Electronics | Microcontrollers » A mikrofonok

http://www.doksihu A mikrofonok A híradástechnikai készülékek feladata az információ nagy távolságra való eljuttatása, illetve az információ rögzítése a reprodukálhatóság érdekében. Az elektronikában és a híradástechnikában az információ jelek formájában kerül feldolgozásra és továbbításra. A jel az információ fizikai ábrázolása, az információt alkotó adatok időbeli lefolyásának függvénye. Megkülönböztetünk: analóg és digitális jeleket. Az analóg jelek amplitúdója (az információ kitérés nagysága) az idő függvényében folyamatosan változik. Hangnak nevezzük azt a mechanikai rezgéstartományt, amely az emberi hallószervre természetes ingerként, ha és melynek másodpercenkénti rezgésszáma (frekvenciája) 20-2000 Hz között van. Hullámok: Anyagban terjedő: mely rezgésekből áll. Egy hanghullám rezgő molekulákból: levegő, víz vagy szilárd anyagok parányi részecskéiből álló lánc, pl. hang

Térben terjedő: a fény és a rádióhullámok, melyek elektromágneses hullámok, rezgő elektromos és mágneses mezőkből állnak pl. rádióadók Az a cél, hogy a különféle hangjelenségeket élethű hangzással továbbítsunk vagy rögzítsük és reprodukáljuk, már az akusztikai lánc első lépésénél, a mikrofonnál meghiúsulhat. A mikrofonok feladata: a hang hangfrekvenciás villamos rezgéssé történő átalakítása, azaz az akusztikai energia villamos energiává alakítása. Attól függően, hogy a hangtér nyomásváltozása vagy a mozgó levegőmolekulák sebességváltozása idézi elő a mikrofonban a villamos jelkeltést, nyomás érzékeny és sebesség érzékeny mikrofonok különböztethetők meg. A mikrofonok lényegi eleme a hangrezgés által mozgásba hozható membrán, mely vagy közvetlenül feszültséget kelt, vagy ellenállás-változást, vagy kapacitás-változást idéz elő. Eszerint – az energiaátalakítás rendszerétől függően

– szén-, kristály-, dinamikus és kondenzátormikrofonok különböztethetők meg. A mikrofonok általában nem minden irányban egyformán érzékenyek, és érzékenységük a frekvenciától is függ. A rendeltetési cél szerint változtatható a mikrofonok kialakításával (a membrán elhelyezése, a különböző házkiképzés) az irányérzékenység. 1 http://www.doksihu A csak egy irányban érzékeny mikrofonok az ún. kardioid mikrofonok elsősorban a stúdiótechnikában elterjedtek. A mikrofonok működése A szénmikrofon: működéséhez egyenfeszültség kell. A membrán mozgása megváltoztatja a szénportömb ellenállását, így a hangnyomással arányos áram-, illetve feszültségváltozás jön létre. A kristálymikrofon: a piezoelektromos hatáson alapszik. A fémből, papírból vagy műanyagból készült membrán mechanikailag össze van erősítve a kristállyal. A membrán rezgéséből adódó igénybevétel mértékével arányos nagyságú

feszültséget hoz létre a kristályban, amely hangfrekvenciás áramot hoz létre. A dinamikus mikrofon: induktív átalakító. Jellemzője a mozgó vagy süllyedő tekercs, amelyet a membrán mozgat. A mozgó tekercsben indukált feszültség megfelel a membránra ható hangnyomásnak A kondenzátormikrofon: kapacitív átalakító. Működtetéséhez előfeszültség szükséges. A membrán és az ellenelektróda kondenzátort alkot A membrán mozgása megváltoztatja a kapacitást, ezáltal a kondenzátorhoz csatlakozó vezetékben töltő és kisütési áram folyik. Az áram egy ellenálláson a hangnyomással arányos feszültségesést hoz létre. A kondenzátormikrofon egyik típusa az elektrétmikrofon, amelyben a membránt elektrét feszíti elő. Az elektrétnek irányított villamos dipólusai vannak és (az állandó mágneshez hasonlóan) állandó villamos erőteret hoz létre. A kapcsolás többi része megfelel a kondenzátor mikrofon kapcsolásának. A

különböző rendszerű mikrofonok használati értéke eltérő, egyes műszaki jellemzők egyik, más jellemzők a másik típusnál előnyösebbek. A gazdaságossági tényező is tekintetbe véve érthető, hogy a közhasználatú célokat elsősorban a dinamikus mikrofonok, a professzionális célokat a kondenzátormikrofonok szolgáltatják. A szén- és kristálymikrofonok ma már szinte teljesen eltűntek 2 http://www.doksihu A mikrofonok műszaki jellemzői között legjelentősebbek az átviteli sáv és az érzékenység mutatói. Az átviteli sáv egyenletessége vagy egyenetlensége meghatározó lehet a felvétel céljától függően. Az alacsony frekvenciákat kiemelő mikrofonok beszédfelvételre alkalmasak, míg a felső frekvenciákat kiemelő mikrofonok zenei felvételekre előnyösek. A legkorszerűbb típusok akusztikai érzékenységváltóval készülnek, így dialógus és zenei felvételekre egyaránt alkalmasak. Az érzékenység mutatója jelzi, hogy

mekkora villamos jelszintet (jelfeszültséget) állít elő a mikrofon 1 N/m2 hangnyomás hatására. Mivel a mikrofonhoz csatlakozó készülékek (magnetofon, erősítő) meghatározott bemeneti jelszintet igényelnek, az egyúttal azt is jelzi, hogy milyen minimális hangnyomás szükséges a mikrofon működtetéséhez. Mivel a membránra ható hangnyomás a hangforrás és a mikrofon közötti távolságtól is függ (és természetesen a hangforrás hangerősségétől), az érzékenység meghatározó a mikrofon elhelyezési távolságának helyes megválasztásában is. A mikrofonok készülékekhez való csatlakoztathatósága a mikrofon névleges impedanciájától (impedancia: váltakozó áramú ellenállás, ohm-ban megadva) függ. A mikrofon névleges impedanciája mindig nagyobb kell, hogy legyen, mint a csatlakozó készülék bemenetének impedanciája. A mikrofonok több szempont szerint csoportosíthatók. A kereskedelmi gyakorlatban a fő rendező elv, hogy milyen

átviteli rendszerhez alkalmazható a mikrofon. Eszerint stúdió, HIFI célú és közhasználatú kategóriákat különböztetnek meg. A stúdiómikrofonok szélesebb és egyenletesebb frekvencia-átvitelt biztosítanak. A HIFI-mikrofonoknál követelmény a minimálisan 50-16000 Hz-es átvitel. Hangszórók, hangdobozok A hangátvételi lánc utolsó és legkritikusabb elemei. Feladatuk a villamos energia hangenergiává alakítása. Viselkedésük, tulajdonságaik a hangszórók és a doboz jellemzőitől egyaránt függenek, célszerű ezért a szerepüket külön is tisztázni. A hangszórók működésük szerint (energiaátalakítás) lehetnek: Mágneses rendszerűek, amelyek jellemzője az álló tekercs és a mozgó membrán. A membránt a frekvenciakettőződés elkerülésére egy állandó mágnes feszíti elő. Ennek a 3 http://www.doksihu rendszernek az a hátránya, hogy nagy amplitúdók esetén torzítások lépnek fel. Ezért csak kis amplitúdókhoz (pl.

fejhallgató) vagy olyan hangsugárzókhoz használható, ahol a torzításnak nincs jelentősége. Dinamikus rendszerűek működése a benne lévő lengőtekercs és a vele kapcsolatban levő membrán rezgésén alapszik. A rezgés során a membrán mozgásba hozza a levegőt, ezáltal hang keletkezik. Viszont a membrán dugattyúszerű viselkedéséből következik, hogy előrehaladásakor a membrán előtt a levegő összesűrűsödik, mögötte pedig ritkulás keletkezik. Ezáltal olyan ellentétes hanghullámok keletkeznek a membrán előtt és mögött, amelyek kioltják egymást. Ez a jelenség csak úgy küszöbölhető ki, ha a hangszórót valamilyen „fal” erősítik, ami a membrán előttmögött lévő teret különválasztja. Ez a rendszer nagy amplitúdók esetén is torzításmentesen működik. Piezoelektromos rendszerűek működése azon a jelenségen alapszik, hogy bizonyos anyagok kristályainak hossza (pl. bárium-titanát) villamos feszültség

rákapcsolásakor megváltozik. Két, kristályból kimetszett lapocskát pl nyereg alakú rezgéskeltővé ragasztanak össze. Az ikerfémek működési elvéhez hasonlóan ezzel az elrendezéssel megnő az elérhető kitérés. A kristálylapocska egyik végét rögzítik, a másik végét összekötik a membránnal. A kis létrehozható amplitúdók miatt a rendszer csak magas frekvenciákhoz vagy fejhallgatókhoz alkalmazható. Az élettartama korlátozott Kondenzátoros rendszerűek felépítésének lényege, hogy a rögzített lemezzel szemben mozgó fémmembránt helyeznek el. A membránt egyenfeszültség feszíti elő A jelfeszültség hol erősebb, hol gyengébb vonzás révén membránmozgást kelt. Az elérhető amplitúdó kicsi, ezért ez a rendszer csak magas-sugárzó hangszórókhoz alkalmazható. Ma szinte kizárólag dinamikus rendszereket alkalmaznak mind a hangszórókban, mind a fejhallgatókban. A doboz tömör és merev falú szerkezet, amelynek célja, hogy a

rezgés hatására ne jöhessen létre rezonancia. A belsejét hangelnyelő anyaggal szokták bélelni, ami csökkenti a hangvisszaverődéseket. A mély és magas hangok tökéletes visszaadása a hangszóróra nézve ellentétes követelményeket támaszt. Vagyis a magas és mély hang előállításához a membránnak kicsinek és nagynak, és változó anyagúnak kellene lennie. A hangszóró membránjának anyaga lehet impregnált papír, műanyag (pl. polipropilén), fémlemez (pl alumínium, titán), textil vagy carbon-fibre, azaz 4 http://www.doksihu szövött szénszálas. A kisméretű és vékony membrán a magas hangok, a nagyobb méretű és vastagabb membrán a mély hangok keltésére alkalmas. Ezért ennek a feloldására a gyakorlatban egyszerre több hangszórót használnak, mégpedig úgy, hogy a hangtartományt kettő vagy több sávra osztják szét, és egy-egy sáv hangvisszaadását más-más hangszóró látja el. A több hangszóró alkalmazásával

növekszik a hangerő is, azonkívül a hangszórórendszer alkalmazásával az irányhatás is csökkenthető, tehát kevésbé érződik a hang egy pontban való keletkezése. A problémát inkább a több hangszóró összehangolása, szinkronja okozza, ennek sikeressége nagyban kihat a hangdoboz sikerére is. A hangszórók minőségi jellemzői: Névleges impedancia: ez alatt a hangdoboz összetett elektromos ellenállását értik, aminek igazodnia kell az erősítő által megszabott értékhez. Ha ugyanis a hangdoboz-impedancia kisebb, mint az erősítő kimenetéé, az erősítő tönkremegy. Fordított esetben viszont csökken a kimenő- teljesítmény. Terhelhetőség: az a legnagyobb villamos teljesítmény, amit a hangdoboz károsodás nélkül elvisel. Fontos, hogy az erősítő teljesítményénél a sugárzó teljesítménye ne legyen kisebb, mert az a hangszórók tönkremeneteléhez vezet. A terhelhetőség két változata: Szinuszos: annak a szinuszos jelnek az

erőssége, amit a hangszóró még képes elviselni, zenei: az előző jellemző egy szabályos és folyamatos igénybevételt jelent a hangszóróra, míg a valódi zenei csúcsok csak ritkábban és rendszertelenebbül jelentkeznek. Éppen ezért a zenei terhelhetőség nagyobb az előzőnél Ennek ellenére célszerűbb a szinuszos terhelhetőséggel számolni, mivel ilyen esetben a hangdoboz még tartalékkal is rendelkezik a nagyobb igénybevételhez (pl. 120/60 W, azaz zenei/szinuszos terhelhetőség). Átviteli sávszélesség: az átvitt hangfrekvenciás rezgések alsó és felső határa közötti tartomány, azzal a megkötéssel, hogy a névleges átviteli sáv alsó és felső határán azokat a frekvenciákat tekintjük, amelyeknél a hangerő legfeljebb 70 dB-lel kisebb, mint a határokon kívüli hangerő maximuma. Az átvitel egyenletessége megmutatja, hogy a hangszóró az átviteli sávon belül milyen egyenletesen szól, vagyis van-e a hangtartománynak olyan

része, ahol a hangszóró gyengébben szól a többihez képest. Érzékenység (szenzitivitás): az átalakítás hatásfokát fejezi ki, vagyis mekkora hangerő, hangnyomás keletkezik, ha a hangszórót 1 watt teljesítménnyel tápláljuk. Irányjelleggörbe: megmutatja, hogy az akusztikai főtengelytől eltérő hallgatási szögben, különösen magas hangoknál, menyire romlik a frekvenciaátvitel. Egyéb jellemzők: a doboz mérete, térfogata, tömege, kivitele (Bass reflex típus, szendvics szerkezet), a hangszórók száma (többutas hangsugárzó), fajtája (márka). A szendvics szerkezet biztosítja a stabilitást és a nagy hangnyomással szembeni ellenálló képességet. A bass-reflexet a mélyebb árnyalatok fokozott kiemelése érdekében alakítják ki, amely a falat is felhasználja a mély tónus erőteljesebb visszaadására. A többutas hangsugárzóban külön egység gondoskodik a mély, a közepes és a magas hangok reprodukálásáról. Ezekhez majdnem

ideális keskeny sarkú hangszórók készíthetők Ha ezeket külön erősítőkkel is tápláljuk, akkor a hangok külön szabályozásával kiegyenlített 5 http://www.doksihu frekvenciamenetet érthetünk el. Az egy erősítővel táplált hangszórók esetében az elválasztáshoz frekvenciaváltók (szűrők) szükségesek. A fejhallgatók és fülhallgatók tulajdonképpen dinamikus hangszórókat tartalmazó kisméretű hangsugárzók. Az első – az újabb kivitelű – miniatűr fülhallgató nincs ellátva fejre illesztő szerelvénnyel, hanem az fülbe helyezhető. A hallgatókapszulák szintén habszivacs párnával ellátottak A dinamikus, lengőtekercses membrán zárt kivitelű hallgatókapszulában elhelyezett. Asztali készülékekhez fejlesztették ki a normál méretű fejhallgatókat, amelyek nyomókamrás kivitelűek. Kétféle módszert alkalmaznak a jobb hangátvitel érdekében: Az egyik eljárás szerint a fejhallgató membrán (amely lehet papír vagy

műanyag) és a fül között külső légpárnát alakít ki. Ezt a membrán köré vont habszivacs kerettel oldják meg, amely elzárja a levegő mozgását a membrán és a fül között. A rugalmas légelzáró hatás következtében a fül és a membrán között un. akusztikai üreg jön létre, amely a külső légtértől elválasztva, önálló légoszlopként mozog a membrán rezgése szerint. A habszivacs körgyűrűt – a miniatűr fejhallgatóktól eltérő módon – műbőr huzattal fedik be, amely a habszivacsot védi a hatásoktól, ugyanakkor stabilabb légelzárást biztosít. Másik eljárás szerint a fejhallgató belső zárt üregét a membrán hátsó oldala felől megfelelő helyzetű nyílásokkal látják el. E megoldásnál lágyabb membránt alkalmaznak, amelyek felülete a befelé történő mozgásfázisok alkalmával a hátsó nyílásokon át nyomja ki a levegőt – tehát a membrán nem szenved csillapítást. Ezt a fejhallgatófajtát lélegző

membrános fejhallgatónak nevezik. Napjaink új elektroakusztikai tartozéka a vezeték nélküli fejhallgató, amely infravörös sugárnyaláb útján biztosít összeköttetést a műsorforrással. 6 http://www.doksihu Alkalmazása minden olyan helyen célravezető, ahol a fejhallgató kábeles összeköttetése környezeti akadályok miatt nehézségekbe ütközik. A fejhallgatókészlet tartalmazza mindazt, ami az infravörös sugaras összeköttetéshez és hangközvetítéshez szükséges. A teljes egység egy infravörös adóból, a fejhallgatóból és az abba épített infravörös vevőből, hálózati adapterből és adapter csatlakozóból áll. Mindezt kiegészíti még 2 db NC (nikkel-kadmium) akkumulátor, amely a hálózati adapteren keresztül, a beépített töltőegységgel újra tölthető. A fejhallgató infravörös sugár útján, egy kis teljesítményű adókészülékről kapja a műsorjelet. Az infravörös adót a műsorforráshoz kell csatlakoztatni

(pl tévékészülék hangfrekvenciás kimenetére). Az adó működését 12 V-os hálózati adapter biztosítja. A fejhallgatóba épített vevő 2x1,2 V-os nikkel-kadmium akkumulátorról kap tápfeszültségellátást. Az adórendszer frekvenciamodulált (FM) jelent sugároz ki, amelyet a vevő az infravörös sugár közvetítésével fog fel, majd azt demodulálva ismét hangfrekvenciás jellé alakítja át. Az adó hatótávolsága 6 méter. A fejhallgatók legfontosabb minőségi jellemzői: Frekvencia-átviteli tartomány 20-18000 Hz közötti, de a jobb minőségűek képesek a teljes hangfrekvenciás 20-20000 Hz tartományt átvinni. Tűrésjellemző mutatja meg, hogy a közvetített átviteli sáv mekkora tűréshatáron belüli. A valóban HIFI-minőségű hallgatók +4 dB-en belüli sávon, a gyengébbek pedig +6 dB-en belüli sávon egyenletesek. Terhelhetőség jelenti a legnagyobb hangfrekvenciás teljesítmény nagyságát, melynek értékét mW-ban adják meg.

(Kisebbek 30-100 mW nagyságúak) Névleges impedancia határozza meg a fejhallgató felhasználási körét. Hangvisszaadás szempontjából a 100 ohm felettiek a kedvezőek, mert bármilyen kimenetre csatlakoztathatók. Érzékenység nagyságát dB-ben adják meg a gyártók. Egyéb jellemzők: csatlakozási lehetőségek, tömeg, vezeték hossza (általában 1, 1,2 és 3 m), ergonómia stb. Frekvencia átvitel szempontjából megkülönböztetünk: Magas – 6000-20 KHz Közép – 500-6000 KHz Mély – 20-500 KHz Szélessávú 40-16 KHz 7 http://www.doksihu Hangszóró-rendszerek: Egyutas (egy hangszóró) Kétutas (mély és közép + magashang) Háromutas Többutas Önálló hangsugárzó rendszer: Hangdobozok - zárt dobozok - reflexnyílásos Akusztikai labirintusok - fejhallgatók: a fejhallgatás műsorhallgatás teljesen más akusztikai élményt ad, mint a hangszórós. A különbség abból adódik, hogy a hangszóróból megszólaló műsor hangzását jelentősen

befolyásolja a tér akusztikája. Hangterek: 1. Mono: egy mikrofon, egy csatornás rendszer, AM adásrendszer, egy v több hangszóró 2. Sztereo: kettő v több mikrofon, kétcsatornás rendszer, FM adásrendszer, két hangdoboz 3. Térhangzás a/ akusztikus: két hangdobozzal előállított akusztikus hangzás, mely két háttérsugárzó illuzióját kelti. Plusz információt visznek a hangszóróra, mely az oldalfalakra verődik. 8 http://www.doksihu A beesési szög és a visszaverődési szög ugyan akkora. b/ dolby surround (körülvesz) – háromdimenziós hangzástér O „A” DOLBY PROLOGIC - Két front – stereo (20-20 KHz) - Center – mono (azonos teljesítményű) - Surround – mono (400-10 KHz, fele dinamika, fele telj. mint a többi ) - subwoofer – a frontonra jutó mélyhangok felerősítése „nem külön csatorna” „B” DOLBY DIGITAL 5 + 1 ill. 51 - Két front: 2x50 W sztereo (20-20000Hz - Center: 50 W teljesít6mény - Surround: 2x50 W sztereo

(20-20000 Hz, teljes dinamika azonos teljesítmény, mint a fronton) - Subwooffer: a + 1 9