtingen.

Met side-address-microfoons zijn alle polaire patronen relatief eenvoudig te bereiken. Deze opstelling maakt het ook mogelijk om twee diafragma’s rug-aan-rug te ontwerpen om een variabele multi-patroon microfoon te creëren.

Gewone voorbeelden van side-address microfoons zijn de Neumann U87, Rode NT1-A, en de AKG C414 (met links om hun prijzen op Amazon te controleren). De U87 en de C414 zijn multi-pattern microfoons.

Het bewegende-spoelmembraan

Het bewegende-spoelmembraan bestaat eigenlijk uit twee afzonderlijke delen: het membraan zelf en de bewegende spoel. Maar omdat ze aan elkaar vastzitten, is het handig om ze als één bewegend deel te zien. Diafragma’s met bewegende spoelen komen voor in dynamische microfoons met bewegende spoelen.

De combinatie diafragma/bewegende spoel trilt als reactie op externe geluidsgolven. Het diafragma is gevoelig genoeg om het luchtdrukverschil tussen de twee zijden op te vangen. De geleidingsspoel is verantwoordelijk voor de omzetting van deze trilling in een geluidssignaal. Het bewegende spoeldiafragma en het microfoonkapsel werken als een transducer volgens het principe van elektromagnetische inductie.

De bewegende spoeldiafragma’s zijn bijna allemaal rond van vorm en zijn strak gespannen rond een stationaire ring in het microfoonkapsel. De spanning is een cruciale factor in de gevoeligheid van het diafragma voor inkomende geluidsgolven.

In een typisch ontwerp is de spoel ruwweg de helft van de diameter van het diafragma. De verbinding van deze twee elementen creëert een kleine dip of golf in het diafragma. Het diafragma is dus niet perfect vlak. In het diafragma kunnen ook kleine gleufjes zijn uitgesneden en extra golfjes om de prestaties te verbeteren door inherente problemen met de diafragma- en capsulestructuur op te lossen.

Materiaal

De “bewegende spoel” (vaak spreekspoel genoemd) is meestal gemaakt van dun koperdraad dat in een holle cilindervorm is opgerold. Aan weerszijden van de bewegende spoel bevinden zich magneten om maximale elektromagnetische inductie mogelijk te maken.

Het diafragma zelf behoeft in het geheel niet elektrisch geleidend te zijn. Het typische materiaal dat voor de vervaardiging van het diafragma wordt gebruikt, is een polyester film (Mylar is een gebruikelijke merknaam). Deze polyester film (plastic plaat) is dun en sterk genoeg om als een effectief diafragmamateriaal te fungeren!

De spoel is dus aan het diafragma bevestigd en beweegt dus mee. Dit extra gewicht doet een paar dingen met de algemene karakteristieken van het diafragma. Het gewicht en de vorm of moving-coil dynamische microfoons geven in het algemeen aanleiding tot de volgende eigenschappen:

• Daling van de gevoeligheid in het hoge frequentiebereik.
• Een resonantiefrequentie in het hoorbare bereik van het menselijk gehoor.
• Een tragere transiëntrespons dan condensator- en lintmembranen.

Voor meer informatie over dynamische microfoons met bewegende spoel, zie mijn artikelen What Is A Microphone Voice Coil? en Moving-Coil Dynamic Microphones: The In-Depth Guide.

The Ribbon Diaphragm

Het ribbon diafragma is misschien wel het meest interessante type diafragma. Lintmembranen zijn lange, dunne, rechthoekige diafragma’s die slechts aan weerszijden van hun lengte aan hun capsule/baffel zijn bevestigd. Ze zijn meestal gegolfd in plaats van perfect plat en staan onder relatief lage spanning in vergelijking met moving-coil en condensatormembranen.

Ribbonmicrofoons worden ook als dynamisch beschouwd. Net als moving-coil microfoons werken ribbon microfoons op het principe van elektromagnetisme. Echter, in plaats van een afzonderlijk membraan en geleidend stuk samengesmolten, het lint fungeert beide deze elementen tegelijk. Het lint beweegt in reactie op het geluidsdrukverschil tussen zijn achter- en voorzijde. Rondom het lint zijn magneten geplaatst, zodat als het diafragma beweegt, elektromagnetische inductie een geluidssignaal genereert!

Materiaal

De diafragma’s van het lint moeten geleidend en uiterst dun zijn (meestal minder dan 5 micron). Het aluminium is groot in het bereiken van beide deze behoeften. Gegolfd aluminiumfolie maakt veel van de lintmicrofoonmembranen op de markt. Sommige fabrikanten gebruiken sterkere plastic polymeren als basis voor het lint en bedekken deze met geleidend aluminium. In andere gevallen is de aluminiumfolie bedekt met een dun laagje goud. De goudlaag helpt oxidatie van het lint te voorkomen, terwijl goud zelf een betere geleider van aluminium is (alleen niet zo sterk).

Fragiliteit

Een lintmembraan is breekbaar. Windvlagen en de luchtverplaatsing die gepaard gaan met kickdrums en zelfs vocale plosieven kunnen het diafragma uitrekken en blijvende schade veroorzaken. Fantoomvoeding, via slechte kabels of aansluitingen, kan het diafragma ook uitblazen of uitrekken. Daarnaast is de kans groot dat fysiek trauma (vallen van de microfoon) het lintmembraan beschadigt. Het spreekt voor zich dat voorzichtigheid geboden is bij het werken met en opnemen van ribbon microfoons. Het goede nieuws is dat de reparatie vaak alleen een “re-ribboning” van de microfoon vereist. Het slechte nieuws is dat de prijs van een reparatie kan oplopen tot meer dan $350.

Lintmicrofoons zijn van nature opgezet als side-address en hebben een bidirectioneel polair patroon. Vanwege het bidirectionele (figure-8) patroon, vertonen ze ook de grootste hoeveelheden nabijheidseffect.

Voor een grondige lezing over microfoonnaderingseffect, bekijk mijn artikel In-Depth Guide To Microphone Proximity Effect.

De kenmerken van een lintmembraan geven de lintmicrofoons de volgende kwaliteiten (in het algemeen):

• De lage spanning van het membraan levert een resonantiefrequentie op die ver onder het hoorbare bereik van het menselijk gehoor ligt.
• De dunheid van het diafragma geeft een nauwkeurige transient respons.
• Algemene vorm en transducer principe geeft een zachte, natuurlijke roll-off van hoge frequenties.

Voor meer informatie over dynamische ribbon microfoons, bekijk mijn artikel Dynamic Ribbon Microphones: The In-Depth Guide.

The Condenser (Condensator) Diaphragm

Het is het makkelijkst om het membraan van een condensatormicrofoon uit te leggen samen met zijn volledige capsule-ontwerp.

Condenser capsules zijn eigenlijk condensatoren (condensator was vroeger de term voor condensator). Er zijn twee parallelle platen die uit elkaar staan in de vorm van een condensator. In het geval van een condensatormicrofoon zijn deze twee parallelle platen:

1. Een stationaire massieve achterplaat.
2. Een beweegbare voorplaat, bekend als het diafragma!

Capacitors zijn ontworpen om een lading (Q) vast te houden als er een spanning op wordt gezet. De gelijkspanning wordt meestal geleverd via fantoomvoeding (in het geval van echte condensatormicrofoons) of wordt permanent vastgehouden in elektretmateriaal in de platen (in het geval van condensatormicrofoons met elektretcondensator). De lading (Q) blijft, in een ideaal ontwerp, constant.

Het audiosignaal (wisselspanning) van de condensator wordt gemeten met de formule V = Q / C

Sinds (Q) constant is, is het audiosignaal (V) omgekeerd evenredig met de capaciteit (C). Laten we het dus eens hebben over de capaciteit.

Capaciteit is het vermogen van de condensator om een elektrische lading op te slaan. De capaciteit van de condensatorcapsules hangt af van de oppervlakte van de platen, de isolator tussen de platen (lucht), en de afstand tussen de platen. Van deze drie beïnvloedende factoren is de afstand tussen de platen de enige variabele!

Als het condensatormembraan trilt, verandert de afstand tussen de twee platen, wat resulteert in een variërende wisselspanning (audiosignaal)!

Materiaal

De achterplaat van een echte condensator is gewoonlijk gemaakt van massieve metaallegeringen, zoals messing. De diafragmaplaat is vaak gemaakt van ofwel goudgesputterd mylar ofwel uitzonderlijk dun aluminiumfolie.

Electret-condensors zijn meestal van hetzelfde materiaal gemaakt, alleen met een electret-coating over een van hun platen. “Back electrets” zijn de meest efficiënte en hebben een dunne laag electretmateriaal op hun achterplaten. Electretmateriaal kan elk diëlektrisch materiaal zijn, ook plastic of was.

Een veel voorkomend onderscheid tussen condensatormicrofoons is dat van de grootte van het diafragma. Er zijn in principe twee kampen: klein-diafragma condensors en groot-diafragma condensors. Laten we beide in meer detail bespreken.

Kleine-Membraan Condensatoren

Kleine condensatormembranen zijn meestal minder dan 1 inch in diameter, hoewel dit slechts een generalisatie is.

Kleine-Membraan Condensatoren (SDC’s) zijn meestal gebouwd in een “pencil mic” ontwerp, wat betekent dat het top-address microfoons zijn. Daarom vindt u meestal geen bidirectionele of multidirectionele microfoons met een klein diafragma.

Een kleiner diafragma betekent meestal een lagere massa. Dit vertaalt zich in een grotere nauwkeurigheid van de transiënte respons en een langere respons bij hoge frequenties. Omdat het diafragma kleiner is, kan het kapsel ook kleiner worden ontworpen, waardoor een consistentere polaire respons mogelijk is.

De nadelen van kleine diafragma’s zijn een lagere gevoeligheid en daardoor slechtere signaal-ruisverhoudingen. Het uitgangssignaal van de condensatorcapsule is evenredig met de afstand tussen het diafragma en de backplate. Kleinere diafragma’s bewegen niet over zoveel afstand als grote diafragma’s (om dit te visualiseren, denk ik graag aan kleine en grote trampolines). Omdat de gevoeligheid minder is, is de eigenruis van de microfoonelektronica meer uitgesproken in SDC dan in LDC met signalen van hetzelfde niveau.

Large-Diaphragm Condensers

Large condenser diafragma’s zijn typisch 1 inch of meer in diameter, hoewel dit slechts een generalisatie is.

Large-diaphragm Condensers (LDC’s) worden meestal gebouwd als side-address microfoons. Hierdoor is het mogelijk om elk polair patroon in het microfoonkapsel te ontwerpen. Het is zelfs mogelijk om multi-patroon microfoons te maken door een capsule met meerdere membranen te ontwerpen.

De grotere afmeting van het membraan betekent een grotere massa. LDC’s hebben lage resonantiefrequenties, die typisch een basversterking in het basfrequentiebereik veroorzaken. De grotere afmeting van het diafragma betekent ook dat de verplaatsing bij blootstelling aan geluidsgolven groter is dan bij de SDC tegenhangers. Een groter bereik van de verplaatsing van het diafragma betekent een sterker audiosignaal, zodat LDC’s gevoeliger zijn dan SDC’s. Een luidere output bij eenzelfde geluidsdrukniveau geeft grootmembraancondensors een betere signaal-ruisverhouding.

Een nadeel van LDC- en side-address-microfoons is dat hun grote roosters het mogelijk maken dat korte golflengten in de roosterbehuizing rondstuiteren. Als deze frequenties niet goed worden gedempt, ontstaat een onregelmatige high-end frequentierespons.

Er zijn nog een aantal nadelen van grote diafragma’s. De grootte en massa van LDC’s maken ze minder gevoelig voor hoge frequenties. De grotere verplaatsing die de gevoeligheid verhoogt, belemmert in feite de nauwkeurigheid van de transiëntrespons van het grote diafragma. Tenslotte moeten de capsules groter zijn om grotere membranen te kunnen bevatten. LDC’s hebben de neiging om minder consistentie te hebben in hun polaire patronen over hun frequentierespons in vergelijking met SDC’s.

Een andere interessante opmerking over LDC’s is dat sommige diafragma’s edge-terminated zijn, terwijl andere center-terminated zijn. Edge-terminated betekent dat het audiosignaal van de capsule-rand wordt genomen en dat het diafragma dus uit één stuk bestaat. Midden-geïntermineerde diafragma’s hebben hun elektroden in het midden van het diafragma. In theorie hebben midden-geïntermineerde diafragma’s minder resonantiefrequenties, wat betekent dat hun frequentierespons minder grillig is. Hoewel de ontwerpen met centrum-uiteinden een beetje complexer zijn.

Laten we de algemeenheden tussen kleinmembraancondensors (SDC) en grootmembraancondensors (LDC) nog eens samenvatten:

• SDC’s zijn minder gevoelig dan LDC’s
• SDC’s hebben slechtere signaal/ruis-verhoudingen dan LDC’s
• SDC’s hebben een sterkere respons bij hoge frequenties dan LDC’s
• SDC’s hebben een zwakkere respons bij lage frequenties dan LDC’s
• SDC’s hebben een zwakkere respons bij lage frequenties dan LDC’s
• laagfrequente respons dan LDC’s
• SDC’s hebben een nauwkeurigere transiëntrespons dan LDC’s
• SDC’s hebben consistentere polaire patronen dan LDC’s

Voor een gedetailleerde uiteenzetting van de verschillen tussen SDC’s en LDC’s, zie mijn artikel Large-Diaphragm Vs. Small-Diaphragm Condenser Microphones.

De algemene kenmerken van een condensatormembraan geven de condensatormicrofoons de volgende kwaliteiten:

• Het lichte gewicht van het membraan levert een heldere respons bij hoge frequenties.
• De spanning en dunheid van het membraan geven een nauwkeurige transiëntrespons.
• De algemene vorm en het transducerprincipe geven een zachte, natuurlijke roll-off van hoge frequenties.

Diaphragm Performance Factors

Laten we de belangrijkste factoren bespreken die de prestatie van een diafragma beïnvloeden:

• Massa van het diafragma
• Vorm en grootte van het diafragma
• Spanning van het diafragma
• Materiaal van het diafragma
• Geleidbaarheid van het diafragma

De massa van het diafragma

De massa van het diafragma speelt een grote rol bij het bepalen van de frequentie- en transiëntrespons. Beide zijn kritische eigenschappen van een microfoon.

Als al het andere gelijk is, hoe zwaarder een membraan is, hoe lager zijn resonantiefrequentie. Resonantiefrequenties geven een boost aan de frequentierespons van een membraan. Zwaardere diafragma’s hebben ook te lijden onder een gebrek aan helderheid in hoge frequenties. Dit is te wijten aan inertie en de moeilijkheid die geluidsgolven met hoge frequenties ondervinden om inertie te overwinnen.

De grotere inertie die gepaard gaat met grotere massa’s beïnvloedt ook de transiënte respons van het diafragma. Hoe zwaarder het membraan, hoe meer het weerstand zal bieden tegen beweging. Deze weerstand tegen externe geluidsgolven verslechtert de nauwkeurigheid van de transiënte respons van de microfoon.

De vorm en grootte van het diafragma

De vorm en grootte van het diafragma beïnvloeden de frequentierespons en gevoeligheid van de microfoon.

De meeste microfoonmembranen zijn cirkelvormig. Dit geldt voor praktisch alle moving-coil en condenser diafragma’s. Lintmembranen hebben de vorm van lange stroken lint.

In cirkelvormige membranen heeft de diameter betrekking op specifieke resonantiefrequenties. Deze resonantiefrequenties hebben een golflengte die gelijk is aan veelvouden en fracties van de lengte van de diameter. Het is het gemakkelijkst om deze resonantiefrequenties langs de diameter van het diafragma te visualiseren zoals we staande golven in een kamer zouden visualiseren. De golflengten die binnen de diametergrenzen van de membraandoorsnede passen, zullen hetzij constructief, hetzij destructief met zichzelf interfereren. Constructieve en destructieve interferentie beïnvloeden de frequentiespecifieke gevoeligheid respectievelijk positief en negatief.

De grootte van het ronde diafragma bepaalt ook mede de gevoeligheid van de microfoon. Hoe groter het diafragma, hoe meer afstand het kan worden verplaatst vanuit rustpositie (denk aan een kleine versus grote trampoline). Hoe groter de beweging van het diafragma, hoe meer audiosignaal er uit het kapsel komt!

De vorm van het lintmembraan is die van een lange, dunne rechthoek in plaats van een cirkel. Deze strook van het diafragma is ook gegolfd en staat onder veel minder spanning dan zijn ronde tegenhangers.

De niet-cirkelvormige vorm in combinatie met de golving zorgt ervoor dat lintmicrofoons zeer weinig resonantiefrequenties hebben. En de frequenties die wel resoneren, doen dat zwak. Dit zorgt voor een vloeiender frequentierespons!

De spanning van het diafragma

De spanning van het diafragma beïnvloedt de frequentierespons en gevoeligheid van een microfoon.

De beste analogie om microfoonspanning te helpen verklaren is een snaartrommel. Bij het stemmen van een snaartrommel, verhoogt het verhogen van de spanning van het trommelvel (membraan) de fundamentele en resonantiefrequenties van de trommel. Hetzelfde geldt voor het membraan van een microfoonmembraan (hoewel we daar niet met trommelstokken op slaan)!

Wanneer de spanning verder gelijk blijft, worden de resonantiefrequenties van een membraan hoger. De spanning in ronde diafragma’s levert typisch een resonantiefrequentie op in het lage of sub-bas frequentiegebied. Bij lintmembranen is de spanning doorgaans zo laag dat hun fundamentele resonantiefrequentie onder het hoorbare bereik van het menselijk gehoor ligt!

De spanning van het diafragma beïnvloedt ook de gevoeligheid van een microfoon. Hoe strakker een diafragma wordt getrokken, hoe minder verplaatsing het zal ondervinden bij een bepaald geluidsdrukniveau.

Het diafragmamateriaal

Het diafragmamateriaal speelt een cruciale rol bij het bepalen van de algehele respons van een diafragma op geluid.

Diafragma’s moeten dun, beweeglijk, en, meestal, geleidend zijn. Het materiaal dat voor de vervaardiging van diafragma’s wordt gebruikt, moet een hoge treksterkte hebben en nauwkeurig kunnen reageren op variaties in de geluidsdruk. Dit beperkt het aantal bruikbare opties voor diafragmamateriaal.

Polyester film (Mylar is een veel voorkomende merknaam) is een effectief materiaal. Hoewel Mylar niet geleidend is, is het sterk en flexibel genoeg om als diafragmamateriaal uit te blinken. Bewegende spoeldiafragma’s worden vaak uitsluitend van polyester film gemaakt omdat zij niet geleidend hoeven te zijn. Condensatormicrofoonmembranen worden vaak gemaakt van een met goud bedekte polyester film om een geleidend element aan dit materiaal toe te voegen.

Aluminiumfolie is een ander vaak gebruikt materiaal in de membraanconstructie. Aluminium is zowel sterk als geleidend en komt het meest voor in lintmembranen.

De geleidbaarheid van het diafragma

Als extra opmerking over diafragmamateriaal, is de geleidbaarheid van cruciaal belang voor de functionaliteit van een microfoon. Het geleidingsvermogen van het diafragma/de capsule is recht evenredig met de doeltreffendheid van de microfoon als een transducer.

Aluminium, goud, en koper zijn de drie gemeenschappelijkste geleidende materialen die in microfoonmembranen worden gebruikt.

Moving-coil diafragma’s hoeven niet geleidend te zijn. De spoel moet dat echter wel zijn. Koper is in dit geval het gebruikte materiaal.

Ribbon diafragma’s zijn meestal gemaakt van aluminiumfolie. Ze hebben op zijn minst een coating van aluminium of goud als ze niet van aluminiumfolie zijn gemaakt.

Condensdiafragma’s zijn meestal gemaakt van polyesterfolie met goud of electretmateriaal eroverheen gelegd om geleidende redenen.

Verdere vragen

Hebben USB-microfoons dezelfde soort diafragma’s als XLR-microfoons? Ja. Er is geen speciaal “USB-microfoondiafragma”. USB-microfooncapsules en diafragma’s zijn net zo gebouwd als die in XLR-microfoons. Gangbare USB diafragma/capsule ontwerpen zijn de moving-coil, ribbon, en condensator stijl. Het diafragma heeft niets te maken met de omzetting van het audiosignaal naar digitale data.

Heeft een microfoon een diafragma nodig? Alle praktische microfoons hebben een diafragma nodig om effectief als transductor te kunnen werken. Er zijn echter experimentele microfoons ontworpen zonder diafragma. De lasermicrofoon projecteert een laser door een blootgestelde rookstroom. Een lasersensor detecteert de variaties in de rook en zendt een geluidssignaal uit.