Cosa rende un microfono migliore di un altro e come posso crearne uno mio?


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Sono curioso di conoscere i microfoni e ho alcune domande.

  1. Qual è il componente chiave in essi che rende uno migliore di un altro?
  2. Cosa serve per costruire un microfono di alta qualità da solo? Sto cercando di acquistare un buon microfono e stavo guardando il Blue Yeti come esempio, quindi mi sono solo fatto meravigliare. So che è meglio del mio microfono da un negozio di dollari, ma voglio sapere perché.
  3. Solo per i calci, ho acquistato un microfono a condensatore el- cheapo (2.2K Ohm, 1.5V) con cui giocare, ma non ho idea dei suoi limiti. Per cosa sarebbe utile un microfono come questo?

Consiglio vivamente di unirmi alla Audio Engineering Society e di conoscere alcuni dei produttori di trasduttori lì.
robert bristow-johnson,

Risposte:


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Chiedere cosa rende un microfono migliore di un altro è come chiedere cosa rende migliore un'auto rispetto a un'altra. Questo è un argomento ENORME che posso solo dare una panoramica. Ma ecco qui:

Diaframma

Ovviamente il diaframma è il più importante (ma appena). Questa è la parte che si muove in risposta al suono e in qualche modo converte il suono in segnali elettrici. Questa è la parte che determina se il tuo microfono è dinamico, a condensatore, a nastro o di altro tipo.

Per ottenere una buona risposta in frequenza, il diaframma deve essere molto leggero. Più leggero è, meglio è. Ma più leggero è qualcosa, più fragile è. Quindi devono essere prese misure per renderlo più robusto e / o per proteggerlo da danni.

Un buon diaframma resisterà anche ai danni ambientali. Principalmente umidità, ma anche fumo, temperature estreme, shock, ecc.

Costruire un diaframma è super difficile e richiede materiali e macchinari specializzati. Questo è al di là di quasi tutti gli hobbisti e persino della maggior parte delle aziende. Le probabilità sono che oltre il 75% dei marchi di microfoni venduti in luoghi come Guitar Center non producano i propri diaframmi e potrebbe arrivare fino al 90%.

È possibile creare un diaframma in casa, ma non suonerà affatto bene. Saresti fortunato a crearne uno con "qualità del telefono".

A volte il diaframma è chiamato "capsula microfonica", ma a volte può essere fuorviante.

Meccanico

Le proprietà meccaniche del microfono non devono essere sottovalutate. Per roba meccanica, intendo tutto ciò che non è il diaframma o elettrico. Il corpo del microfono, la griglia, il posizionamento del diaframma all'interno del microfono e persino la clip del microfono.

È principalmente il design meccanico che determina se il microfono è un cardioide, omnidirezionale o iper-cardioide. Probabilmente più al punto, è il design meccanico che determina la quantità di rumore indesiderato respinto. Questo viene fatto attraverso il posizionamento del diaframma e il design della griglia.

Un altro compito importante del design meccanico è quello di ridurre il rumore da manipolazione: il rumore causato da qualcuno che tiene, muove o regola il microfono. In microfoni davvero cattivi, si sentirà chiaramente solo flettere la mano mentre si tiene il microfono.

Il design meccanico aiuta anche a proteggere il microfono da vento, respiro, sputi, fumo, birra, ecc.

Elettrico

La maggior parte dei microfoni, in particolare i microfoni a condensatore, contengono componenti elettronici per aumentare il segnale dal diaframma prima di emetterlo. Alcuni microfoni hanno anche filtri passa-alto commutabili che riducono ulteriormente la maneggevolezza e il rumore legato al vento.

Ovviamente l'elettronica deve essere silenziosa pur essendo in grado di gestire una vasta gamma dinamica senza distorsioni. Anche se questi circuiti sono generalmente molto semplici, renderli di alta qualità è più facile a dirsi che a farsi.

Questo diventa ancora più difficile per i microfoni USB che stanno uscendo. Realizzare un microfono USB di livello consumer non è troppo difficile, ma un microfono USB da studio è difficile a causa dell'elettronica aggiuntiva.

Consistenza

Fare le cose di cui sopra in modo coerente è estremamente importante per un produttore di microfoni. Una volta che hai le costose attrezzature di produzione, è relativamente facile realizzare un microfono di qualità. Ma è difficile realizzare due microfoni di qualità che si abbinino tra loro in livello di uscita, risposta in frequenza, risposta ai transitori, ecc.

Questo è molto importante se hai bisogno di un paio di microfoni per le registrazioni stereo. Se il microfono sinistro ha una risposta in frequenza leggermente diversa rispetto al microfono destro, la registrazione suonerà strana. Quasi ogni azienda di microfoni venderà "coppie abbinate" di microfoni, dove passano attraverso una serie di microfoni e ne trovano due che sono molto simili. Altre aziende non si preoccuperanno nemmeno perché hanno difficoltà a farne 2 uguali.

Costruire un microfono di alta qualità a casa

Questo è super difficile, ma dipende da quanto vuoi fare da solo. Realizzarne uno da zero è quasi impossibile perché richiede abilità e attrezzature che raramente si trovano in una persona (deposito di vapore, elettronica, fabbricazione di metallo, stampaggio ad iniezione di plastica e / o gomma, ecc.).

È possibile eseguire una di queste attività e ricostruire un microfono esistente con tale attività. Ad esempio, potresti prendere un microfono cinese economico e ricostruire o riprogettare l'elettronica in esso. Oppure prendi un tornio e una fresatrice per metallo e ridisegna il corpo di un microfono esistente.

È certamente possibile, con un'attenta ricerca e pianificazione, prendere un microfono da $ 75 e farlo funzionare come un microfono da $ 500.

Ma non preoccuparti di provare a creare i tuoi diaframmi se la qualità audio è il tuo obiettivo. Certamente creane uno solo per imparare cose, ma non aspettarti che suoni bene.

Capsule microfoniche a condensatore El-Cheapo

Questi non sono utili per molto quando si tratta di audio professionale. La qualità non esiste, in termini di rumore, risposta in frequenza, gamma dinamica, ecc. I condensatori professionali hanno un diaframma da 0,5 a 1,0 pollici di diametro per essere sensibili e avere una migliore risposta in frequenza. Quelli economici sono generalmente meno di 0,25 pollici e possibilmente 0,10 pollici.

Array di microfoni

Un'area emergente della ricerca sui microfoni oggi è l'uso di array di microfoni. È qui che vengono utilizzati e combinati molti microfoni el-cheapo in modi utili. Normalmente gli array di microfoni vengono utilizzati per creare un microfono super direzionale per teleconferenza e applicazioni simili. Questa è un'area in cui qualcuno a casa può giocare più facilmente ed eventualmente trovare qualcosa che funzioni meglio di ciò che è disponibile in commercio.


Una cosa che mi chiedevo con i microfoni, tra l'altro, è se si potrebbe migliorare le prestazioni di un diaframma economico aggiungendo un trasduttore ad alta frequenza (ad es. 100 + Khz) vicino per polarizzarlo, in un modo un po 'concettualmente simile al uso del bias su cassette audio. Da quello che ho capito, un problema comune con microfoni economici è l'attrito meccanico; se un microfono riceve un segnale audio da 1 Khz, l'attrito meccanico sovrappone un'onda quadra da 1 Khz che era anti-fase del segnale originale. L'aggiunta di un bias da 100Khz lo trasformerebbe in un'onda quadra da 100Khz, che potrebbe quindi essere filtrata.
supercat

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Bisognerebbe garantire che il livello di polarizzazione fosse abbastanza basso da non indurre distorsioni proprie, ma mi sarei aspettato che la limitazione primaria sul livello del segnale fosse lo spostamento del diaframma; poiché lo spostamento a un dato livello di pressione sonora è inversamente proporzionale alla frequenza, un bias di 100 Khz non dovrebbe richiedere molto spostamento. qualche idea?
supercat

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Alcuni microfoni professionali hanno diaframmi molto piccoli. Questi di solito non sono progettati per voci / strumenti, ma per overhead di batteria, microfoni stereo e così via. Tali microfoni sono generalmente noti per una migliore risposta in frequenza (on o off axis) ma non per la sensibilità. I diaframmi di grandi dimensioni hanno un sacco di colorazione fuori asse per natura.
Bjorn Roche,

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I professionisti dell'audio professionale erano soliti prendere uno dei microfoni PZM radio-shack economici e ricostruire l'elettronica per finire con un microfono fantastico con pochissimi soldi. L'ultima volta che ho controllato non riuscivo più a trovare lo stesso microfono. ma forse se google avrai più fortuna.
Bjorn Roche,

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@rdtsc: Correzione: non un'onda sinusoidale a frequenza fissa, ma piuttosto un rumore filtrato, in modo da evitare l'aliasing ai sottomultipli della frequenza. L'idea di base sarebbe che se una forma d'onda periodica viene immessa in un microfono, l'attrito statico influirebbe sulla stessa parte dell'onda allo stesso modo ad ogni ciclo; l'aggiunta di rumore provocherebbe la conversione della distorsione periodica in rumore aperiodico.
supercat

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Q1

Alcune cose che vengono in mente sono:

  • Gamma dinamica: l'intervallo tra i livelli SPL più bassi e più alti che il microfono può gestire. Ad esempio il fruscio delle foglie di microfonaggio richiederà una buona prestazione di basso livello e il microfonaggio di una grancassa richiederà una buona prestazione di alto livello (cioè nessuna distorsione).
  • Risposta in frequenza: la planarità su tutta la larghezza di banda (ad es. 20Hz - 20kHz) è generalmente auspicabile, ma può essere progettata per es. Una migliore risposta dei bassi.
  • Rapporto segnale / rumore (SNR) e autopotenza: il rapporto segnale-rumore è il rapporto tra un segnale di riferimento e il rumore prodotto dal microfono senza audio (autopotenza). Quindi un SNR alto è buono e un basso rumore di sé è buono. I microfoni a condensatore sono generalmente molto sensibili, più facili da ottenere buone prestazioni SNR e quindi buoni per l'audio di basso livello.
  • Direttività - come l'angolo del suono influisce sulla risposta. Diversi tipi di microfono hanno schemi diversi. Ciò è influenzato sia dal tipo di elemento (dinamico, condensatore, nastro, ecc.) Sia dal design del case:

Qui i modelli di risposta alla direzione (noti come modelli polari ) per un tipico microfono cardioide (a sinistra) e shotgun (a destra)

cardioide polare fucile polare

Di solito sono dati in 2D, ma per coloro che sono nuovi a loro potrebbe essere più facile capire se possiamo vedere una rappresentazione 3D - ecco lo stesso modello cardioide in 3D:

Cardioide 3D

Da questi possiamo vedere che, ad esempio, se è necessario captare l'audio solo da una direzione specifica, il fucile è un buon microfono da utilizzare.

  • Impedenza: quanto è facile abbinare il microfono a vari tipi di apparecchiature e anche quanto potrebbe essere sensibile al rumore (ad esempio i microfoni piezoelettrici, spesso usati su strumenti acustici sono molto sensibili alle vibrazioni) Ad esempio un microfono a bassa impedenza sarà migliore per l'uso con cavi lunghi (evitare di raccogliere ronzii)
  • Durata: la facilità con cui il microfono può essere danneggiato. I microfoni a nastro IIRC sono piuttosto fragili e devono essere maneggiati con cura. Anche gli elementi del condensatore professionale sono abbastanza facili da danneggiare. I tipi meno fragili includono dinamico (bobina mobile) e carbonio.
  • Prezzo - come per molte altre cose nell'audio, questo non è sempre dettato dalle prestazioni. Una capsula a elettrete economica (~ £ 1) se polarizzata correttamente può avere una risposta in frequenza molto migliore rispetto ad esempio a un vecchio microfono a condensatore a valvola che potrebbe essere centinaia. Qui (da Elliott Sound Products) è una discussione ed esempio sull'uso di una capsula a elettrete economica (spesso malignata, ma di solito ciò è dovuto al design scadente piuttosto che alla capsula stessa) per realizzare un microfono di prova con prestazioni paragonabili a modelli professionali.
    Per una discussione ancora più dettagliata ed eccellente, questa tesiconfronta un microfono di prova costruito con una capsula elettrete ~ £ 1 (costo totale intorno a £ 15) con una configurazione del microfono pro che costa ~ £ 500. Il microfono economico supera o corrisponde al microfono professionale nella maggior parte delle aree. Ad esempio, ecco il noise floor per entrambi i microfoni:

Confronto del rumore di fondo

Q2

Se vuoi progettare la capsula stessa, costruire un microfono di qualità sarà piuttosto difficile data la natura fragile e difficile di molti tipi. Probabilmente sceglierei qualcosa come un condensatore di grandi dimensioni o un microfono a elettrete - dovresti essere in grado di procurarti il ​​giusto materiale cinematografico, oppure puoi procurarti un po 'di mylar e applicare una carica permanente ad esso utilizzando un alimentatore ad alta tensione (cerca gli altoparlanti elettrostatici per idee)
Quindi controlla alcuni schemi per il circuito del preamplificatore che è necessario nei microfoni a condensatore (a causa della loro alta impedenza)
Non aspettarti che i tuoi risultati siano grandiosi, ma se fai abbastanza ricerca e prendi il tuo tempo, non lo sai mai. Sarà sicuramente un progetto di apprendimento divertente.

Se vuoi prendere una capsula esistente e costruirci attorno un microfono, sarebbe molto più facile ottenere buoni risultati. È certamente possibile utilizzare componenti e strumenti prontamente disponibili. Leggere attentamente la tesi di cui sopra sarebbe un ottimo punto di partenza.

Q3

Per la terza domanda, è difficile da dire senza vedere le specifiche / la scheda tecnica, ma probabilmente sarà utile come microfono vocale / musicale per scopi generici (non per livelli molto alti)
La qualità dovrebbe essere adatta a qualsiasi uso del consumatore, ma probabilmente non all'altezza degli standard "pro audio" (anche se vedi la nota sopra sul prezzo, nulla è certo)

La pagina Wiki sui microfoni è buona, un'ottima introduzione a molti tipi diversi - vale la pena leggere.


Mi manca il rapporto S / N e la gamma dinamica!
Stevenvh,

@Steven - la gamma dinamica è accennata con il punto di sensibilità e le foglie / grancassa. Penserò a come adattare S / N lì dentro (sentiti libero di modificare se vuoi anche tu)
Oli Glaser

Mi dispiace, Oli, ho appena scansionato i proiettili, non avevo visto che hai incluso la gamma dinamica sotto sensibilità.
Stevenvh,

@Steven - nessun problema, ho aggiunto un po 'su SNR.
Oli Glaser,

Vorrei effettivamente utilizzare i microfoni citati in Q3 come microfoni di misurazione, in particolare in un array per la determinazione della direzione del suono. Sospetto fortemente che abbiano prestazioni inferiori ai microfoni vocali a quasi tutti i livelli. Tuttavia, se usati in un array come menzionato da @ David-Kessner, potrebbero creare un discreto microfono sintetico per fucili da caccia (supponendo che tu abbia l'elettronica per il backup).
MBraedley,
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