آشنائی با میکروفن و انواع آن

میکروفن چیست؟

میکروفن دستگاه یا حسگری است که صدا را به جریان الکتریسیته تبدیل می‌کند. میکروفن (به شکل محاوره ای مایک نامیده می شود(/ maɪk /) وسیله ای است که صوت را به الکتریسیته و نیز حسگری است که صوت را به سیگنال‌های الکتریکی تبدیل می‌کند . در سال ۱۸۷۶، امیل برلاینر نخستین میکروفن را اختراع کرد که به عنوان فرستنده‌ی صدا در تلفن‌ها به کار برده شد . میکروفن‌ها کاربردهای زیادی در تلفن، ضبط صوت، سیستم‌های کارائوکه، سمعک، ساخت فیلم و انیمیشن، مهندسی صوت، تلفن‌های رادیویی خصوصی (همانند واکی تاکی اما در مسافت‌های بیشتر)، بلند گوهای دستی، ساخت برنامه‌های رادیویی و تلویزیونی، ضبط صدا در رایانه‌ها، سیستم‌های تشخیص گفتار، voIP و نیز کاربردهای غیر صوتی (خارج از محدوده شنوایی انسان (از ۲۰ تا ۲۰۰۰۰ کیلو هرتز)) مانند بررسی فراصوت و سیستم‌های عیب یابی دارند.

امروزه بیشتر میکروفن‌ها از سیستم‌های القای الکترو مغناطیسی (میکروفن‌های پویا (دینامیک))، تقییر گنجایش خازنی (میکروفن‌های خازنی (کندانسر))، تنش پیزوالکتریسیته و سوار سازی (مدولاسیون) نوری برای تولید سیگنال الکتریکی از امواج مکانیکی بهره می‌برند.

انواع میکروفن

میکروفن‌های داینامیک

در میکروفون‌های دینامیک، سیگنال صدا با حرکت کردن یک هادی در میان یک میدان مغناطیسی ایجاد می‌شود. در بیشتر میکروفون‌های دینامیک یک دیافراگم بسیار باریک و سبک در پاسخ به فشار هوا حرکت می‌کند. حرکت دیافراگم باعث حرکت یک سیم پیچ صدای معلق در میان یک میدان مغناطیسی می‌شود، و منجر به ایجاد جریان الکتریکی کوچکی می‌شود. میکروفون‌های دینامیک حساسیت کمتری (در مقابل فشار هوا و فرکانس‌های بالا) نسبت به میکروفون‌های خازنی دارند و معمولا می‌توانند در شرایط سخت تری کار کنند. همچنین این میکروفون‌ها ارزان تر هستند و برای ضبط صدای درامز و گیتار الکتریک مناسب تر می‌باشند. مناسب ترین میکروفون برای snare میکروفون Shure SM۵۷ (که برای آمپلی فایر گیتار نیز عالی هستند). بسیاری از مهندسان از میکروفون Sennheiser MD۴۲۱ برای toms و AKG D۱۱۲ برای باس درام استفاده می‌کنند.

میکروفن‌های خازنی

اگر به دنبال وفاداری کامل به منبع صدا هستید، باید از میکروفون خازنی استفاده کنید. میکروفون های خازنی در مقابل میکروفون های دینامیک، واکنش بهتری نسبت به “سرعت” و تحرک امواج صوتی نشان می دهند. این سیستم مکانیکی ساده شامل یک دیافراگم نازک و کشیده شده است که در نزدیکی یک صفحه فلزی قرار گرفته است (backplate). این آرایش یک خازن ایجاد می کند که بار الکتریکی خود را از یک منبع خارجی دریافت می کند – باتری یا منبع برق اختصاصی، یا فانتوم پاور از میکسر. دیافراگم در پاسخ به تغییر فشار هوا به آرامی می لرزد و باعث تغییر ظرفیت خازن و تغییر ولتاژ و ایجاد سیگنال خروجی میکروفون می شود. میکروفون های خازنی در دو نوع ترانزیستوری و لامپی و در اشکال و ابعاد مختلف تولید می شوند – اما همه آن ها بر اساس این اصول کار می کنند.

برخلاف سایر میکروفن‌ها، میکروفن خازنى به مولد برق DC و یک پیش‌تقویت ‌کننده احتیاج دارد. میکروفن خازنى داراى معایبى است که بزرگى و حساسیت بیش از حد از آن جمله هستند. ضمناً در مقابل منابع صوتى بلند مجاور دچار واپیچیدگى خواهد شد. این میکروفن کیفیت بسیار خوبى از صدا تولید مى‌کند (معمولاً ۲۰ تا ۱۸۰۰۰ هرتز) و نسبت به صداهاى گذرا واکنش بسیار بالائى دارد. از میکروفن خازنى براى صدابردارى بسیار حساس استفاده مى‌شود (صدابردارى در صحنه‌هاى متحرک و ایستا) به‌ویژه هنگامى که منبع صوتى در فاصلهٔ دور قرار دارد (به‌صورت میکروفن آویز در ارکسترهاى بزرگ). از طرف دیگر مى‌توان این میکروفن را به‌عنوان بوم صدا، بوم دستی، پایه‌اى و آویز نیز به‌کار گرفت. – میکروفن الکترت (Electret Capsule؛ نوع خاصى از میکروفن خازنى.) : این نوع میکروفن کاربرد وسیعى به ‌عنوان میکروفن شخصى یا میکروفن مخفى دارد و داراى کفیت خوبى در صدابردارى است. این نوع نسبتاً ارزان و کوچک میکروفن داراى دیافراگم پلاستیکى است که بار الکترو استاتیک ‘دایم’ دارد؛ از این‌رو به ولتاژ قطبى نیاز نخواهد داشت.

تقویت‌کنندهٔ کوچکى که با باترى کار مى‌کند در محفظهٔ میکروفن کار گذاشته شده است. در اثر کهنه شدن و کار کردن زیاد، اشکالاتى در عملکرد این میکروفن پدید مى‌آید؛ از جمله، از بین رفتن فرکانس‌هاى بالا، کاهش حساسى و افزایش نوفهٔ زمینه. اختلالات در این میکرون بر اثر رطوبت زیاد، بخار، حرارت و گرد و خاک سرعت بیشترى مى‌گیرد.

میکروفن‌های ریبون

میکروفون‌های ریبون اولین میکروفون‌های هدایتی (directional) بودند که از لحاظ تجاری به موفقیت رسیدند و در دوره طلایی رادیو کاربرد وسیعی داشتند. امروزه میکروفون‌های ریبون، با تلاش شرکت‌هایی مانند Royer، در حال بازگشتن به عرصه صدا هستند. میکروفون‌های ریبون به جای سطح فشار صدا (SPL) به سرعت مولکول‌های هوا واکنش نشان می‌دهند و در آن‌ها المان معلق و بسیار کوچکی در یک میدان مغناطیسی قوی حرکت می‌کنند. در کاربردهای استودیویی این تفاوت عملکردی مهم نیست، هرچند می‌تواند در حین ضبط در فضای باز و در روزهایی که باد می‌وزد حیاتی باشد! میکرفون‌های ریبون قدیمی مانند RCA ۴۴ و ۷۷DX بیش از اندازه ظریف و حساس بودند؛ میکروفون‌های ریبون امروزی – مانند Royer R۱۲۱ و R۱۲۲ – طوری طراحی شده‌اند که تحمل استفاده سنگین استودیویی را داشته باشند.

میکروفن‌های یو اس بی

میکروفون های USB یکی از پیشرفت های جدید در فناوری میکروفون هستند و دارای تمام اجزای میکروفون های سنتی می باشند: کپسول، دیافراگم و غیره. تفاوت این میکروفون در داشتن دو مدار اضافی است: یک پری آمپ داخلی و یک مبدل آنالوگ به دیجیتال (A/D). پری آمپ اتصال میکروفون به میکسر یا پری آمپ میکروفون خارجی را غیرضروری می سازد. مبدل A/D خروجی میکروفون را از آنالوگ (ولتاژ) به دیجیتال (داده) تبدیل می کند، تا بتواند به طور مستقیم وارد رایانه شود و توسط نرم افزار ضبط خوانده شود. این میکروفون ضبط دیجیتال پرتابل را بسیار آسان می کند. تنها کافی است میکروفون را به رایانه متصل کنید، نرم افزار DAW را اجرا نمایید و کلید ضبط را بزنید.

میکروفن‌های بی سیم (VHF یا UHF

طی سالهای اخیر، روند رشد ارتباطات بدون سیم با ظهور تلفن‌های سلولی جهش بزرگی نمود. این درحالیست که در سال ۲۰۰۳ ارتباطات بی سیم یکصدمین سالگرد تولد خود را جشن گرفت. صد سال پیش و در تاریخ ۱۹ ژوئن ۱۹۰۳ نخستین پیام تلگراف بدون سیم برفراز آتلانتیک تا انگلستان توسط رئیس جمهور روزوولت مخابره شد و این نقطه آغاز ارتباطات بی سیم و تولد آن به شمار می رود، بطوریکه امروزه ارتباطات بی سیم به گونه ای در ابعاد زندگی ما نفوذ کرده است. میکروفن‌های بی سیم نیز از این موضوع مستثنی نیستند و هم اکنون بیش از ۲۰۰ نوع مختلف از این میکروفن‌ها توسط سازندگان در سرتاسر دنیا تولید و عرضه می شوند.

یک سیستم میکروفن بی سیم، معمولاً متشکل از سه بخش اصلی شامل: میکروون، فرستنده و گیرنده است. اما آنچه که قابلیت حذف سیم را نسبت به سیستم‌های میکروفن معمولی به این تجهیزات می بخشد، قطعاً اجزاء فرستنده و گیرنده آن می باشند. بخش فرستنده این تجهیزات معمولاً در قالب یک مجموعه و به همراه بخش میکروفن و فاقد سیم، ادغام و عرضه می‌شوند.

در سیستم‌های جدید میکروفن بدون سیم، دو آنتن مختلف، یکی بر روی بخش فرستنده و دیگری بر روی قسمت گیرنده وجود دارد. هنگامیکه فاصله فرستنده از آنتن گیرنده بیش از حد مجاز افزایش می یابد، در این حالت صدا و سیگنال‌های رادیویی دچار تحریف و نویز می شوند. به علاوه استفاده از امواج بالای فرکانسی باند (UHF) که دارای طول موج کوتاه تری نسبت به (VHF) می باشند، باعث کاهش بازتابش سیگنالها در محیط مورد استفاده می شود.

لوازم جانبی میکروفون
یک میکروفون دارای لوازم جانبی مختلفی است. متداول ترین آنها، بادگیر، پاپ فیلتر، لرزه گیر، کابلهای ارتباطی و پایه هایی است که میکروفون روی آنها نصب می شود.

بادگیر و پاپ فیلتر
بادگیر و پاپ فیلتر به منظور مقابله با واپیچش حاصل از صداهای شدید ناشی از دمیدن (یا نفس کشیدن)، باد، خیز ناگهانی صداهای زودگذر، هیس حروف صامت سوتی مثل “س “، “چ” و حروف سامت انسدادی مثل “پ” و “ب” طراحی شده اند. (در عمل، عبارات بادگیر و پاپ فیلتر به جای هم نیز استفاده می شوند ولی کاملاَ با هم متفاوت اند.) نقش اصلی بادگیر یا ابر میکروفون جهت استفاده در فضای باز و در مجاورت باد می باشد، تا از ورود صدای باد هنگام ضبط جلوگیری کند.
بادگیر در خارج از میکروفون نصب می شود و از واپیچش ناشی از تنفس و صدای ناگهانی صامت می کاهد اما کمتر پیش می آید که بتواند از عهده واپیچش ناشی از صداهای قوی خاص برآید. یک پاپ فیلتر در مقابل صداهای دمیدنی و ناگهانی مؤثرتر عمل می کند. وجود پاپ فیلتر اجازه می دهد که میکروفون با احتمال خطر کمتری از وقوع واپیچش، تا حد زیادی بتواند به منبع صدا نزدیک شود.
بادگیرها تا اندازه ای روی پاسخ صوتی تأثیر می گذارند و اندکی از طراوت بسامدهای بالا می کاهند، در اکثر میکروفون های جهتی که دارای پاپ فیلتر هستند، به منظور جبران افت پاسخ بالا یک تقویت کننده بسامد بالا طراحی شده است.
پاپ فیلترها اغلب در میکروفونهای سیم پیچ متحرک، نواری جدید و بعضی از میکروفونهای خازنی دیده می شوند به خصوص مدلهای تک جهتی نیاز بیشتری به پاپ فیلتر دارند؛ به دلیل پاسخ جزئی میکروفونهای گرادیان-فشار به صدای نفس کشیدن و نویز صداهای ناگهانی پاپ، حساس تر از میکروفونهای تمام جهتی هستند. (همچنین آنها برای استفاده در فواصل نزدیکتر به منبع صدا از دیگر انواع میکروفونها مناسبترند). حساسیت یک میکروفون تمام جهتی به نویز باد و صداهای ناگهانی پاپ در حدود 15dB کمتر از یک میکروفون تک جهتی مشابه می باشد.
یک روش دیگر برای به حداقل رساندن واپیچش صداهای نفس دار، زودگذر، حروف صامت، و صداهای ناگهانی پاپ، نحوه صحیح میکروفون گذاری است.

لرزه گیر
از آنجا که اجسام جامد رساناهای خوبی هستند، همواره این خطر وجود دارد که ارتعاشات ناخواسته از پایه میکروفون به میکروفون منتقل شوند. برای کاهش نویزهای القا شده ناشی از ارتعاش، باید میکروفون را به وسیله لرزه گیر روی پایه نصب کنید. (وسیله ای که با معلق نگه داشتن میکروفون (در هوا) به طور مکانیکی آن را از پایه جدا می کند.) بعضی از میکروفونها دارای لرزه گیر داخلی هستند.

کابل
کابل میکروفون به دو صورت  متوازن یا بالانس (شامل دو سیم رسانا و یک پوشش محافظ (شیلد))، و نامتوازن (شامل یک سیم رسانا و یک شیلد) موجود هستند. در کار با تمام دستگاههای حرفه ای، استفاده از کابل متوازن ترجیح داده می شود زیرا به نویز الکتریکی حساسیت کمتری دارد.
هنگام پیچیدن کابل میکروفون آنرا دور بازوی خود نپیچید و مراقب باشید که زاویه پیچش خیلی تند نباشد، در غیر این صورت سیمهای داخلی آسیب خواهند دید. بهتر است که کابل را با یک قلاب یا گیره که از درهم پیچیدن آن جلوگیری می کند، ببندید.

فیش و اتصالات 
اکثر میکروفونها و کابلهای حرفه ای دارای یک فیش سه پین هستند که به دو سیم رسانا و شیلد کابل متوازن منتهی می شود. این فیش ها معمولاَ اتصالات XLR نامیده می شوند (X شیلد یا زمین است، L سیم اتصال یا رابط رفت و R سیم برگشت) عموماَ فیش ماده کابل (مادگی) به میکروفون، و فیش نر سه پین به میز صدا وصل می شود.
همواره باید مطمئن شد که، سه پین همه میکروفونهای مورد استفاده در یک جلسه ضبط، درست مثل هم وصل شده باشند. اگر پین ۱ زمین، پین ۲ مثبت، و پین ۳ منفی است، همه میکروفونها باید به همین شکل سیم کشی شوند؛ در غیر این صورت میکروفونهای ناهمگون، از نظر الکتریکی غیر هم پلاریته شده، و تراز صدا کاهش یافته یا حذف خواهد شد.

پایه میکروفون
همان طور که میکروفونهای گوناگونی برای رفع نیازهای متنوع وجود دارد، پایه های میکروفون نیز در انواع مختلف و تقریباَ برای تمام کاربردهای ممکن در دسترس می باشند.
مراقبت از میکروفونها
مراقبت ضعیف از دستگاههای صوتی، تأثیر نامطلوبی روی کیفیت صدا می گذارد (که متأسفانه به اندازه کافی روی آن تأکید نمی شود) نم ناشی از رطوبت زیاد یا تنفس، می تواند عمر میکروفون را بسیار کوتاه کند.
در صورت وجود مشکل رطوبت، یک بادگیر می تواند به حفظ المان میکروفون کمک کند.
آلودگی و چربی دستها، دود سیگار، تکانهای شدید، و ضربه خوردن از راندمان میکروفون می کاهند. میکروفونها را باید تمیز کرده و به طور منظم آنها را باز بینی نمود و زمانی که از آنها استفاده نمی شود در کیف های مخصوص حمل آنها را نگه داری کرد. میکروفون هایی را که بین جلسات ضبط روی پایه ها رها می شوند باید با یک پارچه یا پوشش پلاستیکی پوشاند اما نه آنقدر محکم که باعث ایجاد بخار و دم در آنها شود. محیط کار همواره باید از نظر دما و رطوبت کنترل شده و تمیز و مرتب نگه داشته شود.