Пол Уайт: Эффективное использование вариантов направленности микрофонов

часть 1

Опубликовано в журнале «Sound on Sound» в марте 2007 года

Пол Уайт

Знание различных видов направленностей микрофонов может помочь Вам достичь лучших результатов при записи. Если Вы смущены тем, что означает эта фраза, то наш небольшой справочник по вариантам направленности микрофонов поможет Вам сделать шаг в правильном направлении.

Каждый учебник по технологии музыки включает описание различных вариантов направленности микрофонов. Но что большинство пользователей действительно желают знать, так это то, какие выгоды они могут дать, и в каких ситуациях лучше всего их использовать. В этой статье я сконцентрируюсь на применениях единственного микрофона, а о стереофонии мы поговорим в следующей статье.

Основы

Напомню Вам, что диаграммы направленности на иллюстрациях хоть и выглядят двумерными, но на самом деле судите о них в трёх измерениях. Например, диаграмма всенаправленного микрофона, нарисованная на бумаге, похожа на круг, но на самом деле – это сфера.

Несмотря на то, что в продаже имеется множество микрофонов с переключаемыми характеристиками направленности, на самом деле есть только два фундаментальных варианта: всенаправленная (omni) или «круговая», и «восьмёрка». Все остальные варианты, включая популярную кардиоиду, созданы путём комбинирования этих двух.

Всенаправленные микрофоны имеют практически сферическую чувствительность, что делает их очень полезными для получения естественно звучащей записи. Они идеальны для того, чтобы записывать струнные инструменты или акустическую гитару – при условии, что запись производится в приятно звучащей комнате.

Всенаправленные микрофоны часто называют «микрофонами давления», потому что, по существу, они просто измеряют давление воздуха в какой-то точке пространства. Диафрагма наглухо закрывает кювету, и по сути дела, микрофон ведёт себя как маленький барометр, способный реагировать на давление, изменяющееся со звуковой частотой. У него нет никаких средств обнаружения направления, откуда приходит звук, и таким образом, такой микрофон является всенаправленным. Для него существенны только лишь вариации давления, и такой микрофон имеет более или менее одинаковую чувствительность к звукам от всех направлений – запомните эту мысль, поскольку я возвращусь к ней позже.

Чтобы такой микрофон не вёл себя совсем уж как метеорологический барометр и не реагировал на погоду, его кювета изготавливается так, чтобы была маленькая воздушная утечка. Либо в неё устанавливается специальный клапан, который реагирует на инфранизкие колебания атмосферного давления и уравнивает давление внутри кюветы с атмосферным. Это предотвращает долговременное смещение диафрагмы от её нормального положения. Естественно, что на звуковые частоты это реагировать не должно.

Эта диаграмма показывает три основных вида направленности. Всё остальное – это вариации этих трёх. Синий круг – всенаправленная характеристика, красные круги – восьмёрка и зелёная линия – кардиоида.

Механическая простота этого «управления давлением» гарантирует, что звук, приходящий вне оси микрофона, будет захвачен с достаточной точностью (с точки зрения АЧХ). Однако, физический размер диафрагмы любого микрофона будет всегда способствовать некоторой потере высоких частот – и чем больше диафрагма, тем сильнее выражена эта потеря. (В идеале, диафрагма должна представлять собой точку. Но это из разряда вечных двигателей…) Если Вы представите себе звуковую волну, приближающиеся к диафрагме под углом, скажем, 45 градусов по отношению к оси, то звук достигнет одной стороны диафрагмы немного раньше, чем другой. Это приведёт к некоторому рассогласованию фаз в высоких частотах, и следовательно, к небольшой потере в высокочастотном диапазоне. Именно поэтому, прецизионные измерительные микрофоны обычно имеют капсюли очень маленького диаметра. Это создаёт другую проблему, поскольку маленькая диафрагма захватывает мало звуковой энергии. Это требует большего усиления, которое, в свою очередь, приводит к более высокому уровню электрических шумов. Из-за этого, такие микрофоны редко применяются для записи музыки.

Другое преимущество всенаправленных микрофонов – расширенный низкочастотный диапазон. Обычно, он на октаву больше, чем у кардиоидного микрофона аналогичного размера. Они также менее восприимчивы к подбиранию шума и грохота от механических вибраций, чем кардиоидные.

Микрофон, имеющий характеристику направленности типа «восьмёрка», используют диафрагму, открытую для воздуха с двух сторон. Она реагирует не давление как таковое, а на его разницу (или градиент) между своим фронтом и тылом. Такие микрофоны имеют общее название «микрофоны градиента давления» (иногда, их называют также «скоростными микрофонами», потому что они могут определять скорость звуковых волн). Это устройство диафрагмы делает их очень чувствительными к звукам, приходящим со стороны передней или тыловой оси. Звуки же, приходящие с боков, не вызывают движения диафрагмы вообще (нет разницы давлений). Звук, поднятый тылом диафрагмы, производит инвертированный (перевёрнутый) электрический сигнал по сравнению с тем же самым звуком, поднятым её фронтом (Это вполне логично. Вспомните, например, динамики в Ваших колонках).

Частотная характеристика «осевых» звуков достаточно равномерна в пределах ограничений, накладываемых размером диафрагмы. Другими словами, чем меньше диафрагма, тем больше точность захвата «вне-осевых» звуков. Критический аспект «микрофона градиента давления» - то, что уровень выходного сигнала падает с уменьшением частоты. Это происходит из-за того, что разница давления по сторонам диафрагмы уменьшается с ростом длины звуковой волны. Чтобы преодолеть эту проблему, зачастую используется специальное демпфирование диафрагмы, чтобы ей было легче реагировать на низкочастотные звуки, чем на высокочастотные. Это приводит к более ровной АЧХ. Побочный эффект этого – то, что микрофон становится достаточно чувствителен к механическим вибрациям.

Эффект близости

Другой важный фактор, о котором Вы должны знать – то, что все «микрофоны градиента давления» показывают, в той или иной степени, «эффект близости». Так называется низкочастотное повышение, которое происходит, когда микрофон используется очень близко к звуковому источнику. Принцип возникновения этого эффекта мы не будем рассматривать, поскольку это весьма сложная тема, но с точки зрения практического применения, замечу, что в этом может быть и сила и слабость – всё зависит от того, чего Вы пытаетесь достигнуть.

Здесь оба микрофона имеют характеристику направленности «восьмёрка». Микрофоны расположены так, чтобы большая часть вокального звука приходила в «глухие» бока гитарного микрофона и наоборот. Это даст лучшее разделение, чем при использовании кардиоидных или всенаправленных микрофонов. Однако учтите, что они поднимают и тыловые звуки. Так что постарайтесь сделать всё возможное, чтобы их избежать.

Если Вы скомбинируете капсюли вышеописанных конструкций в одном микрофоне или сделаете капсюль, имеющий свойства обоих, то в результате Вы получите кардиоидную модель. Объединяя фронтальную осевую чувствительность «восьмёрки» и «круга», Вы получите сильную отдачу (повышенную чувствительность) с фронта микрофона. По сторонам у «восьмёрки» нет ничего, чтобы добавить к кругу. Следовательно, бока кардиоиды менее чувствительны, чем её фронт. Вторая, тыльная половинка «восьмёрки», обладает такой же отдачей, как и «круг», но сигнал, произведённый ею, обладает обратной полярностью по отношению к «кругу». Таким образом, они взаимно компенсируют друг друга. Следовательно, микрофон становится чрезвычайно нечувствительным к тыловым звукам.

Кардиоидный тип направленности широко используется из-за её способности «предвзято» относиться к звукам, прибывающим со сторон или тыла микрофона. Однако, когда Вы более пристально посмотрите на то, как ведёт себя кардиоидный микрофон, то скоро станет очевидно, что он не является абсолютно универсальным решением для всех видов применений.

Хотя первые кардиоидные микрофоны использовали два отдельных капсюля, большинство современных моделей построены на основе единственного капсюля. Он снабжён звуковым лабиринтом, расположенным позади диафрагмы. Этот лабиринт управляет фазой звука, попадающего с её тыловой стороны. Вообще-то, эта система работает очень хорошо и является основой для большинства переносных динамических и студийных конденсаторных микрофонов. Однако, её слабость – то, что кардиоида обладает неравномерной чувствительностью в разных частотах и направлениях. Такой микрофон очень точно подберёт «осевой» звук, а вот звуки, приходящие вне оси, будут в той или иной степени фильтрованы в соответствии с направленностными характеристиками микрофона. Чаще всего, это проявляется в виде снижения высокочастотной чувствительности. Поговорите в бок кардиоидного микрофона и Вы услышите, насколько могут быть окрашенными «вне-осевые» звуки.

В реальном мире звук редко прибывает только по оси, поскольку окружающая среда производит массу отражённого звука, и он может достигать микрофона под любыми углами. Практический результат этого – то, что точный «осевой» звук смешан со значительным количеством окрашенного отражённого звука. Если запись осуществлялась в неподготовленном помещение, это может привести к заметным «носовым» или «коробочным» призвукам. Так как кардиоидные микрофоны попадают под классификацию «микрофоны градиента давления» (потому что тыл диафрагмы не закупорен), они тоже обладают «эффектом близости». Это может привести к существенному повышению баса, когда микрофон используется очень близко к инструментам или вокалистам.

Если диафрагма открыта для воздуха только с одной стороны, то считается, что микрофон управляется давлением: он реагирует на давление воздуха, но практически нечувствителен к направлению, откуда приходит звук. Когда диафрагма открыта с обеих сторон, она реагирует на градиент давления (разницу между давлением с фронтальной стороны и тыловой). Звук, приходящий со стороны, оказывает одинаковое давление с обеих сторон (нет разницы). Это и есть причина того, почему «восьмёрка» отклоняет боковые звуки, но чувствительна к фронтальным и тыловым.

Изменяя соотношение между капсюлями с характеристиками «круг» и «восьмёрка» можно получить более или менее узкие формы кардиоиды. Таких же результатов можно добиться, изменяя конструкцию акустического лабиринта позади диафрагмы. Узконаправленные микрофоны, такие, как супер- и гиперкардиоидные, имеют маленький лепесток чувствительности с тыльной стороны. В результате, наименее чувствительные области на этих микрофонах находятся под углами 35 – 45 градусов к тыловой оси, а не непосредственно сзади микрофона. На это стоит обращать особое внимание, когда Вы размещаете микрофоны в попытке устранить нежелательные утечки. Зачастую, более важным является то, куда смотрят «мёртвые» оси микрофонов, чем то, куда указывают оси наибольшей чувствительности.

Поскольку у супер- и гиперкардиоидных моделей более узкая направленность, они более чувствительны к позиционным изменениям в источнике. Таким образом, важно минимизировать движение, работая близко к ним. Акустические поглотители, помещённые позади микрофонов, помогут уменьшить уровень звука, попадающего на тыловой лепесток. И если у Вас возникает ситуация, когда хорошее разделение между инструментами крайне необходимо – то осторожное использование узконаправленных кардиоидных микрофонов будет разумным выбором.

Теорию – в практику

Хотя, конечно, отдельные микрофоны более предпочтительны, Вы вполне сможете использовать один кардиоидный микрофон, чтобы снять звук с обоих подвесных томов. Он обладает широкой чувствительностью с фронта, но в то же время, обеспечивает существенное отсечение тыловых звуков. Это поможет избежать утечек от тарелок.

Как же эти особенности могут помочь нам, когда дело доходит до их фактического применения при записи? Возвратимся к нашему старому знакомому – кардиоиде. Мы теперь знаем, что надо делать скидку на неточную частотную характеристику (вне оси) и на басовое повышение от «эффекта близости». Но зато, его направленность поможет держать инструменты по раздельности и минимизирует количество отражённого звука. Но тем не менее, любые утечки или отражения, проникшие через тыл или боковые стороны, будут значительно окрашены по сравнению с аналогичным всенаправленным микрофоном. Всенаправленный микрофон поднимет, конечно, гораздо больше звука комнаты, но сделает это с намного меньшим количеством окраски.

Вооружённые этими знаниями, Вы можете попытаться расставить Ваши микрофоны так, чтобы минимизировать количество вне-осевых звуков. Один из способов сделать это – пользоваться акустическими поглотителями, такими как спальные мешки, пуховые одеяла или звукопоглощающий поролон. Например, делая запись вокала, Вы будете нуждаться в экране позади головы певца. Он перехватит и поглотит звук, который мог бы отразиться от задней стены и проникнуть во фронт и бока кардиоидного микрофона. Неплохо иметь поглотители сзади и со сторон микрофона, не забывая при этом и о потолке. Импровизированное экранирование может быть очень эффективно, зато коммерческие решения имеют более опрятный вид (зато и стоят намного дороже).

Использование эффективных поглотителей значительно улучшит качество записи, сделанной кардиоидным микрофоном в очень рефлексивном помещении. Но всё равно немногие из кардиоидных моделей дают столь же естественный звук, как всенаправленные. Это происходит из-за способа, которым акустический лабиринт обращается со звуком.

Чрезмерный «эффект близости» является основной проблемой при записи вокалов, но с этим легко бороться, поместив между певцом и микрофоном поп-фильтр, чтобы певец не смог слишком близко подобраться к микрофону. Вы можете выбирать: использовать всенаправленный микрофон и получить большое количество утечек, или выбрать кардиоидный, но при этом проникшие утечки будут сильно окрашены (это может привести к менее естественному звуку). Во многих случаях, Вы получите заметно лучшие результаты, используя всенаправленный микрофон, но при условии, что проведёте акустическую подготовку помещения для уменьшения отражений и утечек.

Раньше, я всегда использовал для записи акустической гитары кардиоидный микрофон, но теперь, я предпочитаю применять всенаправленный (в сочетании с акустической панелью SE Reflexion Filter). Мало того, что результатом является более естественный звук, так и точность позиционирования микрофона не столь критична, как для кардиоидной модели. Конечно, нам не всегда требуется именно естественный звук – особенно в поп-музыке, где музыкально приятный результат имеет большее значение, чем абсолютная точность. Это причина того, почему микрофоны с большой диафрагмой (вероятно, наименее точные), настолько популярны для записи вокала.

Кардиоида – комбинация «восьмёрки» и «круга». Она чувствительна к звукам со сторон и фронта, и практически нечувствительна к тыловым звукам. Вместо того, чтобы использовать два капсюля, большинство таких микрофонов базируется на одном, имеющем акустический лабиринт, который управляет фазой тыловых звуков. Суперкардиоида и гиперкардиоида используют тот же самый принцип, создавая более узкую направленность за счёт уменьшения тыловой отсечки.

Не требуется особого воображения, чтобы исследовать все доводы «за» и «против» при использовании кардиоидных и всенаправленных микрофонов в типичных условиях звукозаписи. Менее очевидны варианты применения микрофонов с «восьмёркой». Первое, что приходит на ум – это специфическое применение их для снятия стереозвука по способу MS (Mid&Side). Хорошо, но иногда акустические качества микрофона не дают Вам другого выбора. Ленточные микрофоны, например, обладают естественной «восьмёркой». В 50-е и 60-е годы они нравились живым группам, поскольку позволяли двум бэк-вокалистам петь в противоположные стороны одного микрофона. В нынешнее время, мы выбираем ленточные микрофоны из-за их тона.

Однако, одна из главных причин выбрать «восьмёрку» не то, как она поднимает звук, а то, как она его отбрасывает. Помните, что «восьмёрка» полностью глуха к звукам, прибывающим под углом 90 градусов к звуковой оси. Это означает, что если у Вас есть два звуковых источника в непосредственной близости друг от друга, то зачастую Вы сможете значительно улучшить разделение между ними. Установите микрофоны так, чтобы «глухая» ось каждого микрофона указывала на источник, от которого Вы пытаетесь изолироваться. Тыловой чувствительности можно противопоставить акустическое экранирование. Это метод может быть очень успешным для записи поющего гитариста, поскольку он помогает разделить гитару и голос. Конечно, разделение никогда не будет полностью идеальным по двум причинам: звуки не исходят из одной точки и отражения от комнаты могут дойти до микрофона под любым углом. Из-за этой причины и рекомендуется использовать акустическое экранирование.

Микрофоны с переключаемыми типами направленности комбинируют сигналы от двух капсюлей. Самое популярное исполнение базируется на двух компенсационных кардиоидных капсюлях. Управляя уровнями и полярностями сигналов с этих капсюлей, можно создать любой из типов направленности. Однако, там, где важна чистота и естественность звука – например, ответственная запись классических или этнических инструментов – выбор специализированного всенаправленного микрофона или «восьмёрки» (в идеале, с маленькой диафрагмой), приведёт, скорее всего, к более точным результатам и с меньшей окраской «вне-осевых» звуков.

Диаграммы направленности не всегда так просты, как кажутся на первый взгляд: диаграммавысокочастотной направленности типа «раздавленный паук» суперкардиоидного микрофона-пушки Sennheiser MKH416 обозначена красным (выше 8кГц). Среднечастотная диаграмма (1 – 8кГц) того же самого микрофона нарисована синим. Для сравнения, зелёным цветом нарисована типичная кардиоида.

Заключительное слово

Я преднамеренно сделал этот краткий обзор простым, насколько только возможно, чтобы дать Вам понятие о нескольких важных концепциях. Кардиоидный микрофон с большой диафрагмой может стать надёжным оплотом проектной студии, но есть ситуации, когда это не самый лучший выбор. Я надеюсь, что достаточно подчеркнул важность окружающей среды при записи. Пути и способы, которыми звуковые волны оказывают воздействие на микрофон, могут иметь огромное влияние на конечный результат.

Опубликовано в журнале «Sound on Sound» в марте 2007 года

Перевод подготовил Бережной Вячеслав www.unisonrecords.ru

---