Жүзбелгі микрофондар және олардың қолданылуы

Кіріспе

Бетке немесе оның жанында қолданылатын микрофон

Шекаралық микрофон (немесе қысым аймағы микрофоны) – еден, үстел немесе қабырға сияқты бетке (үстіңгі бетке) жақын немесе онымен бір деңгейде орналастырылған бір немесе бірнеше шағын толық бағытты немесе кардиоидты конденсаторлық микрофон капсуласы. Капсулалар әдетте жазық пластинаға немесе корпусқа орнатылады. Бұл орналастыру жартылай кеңістікте бағытталған дыбыс қабылдауын қамтамасыз етеді, сонымен бірге салыстырмалы түрде фазалық үйлесімді шығыс сигналын береді. Шекаралық микрофонды фортепианоның қақпағының ішіне орналастыру арқылы фортепиано микрофоны ретінде қолдануға болады, бұл тәсіл фортепианоның өткір перкуссиялық дыбыстары мен нәзік ырғақтарының араласуын басқа микрофондарға қарағанда жақсырақ түсіруге мүмкіндік береді. Шекаралық микрофондар хоккей алаңында денеге түйіскендегі дыбыс эффектілері үшін қолданылады. Олар сонымен қатар конференц-зал сияқты кеңістіктің толық дыбысын жазу үшін қабырғаға немесе үстелге орнатылады. Солистті немесе шағын музыкалық топты бөлме акустикасымен бірге (мысалы, реверберация) жазу үшін шекаралық микрофон тікелей және шағылған дыбыс арасындағы фазалық кедергілерді болдырмайды, нәтижесінде бірдей қашықтықтағы тұғырлы микрофонмен салыстырғанда тегіс жиілік диапазонымен табиғи дыбыс шығады (төменде түсіндіріледі). Шекаралық микрофондар әдетте басқа микрофондарға қарағанда арзан, бірақ капсулалардың санына және қосымша мүмкіндіктердің болуына немесе болмауына байланысты бағалары әртүрлі болады, мысалы, қосу/өшіру түймелері, сымсыз қосылымдар және капсулаларды қайта орналастыруға арналған тұтқалар. Олар конденсаторлық микрофондар болғандықтан, қуатқа мұқтаж. Шекаралық микрофондардың жазық пішіні бар, олар конференц-үстелге, еденге немесе музыкалық театр сахнасына орналастырылғанда көзге аса түспейді. Сонымен қатар, микрофонды үстелге немесе еденге орналастыру осы қатты беттерге тигенде пайда болатын қосымша дыбыстардың пайда болу ықтималдығын арттыруы мүмкін.

Даму және қызмет

ХХ ғасырдың басында физик Людвиг Прандтль ауа қозғалысын және ауа (немесе сұйықтық) пен объект арасындағы аэродинамикалық күштерді зерттеді. 1904 жылғы 8 тамызда Гейдельбергте өткен үшінші халықаралық математикалық конгресте ол "Über Flüssigkeitsbewegung bei sehr kleiner Reibung" (Өте аз үйкеліс кезінде сұйықтықтың қозғалысы) атты маңызды баяндамасын оқыды. Бұл мақалада ол шекаралық қабатты және оның сүйреу мен ағыс жеңілдету үшін маңыздылығын сипаттады. Мақалада сондай-ақ шекаралық қабаттың нәтижесінде ағыстың бөлінуі де сипатталған. Ол ауа молекулаларының кейбіреуі объектінің бетіне "жабысатынын" анықтады. Объектінің жанындағы кеңістік "шекаралық қабат" деп аталды, себебі ол объектіде (ауа қозғалысы жоқ) және одан тыс еркін ағып жатқан ауа ағысының арасында орналасқан. 1978 жылы аудио инженерлері Эд Лонг пен Рон Викершем дыбыс жазуда шекаралық қабаттың әсерін зерттеді. Жапсырмалы микрофондарды зерттеу барысында, олар микрофон үлкен бетке бірнеше миллиметр қашықтықта орналасқанда, дыбыс сигналдарының когеренттілігі артатынын анықтады, себебі олар шекарада тоқтағаннан кейін де фазада қалады. Толқындар шекарада тоқтаған нүкте "басым өріс" немесе "басым аймақ" деп аталды. Олар сондай-ақ, осы конфигурацияда микрофонды қолдану дыбыс қысымын 6 дБ-ға арттыратынын атап өтті. Лонг пен Викершамның зерттеуінен екі жыл өткен соң, 1980 жылы Crown Audio алғашқы шекаралық микрофонды жасап, сатуға шығарды. Қатты шекаралық бетке немесе одан бірнеше сантиметр жоғары орналасқан дәстүрлі микрофон қажетті тікелей дыбысты, сондай-ақ шекаралық беттен шағылысқан, кешіккен дыбысты қабылдайды. Тікелей және кешіккен шағылысқан дыбыстар микрофонда бірігіп, жақын аралықтағы сүзгіні (comb filtering) құрайды, конструктивті және деструктивті кедергілер жиілік жауабындағы шыңдар мен ойыстарға әкеледі. Көптеген микрофондар үшін шағылыс уақыты 0,1-ден 1 миллисекунд аралығында болады, бұл бірнеше килогерц және октаваның еселігіне сәйкес келетін жиіліктерді жоюға алып келеді. Бұл жиіліктер естілетін болғандықтан, жою эффектілері де естіледі және нәтижедегі дыбыс сигналдарын "түс береді" деп айтылады. Микрофон капсуласының диафрагмасын микрофон корпусындағы пластиналық шекараға параллель және қарама-қарсы бағытта орналастыру арқылы шағылысқан дыбыстың кешігуі азаяды, ал нәтижедегі жақын аралықтағы сүзгінің кедергі жиіліктері естілетін диапазоннан тыс болады. "Шекаралық микрофон" және "басым аймағы микрофоны" (немесе PZM) терминдері бірдей жалпы конструкцияны білдіреді. PZM – Crown компаниясының тіркелген тауар белгісі. Бұл тәсілге қатысты Crown компаниясының тауар белгісі "Фазалық үйлесімді кардиоид" немесе "PCC", бірақ осы техниканы қолданатын басқа өндірушілер де бар. Radio Shack және Tandy сонымен қатар өздерінің шекаралық микрофон дизайны үшін PZM терминін қолданады, онда конденсаторлық капсула базалық тақтадан сәл жоғары орналастырылған. 1986 жылғы бір дереккөз шекаралық микрофонды көрсету үшін "кедергі микрофоны" деген баламалы терминді қолданады.

In the early 20th century, physicist Ludwig Prandtl studied air movement and aerodynamic forces between air (or fluid) and an object. On August 8, 1904, he delivered a groundbreaking paper, Über Flüssigkeitsbewegung bei sehr kleiner Reibung (On the Motion of Fluids in Very Little Friction), at the Third International Mathematics Congress in Heidelberg. In this paper, he described the boundary layer and its importance for drag and streamlining. The paper also described flow separation as a result of the boundary layer. He discovered that some molecules of air "stick" to the object. The place right next to the object was called the "boundary layer", because it was between the object (no movement of air) and the free flowing stream of air beyond it. In 1978, audio engineers Ed Long and Ron Wickersham studied the effects of the boundary layer in sound recording. In a study of flush mounted microphones, they realized if the mic is only a few millimeters away from a large surface, there is a boost in coherence of sound signals, as they are still in phase after being stopped at the boundary. The
point where the waves were stopped at the boundary was called a "pressure field" or "pressure zone". They also noted that using a mic in this set up leads to a six dB boost in sound pressure. Only two years after Long and Wickersham's research, in 1980 Crown Audio developed and marketed the first boundary mic. A conventional microphone placed on, or a few inches above, a hard boundary surface will pick up the desired direct sound as well as delayed sound reflecting off the boundary surface. The direct and delayed reflected sounds will combine at the microphone to create comb filtering, with constructive and destructive interference causing peaks and valleys in the frequency response. The delay time of the reflection for most microphones would be in the range of 0.1 to 1 milliseconds, corresponding to cancellation frequencies of a few kilohertz and octave multiples. Since these frequencies are audible, the cancellation effects are also audible and are said to "color" the resulting audio signals. By placing the diaphragm of the microphone capsule parallel to and facing the plate boundary provided by the microphone package, the reflected sound delay is reduced, and the resulting comb filter interference frequencies are high enough that they are outside the audible range. The terms "boundary microphone" and "pressure zone microphone" (or PZM) refer to the same general design. PZM is a trademarked by Crown. Crown's trademark on this approach is "Phase Coherent Cardioid" or "PCC," but there are other makers who employ this technique as well. Radio Shack and Tandy also use the PZM term for their particular design of a boundary mic, in which the condenser capsule was positioned slightly higher than the base plate. One 1986 source uses the alternate term "barrier microphone" to refer to the boundary microphone approach.

Түрінің ерекшеліктері

Шекаралық микрофондардың бір артықшылығы – олар көзге аса ірікпейтіндігі. Сондықтан, дыбыс инженерлеріне микрофонды орналастыратын немесе бекітетін бетке ең жақсы үйлесетін түсті таңдауға мүмкіндік беру үшін, олар бірнеше түсте қолжетімді болуы мүмкін, бұл микрофонның көзге түсуін одан әрі азайтуға көмектеседі. Кейбір шекаралық микрофондар корпусты бояуды жеңілдету үшін бояу маскасымен бірге келеді. Егер ғимарат архитекторлары визуалды әсерді барынша азайтуды қаласа (мысалы, тарихи шіркеу немесе классикалық музыка сахнасы), қабырғаға дәл сәйкес түс беру үшін жеке бояу қолданылуы мүмкін. Корпус та қолданылу мақсатына қарай әртүрлі болады. Үстелге қоюға арналған модельге аса мықты корпус қажет емес, себебі ол салыстырмалы түрде қауіпсіз жерде орналасқан. Ал музыкалық театр сахнасында қолданылатын шекаралық микрофонға соққы тию ықтималдығы жоғары (мысалы, үстінен басып кетуі мүмкін), сондықтан оған берік, қалың болаттан жасалған корпус қажет. Корпустың тағы бір ерекшелігі – оның мөлшері. Микрофонды жасыру маңызды болған жағдайларда, мысалы, фильм түсірілімінде, кішірек корпусқа мұқтаждық тууы мүмкін. Sanken компаниясының CUB 01 шекаралық микрофоны 32 мм диаметрі мен 12 мм биіктігіне ие, бұл оны теледидар және кино түсірілімінде жасыруды жеңілдетеді, сондай-ақ оны орналастыруды немесе уақытша бекітуді жеңілдетеді (мысалы, автомобильдің ішкі жағына таспамен жабыстыру). Шекаралық микрофондарда XLR немесе 1/4" TRS ұялары болуы мүмкін. Кейбіреулері шағын XLR немесе 1/8" TRS ұяларын қолданады. Кейбір шекаралық микрофондарда төмен жиілікті диапазонды азайту үшін "бас ролл" ауыстырғышы бар, мысалы, микрофон сөйлеуді жазу үшін қолданылатын жағдайларда. Crown PZM 30D модельінде ауыстырылатын сүзгі бар, ол тегіс жауап немесе "жарқын" дыбыс арасында таңдау жасауға мүмкіндік береді. Gold Line CBM1 шекаралық микрофоны мен Crown "Sound Grabber II" конденсаторды қуаттандыру үшін ішкі батареямен жабдықталған. Schoeps BLM 3 шекаралық микрофоны ерекшелігі – жарты шар пішіндегі дыбыс жинау схемасын қамтамасыз ететін "басымды түрлендіргіш" капсуласы. AKG PZM11 – ауа райына төзімді шекаралық микрофон. Оны ашық ауада, мысалы, жылдам тамақтандыру орындарындағы автокөлікке кіретін жолдарда, төлем қабылдау кабиналарында және қауіпсіздік интеркомында орнатуға болады. Оның пластикалық мембранасы жаңбыр суын капсуладан алшақ ұстайды.

Since one of the benefits of boundary microphones is that they are less visually obtrusive, they may be available in several colors, to enable audio engineers to select the color that will blend best with the surface they will be placed on or mounted on, in order to further reduce the mic's visual obtrusiveness. Some boundary mics come with a paint mask to facilitate the custom painting of the housing. Custom painting can be used to provide an exact color match with a wall, in cases where the building architects wish there to be minimal visual impact (e. g. a historical church or a Classical music stage). The housing also varies according to the intended usage. A model intended to be placed on a tabletop does not have to be that heavy duty, as it is in a place where it is relatively safe from impacts. On the other hand, a boundary mic intended for use on a music theater stage is much more likely to face impacts (e. g. being stepped on), so it needs a robust, thick steel casing. Another variation on housing is the size. When concealing the mic is important, such as with film production, a smaller housing may be desirable. Sanken's CUB 01 boundary microphone has a 32 mm diameter and 12 mm height, which makes it easier to hide in TV and film field shooting and easier to reposition or temporarily mount in locations (e. g. taping it onto the inside ceiling of a car). Boundary mics may have XLR or 1/4" TRS jacks. Some use mini XLR or 1/8" TRS jacks. Some boundary mics have a "bass roll off" switch, to reduce boominess in the low frequency range, such as in cases where the mic will be used to pick up speech. The Crown PZM 30D has a switchable filter that allows you to switch between a flat response or a “brighter” sound. Gold Line's CBM1 boundary microphone and Crown's "Sound Grabber II" have an internal battery to power the condenser. Schoeps' BLM 3 boundary microphone is unusual in that it has a "pressure transducer" capsule that provides a hemispherical pickup pattern. AKG's PZM11 is a weather resistant boundary microphone. It can be installed outdoors in places such as fast food restaurant drive through lanes, toll road booths, and security intercoms. It has a plastic membrane that keeps rainwater away from the capsule.