Co to jest membrana mikrofonu? (An In-Depth Guide) – My New Microphone

Diafragmy mają wiele wspólnego z dźwiękiem. Śpiewamy z membrany” naszych ciał fizycznych, a jeśli śpiewamy do mikrofonu, to również oddziałujemy z membraną! Każdy praktyczny mikrofon ma membranę i zrozumienie membran jest kluczowe dla mistrzostwa mikrofonowego.

Więc czym jest membrana mikrofonu? Membrana mikrofonu jest cienką membraną, która porusza się w reakcji na zewnętrzne zmiany ciśnienia akustycznego. Membrana mikrofonu jest kluczowym elementem przetwornika w przekształcaniu energii akustycznej w energię elektryczną. Trzy główne typy membran to ruchoma cewka, wstęga i kondensator.

Jest wiele do omówienia, gdy mówimy o membranach mikrofonów. Ten artykuł będzie szczegółowo o popularnych typach membran i rozważania, które bierzemy, gdy mamy do czynienia z membranami mikrofonów!

Co to jest membrana mikrofonu?

Jak wspomniano, membrana mikrofonu jest cienką membraną, która porusza się w reakcji na zmiany ciśnienia dźwięku (fale dźwiękowe). Membrana jest krytycznym składnikiem w przepisie na mikrofon. W rzeczywistości, bez ruchomej membrany, mikrofon nie byłby w stanie wykonywać swojej pracy jako przetwornik. Zbieżny ruch membrany z ciśnieniem dźwięku jest pierwszym krokiem w zmianie energii akustycznej w energię elektryczną.

Ponieważ membrana mikrofonu jest tak cienka, obserwujemy ją jako mającą tylko dwie strony. Ruch membrany jest uzależniony od różnicy ciśnienia akustycznego między jej dwiema stronami.

Membrana mikrofonu jest częścią większej jednostki w mikrofonach zwanej kapsułą. Konstrukcja kapsuły ma ogromne znaczenie w wydajności mikrofonu. Kapsuła jest, ostatecznie, elementem przetwornika w każdym mikrofonie.

Dla dogłębnej lektury na temat kapsuł mikrofonowych, sprawdź mój artykuł What Is A Microphone Capsule? (Plus Top 3 Most Popular Capsules).

Układ kapsuły i membrany tworzy wiele z charakterystycznego dźwięku mikrofonu. Odpowiedź częstotliwościowa, czułość i wzór biegunowy to kilka cech silnie określonych przez kapsułę i projekt membrany.

Istnieją 3 główne typy membran mikrofonowych:

1. Membrana z ruchomą cewką (dynamiczna)
2. Membrana wstęgowa (dynamiczna)
3. Membrana przedniej płyty (pojemnościowa)

Jak porusza się membrana?

Membrany mikrofonów są niezwykle cienkie (niektóre mają mniej niż 5 mikronów). Ta cienkość czyni je bardzo wrażliwymi na wibrujące cząsteczki powietrza w ich bezpośrednim otoczeniu. Bombardowanie” wibrujących cząsteczek powietrza na membranie mikrofonu powoduje jej ruch. Z kolei ten mechaniczny ruch do i z pozycji spoczynkowej jest przekształcany w elektryczne napięcie zmienne (sygnał audio).

Membrana mikrofonu porusza się zgodnie z różnicą ciśnienia akustycznego pomiędzy jej dwiema stronami. Jeśli jedna strona jest „bombardowana” przez cząsteczki powietrza bardziej niż druga, ta strona zostanie wepchnięta do środka. Jeśli obie strony są poddane równej ilości ciśnienia, membrana pozostanie na swoim miejscu.

Innym sposobem na wyjaśnienie ruchu membrany jest spojrzenie na prostą sinusoidę. W sinusoidy, mamy punkty zerowe, szczyty i koryta.

Jak sinusoida podróżuje przez powietrze, wpływa na cząsteczki powietrza, przez które przechodzi. To samo dzieje się, gdy fala dźwiękowa dociera do membrany.

• Na swoich szczytach fala sinusoidalna powoduje maksymalny nacisk na membranę, wciskając ją do środka.
• Przy swoich minimach, sinusoida powoduje maksymalny rarefaction na membranie, wyciągając membranę na zewnątrz.
• A w punktach zerowych sinusoida nie powoduje ruchu membrany.

Fale dźwiękowe poruszają się z prędkością 343 m/s (1125 stóp/s) i są nieskończenie bardziej złożone niż prosta fala sinusoidalna. Jak można sobie wyobrazić, powodują one szybkie drgania membrany w odpowiedzi na zewnętrzne zmiany ciśnienia akustycznego!

Membrany mikrofonów są zaprojektowane tak, aby poruszały się zgodnie ze zmianami ciśnienia akustycznego, dzięki czemu mogą wytwarzać sygnał dźwiękowy, który jest dokładną reprezentacją dźwięku dziejącego się wokół mikrofonu.

Relating Microphone, Loudspeaker, And Thoracic Diaphragms

Porównania są czasami przydatne w wyjaśnianiu rzeczy. Prawdopodobnie wszyscy znamy membranę głośnika, i z pewnością mamy membrany klatki piersiowej w naszych ciałach. Membrana mikrofonu jest podobna do tych dwóch membran! Pozwól mi wyjaśnić.

Membrana głośnika

Głośniki, podobnie jak mikrofony, są przetwornikami. Mikrofony przetwarzają energię fal mechanicznych (dźwięk) na energię elektryczną (sygnał dźwiękowy). Głośniki, odwrotnie, przekształcają energię elektryczną (sygnał dźwiękowy) w energię fal mechanicznych (dźwięk).

Głośniki działają na zasadzie indukcji elektromagnetycznej, tej samej, która rządzi mikrofonami dynamicznymi (które omówimy w dalszej części artykułu). Sygnał audio w postaci napięcia zmiennego jest wysyłany do głośnika. Sygnał ten przechodzi przez nieruchomą cewkę przewodzącą z drutu, która otacza magnes. Prąd elektryczny przepływający przez przewodzący drut powoduje ruch magnesu zgodnie z zasadą indukcji elektromagnetycznej. Ponieważ dźwięk jest prądem zmiennym, magnes porusza się do przodu i do tyłu. Ten magnes jest przymocowany do membrany.

Membrana głośnika porusza się wraz z magnesem, do którego jest przymocowana. Jak membrana wibruje, to pcha i ciągnie powietrze wokół niego, projekcji fal dźwiękowych w przestrzeni.

Mikrofon dynamiczny działa w sposób odwrotny do głośnika. Jeśli mielibyśmy okablować głośnik w odwrotnej kolejności, membrana byłaby w zasadzie membraną mikrofonu! Chociaż, ponieważ membrany głośników są zazwyczaj grubsze, szersze i cięższe niż membrany profesjonalnych mikrofonów, nie byłyby one prawie tak czułe. Skutkowałoby to stłumionym dźwiękiem.

Aby dowiedzieć się, jak okablować głośnik, aby stał się mikrofonem, sprawdź mój artykuł How To Turn A Loudspeaker Into A Microphone In 2 Easy Steps.

Przepona piersiowa

Przepona piersiowa jest cienkim arkuszem mięśni szkieletowych u ludzi i innych ssaków.

W przypadku tej biologicznej przepony, to sam mięsień przepony kurczy się i rozszerza. Przepona piersiowa odgrywa pierwszorzędną rolę w oddychaniu. Gdy mięsień przepony kurczy się, pomaga wciągnąć powietrze do płuc. Gdy przepona się rozluźnia, wypycha powietrze z płuc.

Oddychanie odbywa się w znacznie wolniejszym tempie niż drgania powietrza. Jednak idea przepony poruszającej powietrze jest taka sama.

Pozwól szybko podsumować trzy wspomniane przepony:

• Przepona piersiowa kurczy się i rozszerza, poruszając powietrze do i z płuc.
• Membrana głośnika jest przymocowana do magnesu i porusza się zgodnie z przyłożonym napięciem zmiennym za pomocą indukcji elektromagnetycznej.
• Membrana mikrofonu porusza się zgodnie ze zmianami ciśnienia akustycznego wokół niej.

Zasada Akustyczna: Pressure Versus Pressure-Gradient

Chociaż nie jest to cecha samej membrany, warto wspomnieć o konstrukcji kapsuły i o tym, jak zmienia ona sposób, w jaki dźwięk oddziałuje na membranę.

Istnieją dwa podstawowe rodzaje wzorców biegunowych:

1. Omnikierunkowy – który działa na zasadzie ciśnienia.
2. Bidirectional – który działa na zasadzie gradientu ciśnienia.

Kapsuła może eksponować membranę w oparciu o jedną z tych zasad lub ich kombinację. Kombinacje dają początek wzorom biegunowym typu kardioidalnego.

Zasada ciśnieniowa

Zasada ciśnieniowa ma jedną stronę membrany otwartą na zewnętrzne ciśnienie akustyczne. Druga strona jest zamknięta dla stałego ciśnienia.

Wiemy, że ruch membrany jest spowodowany różnicą ciśnień pomiędzy jej przednią i tylną stroną. Ponieważ tylko jedna strona membrany jest wystawiona na wibracje dźwiękowe, membrana będzie reagować dość dobrze jednakowo na dźwięk ze wszystkich kierunków. Stąd dookólny wzorzec biegunowy!

Aby uzyskać więcej informacji na temat dookólnego wzorca biegunowego, sprawdź mój artykuł What Is An Omnidirectional Microphone? (Polar Pattern + Mic Examples).

Pressure-Gradient Principle

Na zasadzie gradientu ciśnienia obie strony membrany są otwarte na zewnętrzne ciśnienie akustyczne.

Fale dźwiękowe przychodzące bezpośrednio z przodu membrany uderzają najpierw w przód, a z tyłu nieco później. Ta różnica faz powoduje niewielką różnicę ciśnień, powodując ruch membrany. Fale dźwiękowe przychodzące bezpośrednio z tyłu membrany działają w odwrotny sposób.

Fale dźwiękowe przychodzące bezpośrednio z boku membrany uderzają jednocześnie z przodu i z tyłu, nie powodując różnicy ciśnień, a zatem nie powodują ruchu membrany!

W ten sposób zasada gradientu ciśnień daje dwukierunkowy lub „figuralny ósemkowy” wzór polaryzacji. Mikrofon jest wrażliwy na dźwięk dochodzący z przodu i z tyłu, podczas gdy odrzuca dźwięk z boków.

Po więcej informacji na temat dwukierunkowego wzorca biegunowego, sprawdź mój artykuł What Is A Bidirectional/Figure-8 Microphone? (With Mic Examples).

Combining Pressure & Pressure-Gradient

Często kapsuły są projektowane w sposób, który łączy obie te zasady.

Najpopularniejszym wzorcem polarnym mikrofonu jest wzorzec kardioidalny. Jest to w zasadzie 1:1 stosunek ciśnienia i ciśnienia-gradient zasad.

Przez ograniczenie drogi dźwięku docierającego do tyłu membrany, producenci sprytnie uzyskać dostęp do kombinacji obu zasad. Manipulowanie ilością wibracji powietrza po każdej stronie membrany skutkuje różnorodnością wzorów polarnych!

Aby dowiedzieć się więcej o kardioidalnym wzorze polarnym i wszystkich innych wzorach polarnych mikrofonów, sprawdź moje artykuły What Is A Cardioid Microphone? (Polar Pattern + Mic Examples) i The Complete Guide To Microphone Polar Patterns, odpowiednio.

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

Kolejnym punktem do zrobienia w kwestii membran i ich kapsuł jest sposób ich adresowania. Innymi słowy, w jakich kierunkach skierowane są membrany mikrofonów?

Dwa najbardziej powszechne rodzaje adresów to adres górny i adres boczny.

Adres górny

Shure występuje w następujących artykułach My New Microphone:
– Top Best Microphone Brands You Should Know And Use
– Top Best Earphone/Earbud Brands In The World
– Top Best Headphone Brands In The World

Mikrofony top-address mają membrany „zwrócone” w stronę górnej części mikrofonu. Zazwyczaj mikrofon będzie wyglądał tak, jakby był skierowany w kierunku, w którym jest najbardziej czuły.

Typowo mikrofony górnego adresu są ograniczone do dookólnych i kardioidalnych wzorców polarnych, ponieważ jest praktycznie niemożliwe, aby obie strony membrany były równomiernie narażone na ciśnienie akustyczne.

Współczesne przykłady mikrofonów górnego adresu to Shure SM57 i SM58, a także Neumann KM 184 (z łączami do sprawdzenia ich cen na Amazon).

Side-Address

Neumann występuje w następujących artykułach My New Microphone:
– Top Best Microphone Brands You Should Know And Use
– Top Best Studio Monitor Brands You Should Know And Use

Mikrofony side-address są zaprojektowane z membranami skierowanymi „na bok”.” Przód” i „tył” membrany wskazują na boki mikrofonów, czyniąc mikrofon najbardziej wrażliwym na dźwięk z kierunków bocznych.

Z mikrofonami bocznego adresu, wszystkie wzorce biegunów są stosunkowo łatwe do osiągnięcia. Ta konfiguracja pozwala również na dwie membrany być zaprojektowane back-to-back w celu utworzenia zmiennej multi-pattern microphone.

Common przykłady side-address mikrofony są Neumann U87, Rode NT1-A, i AKG C414 (z linków, aby sprawdzić ich ceny na Amazon). The U87 i C414 są multi-pattern microphones.

The Moving-Coil Diaphragm

The moving-coil diaphragm is actually made of two separate parts: the diaphragm itself and the moving coil. Jednakże, ponieważ są one połączone ze sobą, warto myśleć o nich jako o jednym ruchomym elemencie. Membrany z ruchomą cewką znajdują się w mikrofonach dynamicznych z ruchomą cewką.

Kombinacja membrany i cewki przewodzącej drga w reakcji na zewnętrzne fale dźwiękowe. Membrana jest odpowiedzialna za bycie wystarczająco czułą, aby wychwycić różnicę ciśnienia powietrza pomiędzy jej dwiema stronami. Cewka przewodząca jest odpowiedzialna za przekształcenie tych wibracji w sygnał audio. Ruchoma membrana cewki i kapsuła działają jako przetwornik na zasadzie indukcji elektromagnetycznej.

Moving-coil membrany są prawie wszystkie okrągłe w kształcie i są rozciągnięte mocno wokół stacjonarnego pierścienia w kapsule mikrofonu. Napięcie jest kluczowym czynnikiem wrażliwości membrany na przychodzące fale dźwiękowe.

W typowej konstrukcji, cewka jest mniej więcej w połowie średnicy membrany. Połączenie tych dwóch elementów tworzy niewielkie wgłębienie lub pofałdowanie w membranie. Dlatego membrana nie jest idealnie płaska. Membrana może mieć również wycięte maleńkie szczeliny w kształcie listków i dodatkowe pofałdowania, aby poprawić jej działanie poprzez naprawienie nieodłącznych problemów związanych z konstrukcją membrany i kapsuły.

Materiał

„Cewka ruchoma” (często nazywana cewką drgającą) jest zazwyczaj wykonana z cienkiego drutu miedzianego zwiniętego w pusty cylindryczny kształt. Po obu stronach ruchomej cewki znajdują się magnesy, aby umożliwić maksymalną indukcję elektromagnetyczną.

Sama membrana nie musi w ogóle przewodzić prądu elektrycznego. Typowym materiałem używanym do produkcji membrany jest folia poliestrowa (Mylar jest powszechną nazwą handlową). Ta folia poliestrowa (arkusz plastiku) jest cienka i wystarczająco mocna, aby działać jako skuteczny materiał membrany!

Tak więc cewka jest przymocowana do membrany i dlatego porusza się z nią. Ta dodatkowa waga wpływa na ogólną charakterystykę membrany. Waga i kształt lub mikrofony dynamiczne z ruchomą cewką generalnie powodują powstanie następujących cech:

• Zmniejszona czułość w zakresie wysokich częstotliwości.
• Częstotliwość rezonansowa w słyszalnym zakresie ludzkiego słuchu.
• Wolniejsza odpowiedź przejściowa niż w przypadku membran pojemnościowych i wstęgowych.

Więcej informacji na temat mikrofonów dynamicznych z ruchomą cewką można znaleźć w moich artykułach What Is A Microphone Voice Coil? i Moving-Coil Dynamic Microphones: The In-Depth Guide.

The Ribbon Diaphragm

Membrana wstęgowa jest prawdopodobnie najbardziej interesującym typem membrany. Membrany wstęgowe to długie, cienkie, prostokątne membrany, które są przymocowane do kapsuły/bafla tylko po obu stronach ich długości. Są one najczęściej pofałdowane, a nie idealnie płaskie i znajdują się pod stosunkowo niskim napięciem w porównaniu z membranami moving-coil i pojemnościowymi.

Mikrofony wstęgowe są również uważane za dynamiczne. Podobnie jak mikrofony z ruchomą cewką, mikrofony wstęgowe działają na zasadzie elektromagnetyzmu. Jednak zamiast oddzielnej membrany i elementu przewodzącego połączonych razem, wstążka działa jako oba te elementy jednocześnie. Wstążka porusza się w reakcji na różnicę ciśnienia akustycznego pomiędzy jej tylną i przednią stroną. Magnesy są umieszczone na obwodzie wstęgi, więc gdy membrana się porusza, indukcja elektromagnetyczna generuje sygnał audio!

Materiał

Membrany wstęgowe muszą być przewodzące i niezwykle cienkie (zazwyczaj mniej niż 5 mikronów). Aluminium jest doskonałe w osiąganiu obu tych potrzeb. Karbowana folia aluminiowa tworzy wiele z membran mikrofonów wstęgowych na rynku. Niektórzy producenci wykorzystują mocniejsze plastikowe polimery jako podstawę wstęgi i pokrywają je przewodzącym aluminium. W innych przypadkach można znaleźć folię aluminiową pokrytą cienką warstwą złota. Warstwa złota pomaga zapobiegać utlenianiu wstążki, podczas gdy złoto samo w sobie jest lepszym przewodnikiem aluminium (tylko nie tak silne).

Fragility

A Ribbon membrana jest krucha. Podmuchy wiatru i ruch powietrza związany z uderzeniami bębnów, a nawet wokalami, mogą rozciągnąć membranę, powodując jej trwałe uszkodzenie. Zasilanie fantomowe, jeśli jest przesyłane przez złe kable lub połączenia, również ma potencjał, aby wydmuchać lub rozciągnąć membranę. Aby dodać do listy, fizyczne urazy (upadki mikrofonu) również mają duże prawdopodobieństwo uszkodzenia membrany wstęgowej. Oczywistym jest, że należy zachować ostrożność podczas obsługi i nagrywania z mikrofonami wstęgowymi. Dobrą wiadomością jest to, że często naprawa wymaga tylko „reribboningu” mikrofonu. Zła wiadomość jest taka, że cena naprawy może wynieść nawet $350.

Z natury mikrofony wstęgowe są ustawione jako side-address i mają dwukierunkowe wzorce biegunowe. Ze względu na dwukierunkowy (figura-8) wzór, wykazują one również największe ilości efektu zbliżeniowego.

Dla dogłębnego zapoznania się z efektem zbliżeniowym mikrofonu, sprawdź mój artykuł In-Depth Guide To Microphone Proximity Effect.

Charakterystyka membrany wstęgowej nadaje mikrofonom wstęgowym następujące cechy (ogólnie rzecz biorąc):

• Niskie napięcie membrany daje częstotliwość rezonansową znacznie poniżej słyszalnego zakresu ludzkiego słuchu.
• Cienkość membrany daje dokładną odpowiedź transjentową.
• Ogólny kształt i zasada działania przetwornika daje łagodne, naturalne wywijanie wysokich częstotliwości.

Więcej informacji na temat dynamicznych mikrofonów wstęgowych można znaleźć w moim artykule Dynamic Ribbon Microphones: The In-Depth Guide.

The Condenser (Capacitor) Diaphragm

Najłatwiej jest wyjaśnić membranę mikrofonu pojemnościowego wraz z jego pełną konstrukcją kapsuły.

Kapsuły kondensatorowe są w zasadzie kondensatorami (kondensator był kiedyś terminem na kondensator). Istnieją dwie równoległe płytki oddalone od siebie w formie kondensatora. W przypadku mikrofonu pojemnościowego, te dwie równoległe płyty są:

1. Stacjonarny solidny backplate.
2. Ruchoma płyta przednia, zwana membraną!

Kondensatory są przeznaczone do utrzymywania ładunku (Q), gdy są zasilane napięciem. Napięcie stałe jest najczęściej dostarczane poprzez zasilanie fantomowe (w przypadku prawdziwych mikrofonów pojemnościowych) lub jest na stałe utrzymywane w materiale elektretowym w płytkach (w przypadku elektretowych mikrofonów pojemnościowych). Ładunek (Q), w idealnym projekcie, pozostaje stały.

Sygnał audio (napięcie AC) wyjście kondensatora jest mierzone z wzorem V = Q / C

Skoro (Q) jest stały, sygnał audio (V) jest odwrotnie proporcjonalny do pojemności (C). Porozmawiajmy więc o pojemności.

Kapacytancja to zdolność kondensatora do przechowywania ładunku elektrycznego. Pojemność kapsuł kondensatora zależy od powierzchni płyt, izolatora między płytami (powietrze) i odległości między płytami. Z tych trzech czynników wpływających, odległość między płytami jest jedyną zmienną!

Jak membrana kondensatora wibruje, odległość między dwoma płytami zmienia się, co skutkuje zmiennym napięciem AC (sygnał audio)!

Materiał

Płyta tylna prawdziwego kondensatora jest zazwyczaj wykonana z litych stopów metali, takich jak mosiądz. Płyta membrany jest często wykonana z napylonego złotem mylaru lub wyjątkowo cienkiej folii aluminiowej.

Kondensatory elektretowe są zazwyczaj wykonane z tego samego materiału, tylko z powłoką elektretową na jednej z płyt. „Elektrety wsteczne” są najbardziej wydajne i mają cienką warstwę materiału elektretowego na swoich płytach tylnych. Electret materiały mogą być dowolny materiał dielektryczny, w tym z tworzywa sztucznego lub wosku.

Powszechne rozróżnienie mikrofonów pojemnościowych jest przez rozmiar membrany. Istnieją zasadniczo dwa obozy: kondensatory z małą membraną i kondensatory z dużą membraną. Let’s discuss both in more detail.

Small-Diaphragm Condensers

Small condenser diaphragms are typically less than 1 inch in diameter, though this only a generalization.

Small-diaphragm condensers (SDCs) are usually built in a „pencil mic” design, meaning they are top-address microphones. Z tego powodu zazwyczaj nie można znaleźć dwukierunkowych lub wielokierunkowych mikrofonów o małej membranie.

Mniejsza membrana zazwyczaj oznacza mniejszą masę. Przekłada się to na zwiększoną dokładność odpowiedzi w stanach przejściowych i rozszerzoną odpowiedź w zakresie wysokich częstotliwości. Ponieważ membrana jest mniejsza, kapsuła może być również zaprojektowana jako mniejsza, co pozwala na bardziej spójną odpowiedź biegunową.

Wadami małych membran są niższe oceny czułości, a zatem gorszy stosunek sygnału do szumu. Sygnał wyjściowy kapsuły kondensatorowej jest proporcjonalny do odległości pomiędzy membraną a płytą tylną. Mniejsze membrany nie poruszają się na tak dużą odległość jak duże membrany (aby to zobrazować, lubię myśleć o małych i dużych trampolinach). Ponieważ czułość jest mniejsza, szum własny elektroniki mikrofonu jest bardziej wyraźny w SDC niż w LDC przy sygnałach o tym samym poziomie.

Kondensatory wielkomembranowe

Większe membrany kondensatorów mają zwykle średnicę 1 cala lub większą, choć jest to tylko uogólnienie.

Kondensatory wielkomembranowe (LDC) są zwykle budowane jako mikrofony z bocznym adresem. Pozwala to na zaprojektowanie dowolnego wzoru polaryzacji w kapsule mikrofonu. Możliwe jest nawet tworzenie mikrofonów o wielu wzorach poprzez zaprojektowanie kapsuły z wieloma membranami.

Większy rozmiar membrany oznacza większą masę. LDC mają niskie częstotliwości rezonansowe, zazwyczaj tworząc podbicie basów w zakresie częstotliwości basowych. Większy rozmiar membrany oznacza również, że jej przemieszczenie pod wpływem fal dźwiękowych jest większe niż w przypadku odpowiedników SDC. Większy zakres przemieszczenia membrany oznacza silniejszy sygnał dźwiękowy, więc LDC są bardziej czułe niż SDC. Głośniejsze wyjście przy tym samym poziomie ciśnienia akustycznego daje kondensatorom z dużą membraną lepszy stosunek sygnału do szumu.

Wadą LDC i mikrofonów boczno-adresowych jest to, że ich duże maskownice pozwalają na odbijanie się fal o krótkich długościach wewnątrz obudowy maskownicy. Jeśli nie są odpowiednio wytłumione, te częstotliwości stworzą nieregularną odpowiedź częstotliwościową high-end.

Istnieje jeszcze kilka minusów dużych membran. Rozmiar i masa przetworników LDC sprawiają, że są one mniej wrażliwe na wysokie częstotliwości. Większe przesunięcie, które zwiększa czułość, w rzeczywistości utrudnia dokładność odpowiedzi transjentów z dużą membraną. Wreszcie, kapsuły muszą być większe, aby pomieścić większe membrany. LDC mają tendencję do mniejszej spójności w ich wzorcach biegunowych w ich odpowiedzi częstotliwości w porównaniu do SDC.

Inna interesująca uwaga na temat LDC jest taka, że niektóre membrany są zakończone na krawędzi, podczas gdy inne są zakończone w centrum. Edge-terminated oznacza, że sygnał audio jest pobierany z krawędzi kapsuły, a więc membrana jest jednym pełnym kawałkiem. Membrany typu center-terminated mają elektrody w środku membrany. W teorii, membrany centrowane mają mniej częstotliwości rezonansowych, co oznacza, że ich odpowiedzi częstotliwościowe są mniej nieregularne. Chociaż konstrukcje z centralnie zakończonymi membranami są nieco bardziej skomplikowane.

Podsumujmy ogólne zasady pomiędzy kondensatorami z małą membraną (SDC) i kondensatorami z dużą membraną (LDC):

• SDC są mniej czułe niż LDC
• SDC mają gorszy stosunek sygnału do szumu niż LDC
• SDC mają silniejsze odpowiedzi wysokoczęstotliwościowe niż LDC
• SDC mają słabsze odpowiedzi nisko-częstotliwości niż LDC
• SDC mają dokładniejsze odpowiedzi transjentów niż LDC
• SDC mają bardziej spójne wzorce biegunowe niż LDC

Dla szczegółowego opisu różnic pomiędzy SDC i LDC, sprawdź mój artykuł Large-Diaphragm Vs. Small-Diaphragm Condenser Microphones.

Ogólne cechy membrany kondensatora nadają mikrofonom pojemnościowym następujące właściwości:

• Niska waga membrany daje jasną odpowiedź w zakresie górnych częstotliwości.
• Napięcie i cienkość membrany dają dokładną odpowiedź w stanach przejściowych.
• Ogólny kształt i zasada działania przetwornika daje łagodne, naturalne zwijanie wysokich częstotliwości.

Faktory wydajności membrany

Przedyskutujmy główne czynniki, które wpływają na wydajność membrany:

• Masa membrany
• Kształt i rozmiar membrany
• Naprężenie membrany
• Materiał membrany
• Przewodność masy membrany

Masa membrany

Masa membrany odgrywa dużą rolę w określaniu odpowiedzi częstotliwościowej i przejściowej. Obie te cechy są krytycznymi charakterystykami mikrofonu.

Wszystko inne jest równe, im cięższa jest membrana, tym niższa jest jej częstotliwość rezonansowa. Częstotliwości rezonansowe oferują wzmocnienie w odpowiedzi częstotliwościowej membrany. Cięższe membrany cierpią również na brak klarowności w wysokich częstotliwościach. Wynika to z bezwładności i trudności, jakie napotykają fale dźwiękowe o wysokiej częstotliwości w pokonywaniu bezwładności.

Zwiększona bezwładność, która wiąże się z większymi masami, wpływa również na odpowiedź przejściową membrany. Im cięższa membrana, tym większy będzie jej opór podczas ruchu. Ten opór przeciwko zewnętrznym falom dźwiękowym pogarsza dokładność odpowiedzi przejściowej mikrofonu.

Kształt i wielkość membrany

Kształt i wielkość membrany wpływają na odpowiedź częstotliwościową i czułość mikrofonu.

Większość membran mikrofonów ma kształt koła. Dotyczy to praktycznie wszystkich membran cewek ruchomych i pojemnościowych. Membrany wstęgowe mają kształt długich pasków wstęgi.

W membranach okrągłych średnica odnosi się do określonych częstotliwości rezonansowych. Te częstotliwości rezonansowe mają długość fali równą wielokrotności i ułamkowi długości średnicy. Najłatwiej jest wyobrazić sobie te częstotliwości rezonansowe wzdłuż średnicy membrany, tak jak fale stojące w pokoju. Fale, które mieszczą się w granicach średnicy obwodu membrany, będą interferować ze sobą konstruktywnie lub destrukcyjnie. Konstruktywne i destrukcyjne interferencje wpływają na specyficzną dla częstotliwości czułość odpowiednio pozytywnie i negatywnie.

Rozmiar okrągłej membrany również pomaga określić czułość mikrofonu. Wszystko inne jest równe, im większa membrana, tym większa odległość może być przesunięta od pozycji spoczynkowej (pomyśl o małej vs dużej trampolinie). Im większy ruch membrany, tym więcej sygnału audio na wyjściu z kapsuły!

Kształt membrany wstęgowej jest raczej długim, cienkim prostokątem niż okręgiem. Ten pasek membrany jest również pofałdowany i pod znacznie mniejszym napięciem niż jego okrągłe odpowiedniki.

Nieokrągły kształt w połączeniu z pofałdowaniem sprawia, że mikrofony wstęgowe mają bardzo mało częstotliwości rezonansowych. A te częstotliwości, które rezonują, robią to słabo. This makes for a smoothother frequency response!

The Tension Of The Diaphragm

Napięcie membrany wpływa na odpowiedź częstotliwościową i czułość mikrofonu.

Najlepszą analogią, która pomoże wyjaśnić napięcie mikrofonu jest werbel. Podczas strojenia werbla, zwiększając napięcie głowy bębna (membrana) zwiększa podstawowe i rezonansowe częstotliwości bębna. Tak samo jest z membraną mikrofonu (choć nie uderzamy w nią pałeczkami)!

Wszystko inne pozostaje takie samo, zwiększenie napięcia zwiększa częstotliwości rezonansowe membrany. Naciąg w membranach okrągłych zazwyczaj daje częstotliwość rezonansową w zakresie częstotliwości basowych lub subbasowych. Membrany wstęgowe są zazwyczaj tak nisko naprężone, że ich podstawowa częstotliwość rezonansowa jest poniżej słyszalnego zakresu słyszalności człowieka!

Naprężenie membrany wpływa również na czułość mikrofonu. Im mocniej naciągnięta jest membrana, tym mniejszego przemieszczenia doświadczy przy danym poziomie ciśnienia akustycznego.

Materiał membrany

Materiał membrany odgrywa krytyczną rolę w określaniu ogólnej odpowiedzi membrany na dźwięk.

Membrany muszą być cienkie, ruchome i, w większości przypadków, przewodzące. Materiał używany do produkcji membran musi mieć wysoką wytrzymałość na rozciąganie i być w stanie precyzyjnie reagować na zmiany ciśnienia akustycznego. Zmniejsza to liczbę wykonalnych opcji dla materiału membrany.

Folia poliestrowa (Mylar jest popularną nazwą handlową) jest skutecznym materiałem. Chociaż Mylar nie przewodzi prądu, jest na tyle mocny i elastyczny, że doskonale sprawdza się jako materiał na membrany. Membrany ruchomych cewek są często wykonane wyłącznie z folii poliestrowej, ponieważ nie wymaga się od nich, aby były przewodzące. Membrany mikrofonów kondensatorowych są często wykonane z pokrytej złotem folii poliestrowej w celu dodania elementu przewodzącego do tego materiału.

Folia aluminiowa jest kolejnym często stosowanym materiałem w konstrukcji membrany. Aluminium jest zarówno silne i przewodzące i pokazuje się najczęściej w membranie wstążki.

Przewodność membrany

Jako dodatkowa uwaga na temat materiału membrany, przewodność ma krytyczne znaczenie dla funkcjonalności mikrofonu. Przewodność membrany/kapsułki jest wprost proporcjonalna do skuteczności mikrofonu jako przetwornika.

Aluminium, złoto i miedź są trzema najbardziej powszechnymi materiałami przewodzącymi stosowanymi w membranach mikrofonów.

Moveing-coil diaphragms nie muszą być przewodzące. Jednakże, dołączona cewka musi być. Miedź jest materiałem używanym w tym przypadku.

Membrany wstęgowe są zazwyczaj wykonane z folii aluminiowej. Jeśli nie są wykonane z folii aluminiowej, będą przynajmniej pokryte aluminium lub złotem.

Membrany kondensatorów są zwykle wykonane z folii poliestrowej ze złotem lub materiałem elektretowym nałożonym na wierzch ze względu na przewodnictwo.

Pytania powiązane

Czy mikrofony USB mają taki sam rodzaj membran jak mikrofony XLR? Tak. Nie ma specjalnej „membrany mikrofonu USB”. Kapsuły i membrany mikrofonów USB są zbudowane tak samo jak te w mikrofonach XLR. Typowe konstrukcje membran/kapsuł USB to ruchoma cewka, wstęga i styl kondensatorowy. Membrana nie ma nic wspólnego z konwersją sygnału audio na dane cyfrowe.

Czy mikrofon potrzebuje membrany? Wszystkie praktyczne mikrofony potrzebują membran, aby działać efektywnie jako przetworniki. Istnieją jednak eksperymentalne mikrofony zaprojektowane bez membran. Mikrofon laserowy emituje laser przez odsłonięty strumień dymu. Czujnik laserowy wykrywa zmiany w dymie i wysyła sygnał dźwiękowy.