Mikrofon: erinevus redaktsioonide vahel

'''Mikrofon''' (kreeka k ''mikros'' ’väike’ + ''phone'' ’heli, hääl’) on[[sidetehnika | side-]] ja [[helitehnika]]s kasutatav [[elektroakustika]]seade, mis muundab [[helirõhk |helirõhu]] võnkumised [[elektripinge]] muutusteks. Vees levivate helilainete elektroakustilist muundurit nimetatakse [[hüdrofon]]iks.

Elektrostaatiline ehk kondensaatormikrofon töötati välja USA Belli Laboratooriumis 1920. aastail, võnkepooliga elektrodünaamiline mikrofon patenteeriti 1931. aastal. Mõlema mikrofonitüübi talitluspõhimõte leiab rakendust tänaseni. [[Piesoelekter|Piesoefektil]] põhinev kristallmikrofon oli odavuse ja kõrge väljundpinge tõttu levinud kuni 1960. aastateni, eriti [[magnetofon]]i signaaliallikana.

Elektrodünaamilise ehk lühemalt dünaamilise mikrofoni membraani küljes olev võnkepool asub [[püsimagnet]]i [[magnetahel]]a rõngakujulises õhupilus. Kui membraan hakkab helirõhu muutuse mõjul võnkuma, lõikavad võnkepooli mähise keerud magnetvälja jõujooni ja neis [[elektromagnetiline induktsioon |indutseerub]] elektripinge, mis on võrdeline membraani liikumise kiirusega.

[[Pilt:Mic-condenser.PNG|pisi|300px|Kondensaatormikrofoni ehituspõhimõte:<br>1. helilained; 2. [[membraan (tehnika)|membraan]]; 3. paigalseisev plaat; 4. polariseerimispinge allikas; 5. takisti; 6. [[audiosignaal]]]]

Elektrostaatiliste mikrofonide tüüpiline esindaja on kondensaatormikrofon, mis muundab [[helirõhk |helirõhu]] muutuse [[elektrimahtuvus]]e muutuseks. Füüsikaliselt moodustavad [[kondensaator]]i kaks plaati: üheks plaadiks on siin metallitatud membraan, mis asetseb teisest, paigalseisvast plaadist ainult paarikümne [[mikromeeter |mikromeetri]] kaugusel. Kuna membraan on väga kerge, järgib ta täpselt helirõhu muutusi kuni kõrgeimate helisagedusteni. Membraani võnkumisel muutub kondensaatori mahtuvus helirõhu muutuste taktis.

[[Pilt:Electret condenser microphone schematic..svg|pisi|150px|[[Isoleeritud paisuga väljatransistor|Impedantsimuunduriga elektreetmikrofoni skeem]]]]

[[Elektreet]] on [[püsimagnet]]i elektriline analoog. Ta saadakse [[dielektrik]]u (nt [[fluorplast]]i) elektriseerimisel kõrgel pingel ja temperatuuril. Õhuniiskusel alla 90% ja toatemperatuuril püsib selline materjal elektriseerituna aastakümneid. Elektreediga on kaetud üks kondensaatori plaatidest. Elektreedi laengust põhjustatud potentsiaalide vahe plaatidel asendab harilikus elektrostaatilises mikrofonis kondensaatorile rakendatavat polariseerimispinget. Siiski vajab elektreetmikrofon sisemist võimendit, mis ühtlasi alandab suure väljundtakistuse paari kilo-oomini.

Elektreetmikrofonid on kondensaatormikrofonidest odavad, mehaaniliselt tugevad ja kompaktsed (kapsli läbimõõt mõnest millimeetrist mõne sentimeetrini). Neid kasutatakse laialt kõnesideseadmeis ([[mobiiltelefon]]id, [[peakomplekt]]id, [[kuuldeaparaat|kuuldeaparaadid]]), ka nt vestluste edastamisel klambermikrofonina (Lavalier’ mikrofon, ''clip-on mic''). Mõõduka helitaseme korral on [[mittelineaarmoonutus]] väike ja sageduskäik hea (kvaliteetsetel mudelitel 20 &nbsp;Hz kuni 20 &nbsp;kHz, ±3 &nbsp;dB).

Juhtmeta (ühenduskaablita) mikrofonisüsteemis edastatakse signaal raadio teel [[UHF]]-sagedustel (sadades megahertsides), sidekaugus kuni 250 &nbsp;m. Saatja võib olla mikrofoniga kokku ehitatud. Ka mikrofoni ja vööle kinnitatava eraldi saatja vahel võib olla raadioside. Kindla ühenduse tagab aktiivantenni(de)ga vastuvõtja; selle väljundist saadakse [[mikserpult|mikserpuldi]] liinisisendi tasemel pingega [[audiosignaal]].

Tundlikkus on mikrofoni väljundpinge (millivoltides) ja tema membraanile telje sihis mõjuva helirõhu (paskalites) jagatis. Mõõdetakse kajata ruumis koormuseta (tühijooksu-) režiimis signaali sagedusel 1 &nbsp;kHz ja [[helirõhk |helirõhul]] 1 Pa (vastavalt helirõhu tasemel 94 &nbsp;dB). Tundlikkus on dünaamilisel mikrofonil enamasti 0,5–1,0 mV/Pa ja kondensaatormikrofonil 10–30 mV/Pa. Tundlikkus sõltub ka mikrofoni mõõtmetest: näiteks elektreetmikrofoni väikestel, 1/4-tollistel kapslitel on see 5–10 mV/Pa, 1/2-tollistel 30–50 mV/Pa ja 1-tollistel kuni 100 mV/Pa.

Talitlussagedusala on helisageduspiirkond, mille ulatuses sageduskäigu ebaühtlus ei ületa tootja antud väärtust (nt 6 või 12 &nbsp;dB). Sagedusala piirid on dünaamilistel mikrofonidel keskmiselt 50 – 16 000 &nbsp;Hz ja kondensaatormikrofonidel 40 – 18 000 &nbsp;Hz, stuudiomikrofonidel ka 20 – 20 000 &nbsp;Hz.

Mürataset määratletakse ekvivalentse helirõhuna, mis põhjustab mikrofoni väljundis niisama suure pinge kui mikrofoni omamüra kasuliku signaali puudumisel. Mürataset väljendatakse detsibellides kuuldelävele vastava helirõhu suhtes, kusjuures müramõõturis kasutatakse filtrit vastavalt standardile IEC 651 (koos A-ribafiltriga, mis arvestab kõrva sagedustundlikkust, vt [[Helivaljus# Mõõtühikud ja mõõtmine |Helivaljus]]). Parematel mikrofonidel jääb müratase vahemikku 10–20 &nbsp;dB (A). [[Signaali-mürasuhe]] on vastavalt 84–74 &nbsp;dB (A).

Suunadiagramm väljendab [[Polaarkoordinaadid |polaarkoordinaadistik]]us tundlikkuse sõltuvust nurgast mikrofoni telje esisuuna ja heliallikat mikrofoni keskmega ühendava sirge vahel. Suunadiagrammi kuju määrab see, kas mikrofoni elektromehaaniline muundur on tundlik ainult [[helirõhk |helirõhule]] või selle esi- ja tagaküljele mõjuvate helirõhkude erinevusele – helirõhu gradiendile. Ainult helirõhule tundliku mikrofoni tundlikkus ei sõltu madalatel sagedustel helilaine saabumise suunast ja suunadiagramm on ringikujuline ( salvestab hästi ka ruumikõla). Helirõhu gradiendile tundlike mikrofonide suunadiagramm võib sõltuvalt muunduri esi- ja tagaküljele mõjuvate helirõhkude vahekorrast olla kardioidikujulisest (ühesuunamikrofonil), mis võtab vastu põhiliselt eest ja külgedelt saabuvat heli, kuni kaheksakujuliseni (kahesuunamikrofonil).

Ettepoole väljavenitatud kaheksakujuline suunatunnusjoon on suundmikrofonil. Selline suunatunnusjoon on helirõhu gradiendile tundlikul mikrofonil, mille esiosas on külgpiludega [[interferents]]toru. Suunatoime hakkab eriti avalduma alates sagedusest 1–2 &nbsp;kHz.

[[FilePilt:Phantom power.svg| pisi | 400px | Kondensaatormikrofoni fantoomtoite skeem]]

Mikrofon on sümmeetrilise signaali allikas, mida on võimalik salvestusseadme ja võimendiga ühendada sümmeetrilise või ka ebasümmeetrilise skeemi järgi. Ebasümmeetrilise ühenduse korral juhib signaali ühesooneline kaabel, milles signaali tagasijuhtmeks on kaablivarje. Sümmeetrilisel kaablil on kaks signaalisoont, nii et mõlemad signaalikandjad on varje suhtes samaväärsed. Kaablisoontesse kanduvad siis ühesuurused häirepinged, mis võimendi [[Diferentsvõimendi |diferentssisendis]] kompenseeruvad. Sümmeetriline kaabel võib olla küllaltki pikk, ilma et oleks karta kõrgete helisageduste sumbumist või häirete, eriti [[müra (elektroonika)#võrgumüra |võrgumüra]] sissetungimist.

Mikrofonikaablil on tavaliselt Ø 3,5 &nbsp;mm [[pulkpistik]], peamiselt stuudiomikrofonidel aga [[XLR-konnektor |XLR-pistik]].

Kondensaator- ja elektreetmikrofon saab vajaliku toitepinge [[keemiline vooluallikas |patareist]] või seadmest, mille külge ta on ühendatud. Kasutatakse nn fantoomtoiteskeemi, mispuhul alalispinge pluss on mõlemal signaalisoonel ja miinus varjel. Seega puudub mikrofoni signaalisoonte vahel alalispinge.

Mikrofoni koormustakistus peab olema vähemalt 5 korda suurem kui mikrofoni sisetakistus ([[impedants]] sagedusel 1 &nbsp;kHz). Levinuimad sisetakistuse väärtused on 200 Ω ja 600 Ω ning vastavalt vajaliku koormustakistuse tüüpilised väärtused 1 ja 4,7 kΩ. Kui mikrofonivõimendi sisendtakistus on väiksem, alaneb mikrofoni tundlikkus ja võib aheneda ka sagedusala.

Mikrofoni ühendusjuhtme pikendamisel halveneb kõrgete sageduste edastus seda enam, mida suurem on mikrofoni väljundtakistus. Mikrofoni väljundpinge kahaneb 3 &nbsp;dB võrra sagedusel, millel ühendusjuhtme mahtuvustakistus on võrdne koormustakistusega. Sellest, nn lõikesagedusest kõrgemal sagedusel väheneb võimendi sisendpinge 6 &nbsp;dB oktavi kohta. Pika ühendusliini korral tuleb selle otstesse ühendada sobitustrafod. Need peavad olema väikese puistega ja hästi varjestatud.

Mikrofonidele on ohtlik vibratsioon, raputused ja põrutused. Mikrofoni proovimiseks ei tohi sellesse puhuda; piisab kergest koputamisest (nt pliiatsiga) vastu mikrofoni kesta. Välistingimustes tuleb mikrofoni kaitsta tuulevarjega. Kondensaator- ja elektreetmikrofonid on eriti tundlikud suure õhuniiskuse suhtes. Seepärast pole neid soovitatav kasutada väljas. Elektreetmikrofonile on ohtlik ka kõrge temperatuur (üle 50 &nbsp;°C).