Charakterystyki kierunkowe mikrofonów
| TechnikaDźwięk to fala ciśnienia rozchodząca się w powietrzu z określoną amplitudą i w określonym kierunku. Do jej pomiaru służą mikrofony. Te dookólne z jednakową czułością rejestrują dźwięki ze wszystkich stron, natomiast mikrofony kierunkowe odbierają tylko te z określonego kierunku. Te drugie są najprzydatniejsze, kiedy trzeba nagrać dźwięk z konkretnego źródła, na przykład głos danej osoby, maksymalnie tłumiąc szumy tła.
Tytułowe urządzenia są klasyfikowane na podstawie charakterystyki kierunkowej. Przedstawia ona zmianę czułości mikrofonu zależnie od kierunku nadejścia sygnału dźwiękowego. Charakterystyki mają postać wykresu biegunowego. Czułość jest na nich określana w zakresie 360° dookoła mikrofonu, przy założeniu, że znajduje się on pośrodku, a 0º oznacza przód.
Wybór rejestratora o określonej charakterystyce biegunowej decyduje o tym, jakie dźwięki będą nagrywane. Podstawowe typy charakterystyk to dookólna i dipolowa (dwukierunkowa) (rys. 1).
Charakterystyki dookólna i dipolowa
Mikrofony o charakterystyce pierwszego typu nagrywają dźwięki ze wszystkich stron z taką samą czułością, natomiast te o charakterystyce dipolowej z jednakową czułością rejestrują dźwięki z tyłu i z przodu, tłumiąc te z boków, maksymalnie przy 90° i 270°. Z charakterystyki kierunkowej można też odczytać, przy jakim kącie, o ile dźwięk zaczyna zanikać. Przykładowo na wykresie mikrofonu o charakterystyce dipolowej przy ±45° wzmocnienie spada o –3 dB w porównaniu do 0°.
Czułość rejestratorów dźwięku można również wyrazić liczbowo. Dwa podstawowe parametry to: współczynnik kierunkowości (Directivity Index, DI) i jednokierunkowości (Unidirectional Index, UI) (rys. 2).
Współczynniki DI i UI
Pierwszy jest wyznaczany jako stosunek mocy wyjściowej mikrofonu nagrywającego dźwięk, którego źródło znajduje się bezpośrednio przed nim (0⁰) i dźwięku o takiej samej całkowitej mocy akustycznej dochodzącego równomiernie ze wszystkich kierunków.
Współczynnik DI mikrofonu dookólnego wynosi 0, a w przypadku mikrofonu dipolowego 4,8 dB.
Współczynnik jednokierunkowości natomiast jest wyznaczany jako stosunek mocy wyjściowej mikrofonu dla dźwięku, którego źródło znajduje się przed rejestratorem (w zakresie od –90° do 90°) i dźwięku o identycznej całkowitej mocy akustycznej dochodzącego z tyłu mikrofonu (90°... 270°). Zarówno w przypadku mikrofonów o charakterystyce dookólnej, jak i dipolowych UI jest równy 0 dB.
Charakterystyka kardioidalna
Oprócz opisanych charakterystyk podstawowych dostępne są mikrofony z jeszcze kilkoma innymi typami wykresów biegunowych czułości. Przykładem jest charakterystyka kardioidalna (rys. 3).
Jest to jedna z popularniejszych charakterystyk kierunkowości rejestratorów dźwięków. Oznacza, że najskuteczniej wychwytywane są dźwięki ze źródła bezpośrednio przed mikrofonem, zaś te z boków i z tyłu są całkowicie tłumione. Zasięg rejestracji wynosi w tym przypadku 130°. Mikrofon z charakterystyką kardioidalną będzie miał współczynnik DI równy 4,8 dB i UI 8,4 dB.
Tego typu charakterystykę można uzyskać, sumując sygnały z mikrofonu dookólnego i dipolowego, umieszczonych odpowiednio blisko siebie. Wykorzystywany jest wtedy fakt, że sygnał wyjściowy rejestratora dookólnego ma jednakową polaryzację bez względu na kierunek dźwięku, natomiast polaryzacja sygnału na wyjściu mikrofonu dipolowego zmienia się dla dźwięków zarejestrowanych z przodu na przeciwną względem tych ze źródła z tyłu mikrofonu.
Ze względu na tę odwróconą polaryzację suma sygnałów na wyjściach mikrofonów obydwu typów pozwoli na uzyskanie wypadkowej charakterystyki o kształcie kardioidalnym (rys. 4). Wynika to stąd, że sygnały wyjściowe odpowiadające dźwiękom dochodzącym z tyłu będą się wzajemnie znosić, a dla tych z przodu zsumują się.
Charakterystyki super- i hiperkardioidalne
Charakterystyka superkardioidalna (rys. 5) jest nieco mniej kierunkowa niż kardioidalna, silniej tłumi dźwięki z boków oraz ma węższy obszar odbioru z przodu. Wychwytuje również niewielką ilość dźwięków z tyłu, ale czułość za mikrofonem jest nawet o 10 dB mniejsza niż przed nim. Zasięg rejestracji wynosi w tym przypadku 115°. Współczynnik DI mikrofonu superkardioidalnego wynosi 5,7 dB, a UI 11,4 dB.
Charakterystyka hiperkardioidalna (rys. 6) łączy cechy kardioidalnej i dipolowej. Zasięg rejestracji wynosi w tym przypadku 105°. Chociaż mikrofony tego typu rejestrują głównie dźwięki z przodu, mają również znaczną czułość na dźwięki z tyłu. Współczynniki DI i UI wynoszą odpowiednio 6 dB i 8,4 dB. Mikrofony hiperkardioidalne redukują najwięcej szumów otoczenia.
Jaki mikrofon wybrać?
Mikrofony o charakterystyce dookólnej idealnie nadają się do nagrań studyjnych. Sprawdzają się szczególnie w nagrywaniu instrumentów akustycznych, orkiestr i chórów. Taka charakterystyka jest również odpowiednia w przypadku mikrofonów przypinanych, ponieważ dzięki temu ruchy głowy użytkownika nie wpływają na poziom głośności rejestrowanego dźwięku.
Z drugiej strony mikrofony dookólne nie są generalnie zalecane do występów na żywo, gdyż mogą wychwytywać niepożądane dźwięki i powodować sprzężenie zwrotne. Nie sprawdzą się również raczej podczas nagrywania w pomieszczeniu o słabej akustyce.
Mikrofony o charakterystyce kardioidalnej natomiast pozwalają na wyizolowanie poszczególnych źródeł dźwięków, redukując sprzężenie zwrotne z otocznia. Kierunkowość rejestratorów tego typu umożliwia czyste nagrywanie dźwięków w hałaśliwym otoczeniu.
Mikrofon super- czy hiperkardioidalny?
Charakterystyki superkardioidalna i hiperkardioidalna są bardziej ukierunkowane niż kardioidalna, silniej tłumią szumy otoczenia oraz sprzężenia zwrotne. W razie korzystania z mikrofonów o takich wykresach czułości kierunkowej na scenie, na której rozstawiono monitory odsłuchowe, ważne jest, aby unikać ustawiania tych ostatnich bezpośrednio za mikrofonem. Zamiast tego lepiej umieść je po jego obu stronach, pod najmniej czułym kątem.
Ponadto wokaliści mający tendencję do poruszania mikrofonami w czasie występu powinni pamiętać, że te o charakterystyce hiperkardioidalnej są wrażliwsze na ruch niż mikrofony kardioidalne i superkardioidalne. Te ostatnie sprawdzają się, jeżeli za mikrofonem nie występuje bezpośredni hałas zakłócający, a użytkownik musi mieć możliwość poruszania się, na przykład podczas filmowania. Charakterystyka hiperkardioidalna z kolei jest odpowiednia dla słuchawek bezprzewodowych używanych w zatłoczonym otoczeniu.
Monika Jaworowska
