RUTRONIK GmbH
Avtor: Jochen Neller, tehnični strokovnjak za induktivne komponente pri podjetju Rutronik
Ko govorimo o možnostih uporabe mikrofonov, večina ljudi najprej pomisli na govor in petje, zmorejo pa še veliko več. Zlasti elektretni kondenzatorski mikrofoni imajo prednosti na številnih področjih uporabe.
Občutljivi vodotesni mikrofoni omogočajo na primer zaznavanje puščanja vode. Zaznajo tudi najmanjše zvoke puščanja v vodi, kar omogoča ugotavljanje mesta puščanja tudi pri nizkih nivojih zvoka. Prav tako omogočajo merjenje pretokov ali spremljanje pretakanja vode skozi različne prostore.
Z mikrofoni lahko ujamemo tudi zvoke narave in življenjskih okolij živali, na primer za pridobivanje informacij za varstvo okolja ali trajnost. Snemalna mesta v naravnih rezervatih so na primer način ugotavljanja populacije in vzorcev selitev. Poleg tega so zvoki narave, kot je šelestenje listja ali nežno šumenje dežja, po rahli elektronski obdelavi zelo priljubljeni kot pomoč pri sprostitvi ali spanju.
Zelo občutljivi mikrofoni lahko včasih dopolnijo in v nekaterih primerih celo nadomestijo nadzorne kamere, saj omogočajo zaznavanje hrupa, ki nakazuje varnostne kršitve. Zaznavanje razbitja okna ali strela na primer omogoča takojšnje alarmiranje javnih organov ali varnostnih služb in s tem njihov hitrejši odziv.
Mikrofoni so na voljo v različnih oblikah in z različnimi funkcijami. Zlasti novejši mikrofoni z mikroelektromehanskimi sistemi (MEMS) ponujajo številne prednosti, med drugim manjšo potrebno površino na tiskanem vezju, saj imajo že vgrajeno analogno ali digitalno elektroniko za obdelavo signalov, natančno usklajene komponente in preprosto obdelavo s procesom pretaljevanja (reflow).
Zgradba in delovanje elektretnih kondenzatorskih mikrofonov
Za opisane načine uporabe pa so zaradi široke ponudbe primerni že dolgo uveljavljeni elektretni kondenzatorski mikrofoni (ECM). Za razliko od MEMS mikrofonov imajo prednost, da so na voljo z različnimi karakteristikami usmerjenosti. S tem lahko izbirate, iz katerih smeri želite pri svojem načinu uporabe upoštevati zvok. Elektretni kondenzatorski mikrofoni so poleg tega na voljo v različnih oblikah in s prilagodljivimi možnostmi za priključitev.
Njihovo delovanje je videti takole: ko zvok vstopi v mikrofon, postane bodisi elektretna membrana bodisi hrbtna plošča električno nabita (polarizirana). Valovi zvočnega tlaka, ki premikajo membrano, povzročijo spremembo kapacitivnosti, ki ustreza spremembi razdalje med membrano in hrbtno ploščo. S tem se spremeni tudi napetost na kondenzatorju. V ohišju mikrofona je JFET tranzistor, ki deluje kot predojačevalnik. Spremembo kapacitivnosti ojači in s tem poveča velikost signala na uporabno vrednost za nadaljnjo obdelavo v ojačevalniku.
Večina elektretnih mikrofonov ima zelo majhno ohišje, tako da jih je laže integrirati. Imajo visoko ločljivost in zelo širok frekvenčni odziv. Sodobni elektretni mikrofoni imajo tanko in lahko membrano. Zaradi tega so bolj občutljivi kot dinamični mikrofoni. Vendar pa v primerjavi z dinamičnimi mikrofoni manjša tanka membrana elektretnega mikrofona praviloma pomeni tudi nižjo točko akustične preobremenitve (AOP). Pri šibkem govornem signalu lahko to pomeni večje motnje zaradi drugih zvokov.
Pot do optimalnega elektretnega mikrofona za vsako aplikacijo
Elektretni mikrofoni zagotavljajo čist zvok, dokler se specifikacije ujemajo z načinom uporabe. Najpomembnejša merila za izbiro so občutljivost, usmerjenost in robustnost mikrofona.
Občutljivost mikrofona določa, kako dobro prestreže zvok iz okolja. Če na primer kdo govori neposredno v mikrofon, za snemanje ne potrebuje zelo občutljivega mikrofona. Situacija je drugačna, če so poleg zvokov, ki jih je treba posneti (npr. ptičje petje), prisotni tudi zvoki iz okolice. Takrat potrebujemo občutljiv mikrofon, ki lahko poleg ostalih prestreže in posname tudi želeni zvok.
Drug pomemben dejavnik je položaj zvoka, ki ga želimo posneti, glede na komponente mikrofona. Obstajajo tri osnovne karakteristike usmerjenosti.
Običajni enosmerni mikrofoni (usmerjeni mikrofoni z ledvičasto karakteristiko) prestrežejo zvok iz ene glavne smeri, običajno od spredaj. Imajo odprtine za zajemanje zvoka na čelni in hrbtni strani kapsule. Znotraj kapsule ima zvok, ki prihaja od spredaj, prednost pred tistim, ki prihaja od zadaj. To delno izniči zvok, ki prihaja od zadaj, kar povzroči enosmerno karakteristiko usmerjenosti. Enosmerni mikrofoni so na primer primerni za glasovno upravljanje pri načinih uporabe v avtomobilih.
Dvosmerni mikrofoni (za odpravljanje šuma – Noise Cancelling) prestrežejo zvoke iz dveh smeri v krožnem ali kroglastem prostoru okoli mikrofona. Odprtine za zajemanje zvoka na čelni in hrbtni strani kapsule mikrofona prestrežejo zvok iz teh smeri, zvok s strani pa dušijo. Dvosmerne mikrofone je mogoče uporabiti za odpravljanje nižjih frekvenc iz daljave (npr. šum vetra) ali za snemanje dveh različnih zvočnih virov hkrati.
Neusmerjeni mikrofoni enako prestrežejo zvoke iz vseh smeri. To pomeni, da njihova karakteristika usmerjenosti pokriva največji prostor od vseh mikrofonov. Enako dobro in ne glede na razdaljo prestrežejo tudi nizke frekvence, tako da ne prevladujejo nad drugimi frekvencami. Neusmerjeni mikrofon je posebno primeren za načine uporabe, kjer smer vira zvoka ni znana vnaprej ali kjer želimo prestreči vse zvoke v določenem okolju.
Elektretni mikrofoni ne marajo vročine
Poleg izbire optimalnega mikrofona za določen način uporabe je za njegovo optimalno delovanje ključnega pomena tudi skrbna obdelava. Lahko jih namreč poškodujejo vročina in/ali elektrostatični naboji. Zato jih je treba obdelovati v elektrostatično zaščitenem okolju in strogo upoštevati predpisane čase ter temperature spajkanja.
Sicer lahko poškodujemo notranji JFET tranzistor, membrano mikrofona in notranje ohišje iz umetne mase, ki so vsi občutljivi na vročino. Poškodbe lahko povzročijo mehansko utrujenost in s tem spremembe občutljivosti, povečana popačenja zvoka ali celo popoln izpad zaznavanja zvoka.
Velika izbira pri podjetju PUI Audio
Proizvajalec PUI Audio ponuja široko paleto elektretnih kondenzatorskih mikrofonov za različne načina uporabe. Najpogostejše občutljivosti so na voljo za premere 4–10 mm in višine 1,2–7 mm. Nekateri modeli imajo notranje kondenzatorje 10 in/ali 33 pF za dušenje povratne vezave. Pri priključitvi lahko izbiramo med priključki za spajkanje (pozor: ne SMD), žičnimi priključki ali različnimi konfiguracijami kablov s konektorjem ali brez.
Poleg standardnih izvedb ponuja proizvajalec tudi mikrofone z gumijasto podlago in vodoodporno prevleko iz klobučevine. Ti mikrofoni imajo razred zaščite IP57 in so vodotesni. Na voljo so tudi posebne različice za načine uporabe z visokimi temperaturami. Vse komponente imajo preverjeno kakovost, da bodo brez težav prenesle dodatne obremenitve zaradi vlage in temperature brez poslabšanja kakovosti zvoka.
