Полярность и фаза микрофона: как они влияют на сигналы микрофона

Имеем ли мы дело со звуком или со звуком, мы имеем дело с сигналами, имеющими пики, впадины и полярность. Микрофоны действуют как преобразователи, которые преобразуют звук в звук и, следовательно, также имеют дело с полярностью и фазой.

Что такое полярность микрофона и как она влияет на сигналы микрофона? Полярность микрофона учитывается двумя способами. Первый сравнивает движение диафрагмы с направлением (положительным или отрицательным) выводимого аудиосигнала (напряжение переменного тока). Другой сообщает нам, какой вывод (2 или 3) симметричного выхода передает положительный сигнал, а не отрицательный.

Что такое фаза микрофона и как она влияет на сигналы микрофона? Фаза означает количество, которое волна прошла через свой цикл. Фаза не оказывает большого влияния на сигналы одного микрофона, но влияет на два или более сигналов микрофона при смешивании вместе. Два идентичных синфазных сигнала суммируются, а два идентичных сигнала в противофазе компенсируются.

В этой статье мы обсудим важность полярности и фазы микрофона, а также их связи со звуком, звуком и, конечно же, микрофонами.

---

В чем разница между полярностью и фазой микрофона?

Часто полярность и фаза неправильно понял или понял, что означает одно и то же. Давайте посмотрим, чем они отличаются.

Под фазой понимается сдвиг формы сигнала во времени относительно другого сигнала или другого момента времени. Мы измеряем этот сдвиг в цикле на 360 °.

Полярность означает расположение сигнала «правая сторона вверх» или «вверх-вниз». Мы измеряем полярность как положительную (правая сторона вверх) или отрицательная (вверх ногами).

Давайте посмотрим на фотографию двух синусоидальных волн, чтобы проиллюстрировать эти моменты:

Что касается полярности, мы видим, что синий и розовый синусоидальные волны имеют противоположную полярность. Они представляют собой перевернутые изображения друг друга. Когда один достигает своего пика, другой оказывается в его впадине.

Предположим, что синусоидальная волна имеет положительную полярность, а розовая синусоида – отрицательную полярность.

Что касается фазы, мы можем видеть, что эти две формы волны одинаковы, но были сдвинуты на половину полного цикла. Используя измерение на 360 °, мы можем видеть, что эти две формы сигнала сдвинуты по фазе на 180 °.

Важно отметить, что обратная полярность не означает сдвиг по фазе на 180 ° через они оба дают одинаковый визуальный и слуховой результат.

И снова полярность означает изменение положительной и отрицательной амплитуды, а фаза – изменение формы волны в цикле на 360 °.

---

Полярность микрофона

Полярность микрофона описывает 1 из 2 вещей:

1. Полярность выходного сигнала при диафрагма вдавлена ​​в противовес полярности, когда диафрагма выдвинута.
2. Полярность контакта 2 по сравнению с контактом 3 на выходе микрофона. Это типичная спецификация сбалансированных микрофонов.

Прежде чем мы продолжим, давайте быстро опишем сбалансированный и несбалансированный звук:

Что такое сбалансированный звук? Симметричный аудиосигнал передает один и тот же аудиосигнал на два контакта: один вывод имеет версию с положительной полярностью, а другой – отрицательную. На симметричном входе дифференциальный усилитель суммирует различия между двумя контактами, эффективно устраняя любые общие помехи на обоих контактах.

Что такое несимметричный звук? Несимметричный звук передается по одному проводящему проводу с одним проводом возврата/заземления/экрана. Этот метод передачи звука очень чувствителен к шуму и помехам и не может передавать звук на большие расстояния без ухудшения качества сигнала.

Для получения дополнительной информации о сбалансированных и несимметричных сигналах и микрофоны, ознакомьтесь с моей статьей «Микрофоны выводят сбалансированный или несбалансированный звук?

Полярность микрофона

Микрофон принимает звук и превращает его в звук.

Для несбалансированных микрофонов смещение диафрагмы внутрь обычно должно вызывать положительную амплитуду микрофонного сигнала. Это связано с тем, что начало переходного процесса звука должно вызывать звуковое давление, которое перемещает диафрагму назад. Это называется положительной полярностью.

То же самое можно сказать и о симметричных микрофонах, но это видно только тогда, когда сигнал микрофона проходит через дифференциальный усилитель предусилителя. В этот момент мы обычно видим положительную амплитуду, когда диафрагма перемещается внутрь, и отрицательную амплитуду, когда диафрагма перемещается наружу. Это также обычно называют положительной полярностью.

И наоборот, громкоговорители принимают звук и воспроизводят звук. Поэтому они должны быть подключены таким образом, чтобы выталкивать наружу с положительной амплитудой и тянуть назад с отрицательной амплитудой.

Обычно микрофоны и громкоговорители устанавливаются таким образом, чтобы все оборудование хорошо работало вместе в помещении. с точки зрения полярности.

Всенаправленный Vs. Полярность направленного микрофона

Мы установили, что смещение диафрагмы вызывает амплитуду сигнала микрофона, а положительная полярность означает, что движение внутрь означает положительную амплитуду. Давайте теперь посмотрим, как это работает с всенаправленными и направленными микрофонами.

У всенаправленных (напорных) микрофонов только одна сторона диафрагмы открыта для звукового давления, и они одинаково чувствительны ко всем звукам. направления.

Звуковые волны с любого направления будут толкать и тянуть только переднюю сторону диафрагмы. Следовательно, звук со всех сторон имеет одинаковую полярность.

Чтобы узнать больше о всенаправленной диаграмме направленности, прочтите статью Что такое всенаправленный микрофон? (Диаграмма направленности + примеры микрофона).

У двунаправленных микрофонов (градиент давления) обе стороны диафрагмы одинаково открыты для звукового давления. Подумайте о ленточных микрофонах.

Эти микрофоны одинаково чувствительны к передней и задней части с кольцом тишины по бокам. Да, они одинаково чувствительны к передней и задней части, но эти микрофоны реагируют с противоположной полярностью на звуки спереди и сзади.

Звуковая волна спереди может вызвать смещение диафрагмы микрофона назад, а затем вперед. Та же самая звуковая волна заставила бы диафрагму двигаться вперед, а затем назад, если бы она шла сзади.

Таким образом, двунаправленные микрофоны имеют положительную полярность спереди и отрицательную полярность сзади, даже если их диафрагмы одинаково чувствительны к амплитуде звуковых волн.

Для получения дополнительной информации о двунаправленной диаграмме направленности (рисунок 8) см. Что такое двунаправленный микрофон/микрофон с рисунком 8 ? (С примерами микрофонов).

Однонаправленные микрофоны могут иметь или не иметь противоположную полярность. Кардиоидный, например, имеет только одну полярность для звуковых волн, хотя у него есть нулевая точка сзади. Задние лепестки чувствительности в направленной диаграмме направленности микрофона имеют полярность, противоположную полярности передних лепестков.

Для получения дополнительной информации обо всех диаграммах направленности микрофона ознакомьтесь с моей статьей Полное руководство К диаграммам направленности микрофона.

Сбалансированная полярность звука микрофона

Полярность – это спецификация микрофона, которая достаточно часто появляется в технических данных производителя.

Для симметричных микрофонов полярность обычно задается так: контакт 2 выхода микрофона имеет положительную полярность, а контакт 3 – отрицательную полярность.

Из того, что мы узнали выше, это означает, что то, что диафрагма микрофона, перемещенная внутрь, вызывает положительную амплитуду на контакте 2 и одинаково отрицательную амплитуду на контакте 3. Перемещение диафрагмы наружу вызывает отрицательную амплитуду на контакте 2 и столь же положительную амплитуду на контакте 3.

Если верно обратное, производитель должен сообщить нам об этом в спецификации микрофона.

Примечание по S стереомикрофоны

Обычно микрофоны выводят монофонические аудиосигналы. Даже стереомикрофоны выводят двойной монофонический сигнал, а не стереофонический сигнал. Эти сигналы затем панорамируются в записывающем устройстве, микшере или DAW для получения правильного стереоизображения.

Микрофонные элементы в стереомикрофонах правильно настроены, чтобы иметь одинаковую полярность и входить внутрь. фазы друг с другом.

Более подробную статью о стереомикрофонах можно найти в моей статье «Выводят ли микрофоны монофонические или стереосигналы?

---

Синфазно по сравнению с. Не в фазе

Теперь обсудим фазовые соотношения с микрофонами.. Фаза немного сложнее полярности.

Фаза означает количество, которое волна прошла через свой цикл. Поскольку звук и микрофонный сигнал являются волнами, важна фаза. Две идентичные волны/синфазные сигналы суммируются, в то время как две идентичные волны/синфазные сигналы компенсируют друг друга.

Фаза обычно применяется к сигналам одной и той же частоты. Если эти волны синфазны, они выстраиваются вдоль всей своей формы. Если они не совпадают по фазе, всегда будет разница между двумя циклами в любой данный момент времени.

Однако слышимый звук и звук имеют частотный диапазон 20 Гц. – 20000 Гц. Чтобы звук или звук были действительно синфазными на 100%, практически невозможно, если мы не дублируем звук в цифровом виде или не используем синтезаторы.

По своей природе звук и акустика имеют очень сложные отношения и даже пару микрофонов размещенные очень близко друг к другу, не будут совпадать по фазе на 100%. При этом мы можем приблизиться к синфазности, и этого достаточно для нас (вне ушей редко, если вообще когда-либо слышен звук идеально синфазный.

Есть две основные причины, по которым звук в две или более точек практически никогда не совпадают по фазе по своей природе:

• Прямое расстояние от источника звука: Звуковая волна будет разной фазы его формы волны на разном расстоянии от источника звука.
• Звук состоит из множества разных частот: даже если два микрофона расположены на одинаковом расстоянии от источника звука, вероятность совпадения всех частот практически равна нулю. Это особенно верно для более высоких и более направленных частот.

Есть много других способов, которыми звук будет отличаться на двух разных расположение микрофона. Сюда входят отражения/реверберация, другие источники звука и направление микрофона.

Таким образом, фаза действительно имеет значение только при наличии двух или более сигналов. Таким образом, расположение микрофона является решающим r фазовая когерентность при использовании более одного микрофона.

---

Советы по устранению проблем с фазой

Несинфазные аудиосигналы вызывают деструктивные помехи и возможность действительно испортить звук микса. Однако синфазные конструктивные помехи действительно могут сделать микс сияющим, если микрофоны размещены правильно.

Давайте посмотрим на несколько советов, которые мы можем использовать, чтобы минимизировать фазовые проблемы с нашими микрофонами:

• Не направляйте микрофоны друг на друга.
• Используйте микрофонные предусилители с переключателями фазы.
• При стереомикрофоне размещайте микрофоны на одинаковом расстоянии от источников низкочастотного звука.
• Используйте пограничные микрофоны возле поверхностей.
• Используйте кардиоидные микрофоны, а не микрофоны-дробовики для гудения в помещении.
• Правило 10 дБ.
• Правило 3: 1.
• Попробуйте использовать стереомикрофон Mid-Side через XY.
• Используйте свои уши и прислушивайтесь к потенциальным фазовым проблемам.

Давайте обсудим каждую из них вкратце.

Не направляйте микрофоны друг на друга

Направление двух микрофонов друг на друга может нанести ущерб их фазовому соотношению. Давайте рассмотрим пример стереозвука и общий пример моно подключения малого барабана сверху и снизу.

Направление стереопары микрофонов друг на друга – рецепт для проблем с фазой.

Любые источники звука между микрофонами (если источник не находится точно посередине) войдут в один микрофон раньше другого.

Если источник действительно находится посередине , он может посылать волну первой сжатия в один микрофон и волну первой волны разрежения в другой микрофон. Я проясню это, когда мы обсудим пример малого барабана.

Наконец, если источник звука находится за одним из микрофонов, а микрофоны однонаправленные, звук сначала попадет в один микрофон, но будет громче в другом микрофоне. Это рецепт плохой фазы и неуклюжего стерео образа.

Допустим, мы включаем малый барабан с помощью верхнего микрофона (направленным вниз) и нижнего микрофона (направленного вверх). При попадании в ловушку кожа верхней пластинки (и, по замыслу, нижней пластинки) сдвигается вниз. Это приводит к тому, что звук «положительной полярности» направляется к нижнему микрофону, а звук «отрицательной полярности» направляется к верхнему микрофону.

Используйте переключатели переворота фазы

Но многие инженеры подключают малый барабан к верхнему и нижнему микрофонам. Они позволяют избежать проблем с фазой, переворачивая фазу нижнего микрофона.

Многие предусилители позволяют переключать фазу аудиоканала. В качестве альтернативы, большинство микшеров и рабочих станций с цифровым звуком позволяют это делать в миксе.

Если ваши микрофоны настроены и звучат отлично по отдельности, но все еще есть проблемы с фазой, может быть эффективным перевернуть фазу одного или нескольких микрофонов, чтобы услышать, улучшается ли фазовая когерентность.

Очевидно, что эта стратегия лучше всего работает, когда два микрофона смещены по фазе почти на 180 °.

Размещайте микрофоны на одинаковом расстоянии от источников низкочастотного звука

Низкие частоты имеют большую длину волны. Это и благословение, и проклятие.

Это означает, что мы не можем рассчитывать их фазы, чтобы иногда совпадать, когда микрофоны расположены неправильно. Это преимущество высоких частот и их очень коротких длин волн.

Однако, если мы разместим наши микрофоны на одинаковом расстоянии от низкочастотного источника (например, бас-барабана), мы можем поспорить, что энергия низких частот будет синфазным, красивым и полным. Частично это происходит из-за длинных волн низких частот, а также из-за их всенаправленности. Низкочастотные звуки равномерно выходят наружу и хорошо работают с равномерно расположенными микрофонами.

Используйте микрофоны поверхностного слоя у поверхности

Чтобы избежать эффекта гребенчатой ​​фильтрации отражений, выберите микрофоны граничного слоя когда вам нужно поставить микрофон близко к поверхности. Эти микрофоны предназначены для улавливания звука от источника без улавливания каких-либо отражений от ближней поверхности.

Для получения более подробной статьи о граничных микрофонах см. Полусферический пограничный микрофон/диаграмма направленности PZM.

Используйте кардиоидные микрофоны при гудке в помещении

Это опять же, чтобы избежать проблем с фазой, которые исходят сзади лепестки чувствительности и отражения от близких поверхностей.

Расположение микрофонов с дробовиком вблизи поверхностей улавливает эти отражения, а противоположная фаза заднего лепестка действительно мешает микрофонному сигналу.

Чтобы узнать больше о микрофоне на штанге, ознакомьтесь со следующими статьями «Мой новый микрофон»:

Что такое микрофон на штанге? (Приложения + примеры микрофонов).
Как правильно удерживать стойку стрелы и микрофон.

Следуйте правилу 10 дБ

Правило 10 дБ – это общее практическое правило, которое гласит следующее: когда несколько микрофонов, находящихся в непосредственной близости, улавливают один и тот же источник звука, лучше всего иметь разность сигналов не менее 10 дБ между выделенным микрофоном и вспомогательными микрофонами, чтобы минимизировать фазу. проблемы.

Следуйте правилу 3: 1

Эмпирическое правило 3: 1 утверждает, что два микрофона захватывают источник (или несколько источников в одном пространстве), микрофоны должны находиться на расстоянии, в 3 раза превышающем кратчайшее расстояние от микрофона до источника.

Другое правило 3: 1 гласит, что удаленный микрофон должен быть как минимум в 3 раза дальше от источника. чем ближний микрофон.

Попробуйте Mid-Side Over XY

XY – это совпадающая пара и редко имеет фазовые проблемы. Однако в некоторых случаях сворачивание стереоизображения XY в моно вызывает некоторые проблемы.

В этих редких случаях или если вы точно знаете, что вам предстоит свернуть стерео микшируйте в моно, попробуйте совпадающую технику стерео на средней стороне.

На средней стороне есть два микрофона:

• Средний микрофон : это кардиоидный микрофон, который направлен к центру стереоизображения, которое вы планируете записывать.
• Боковой микрофон: это двунаправленный ( рисунок 8) микрофон, который направлен влево и вправо (90 ° и 270 °) от среднего микрофона.

В миксе панорамируйте центр среднего микрофона. Возьмите боковой микрофон и продублируйте сигнал. Сдвигайте одну копию влево, а другую – вправо. Переверните фазу правой копии.

Теперь, когда вы свертываете стереоизображение в моно, боковая (левая и правая) информация полностью отменяется (сдвиг по фазе на 180 °) и mid (в центре) будет сильным.

Для получения дополнительной информации о стереомикрофоне ознакомьтесь с 8 лучшими техниками стереомикрофона (с рекомендованными микрофонами).

Используйте свои уши

Мой последний совет – используйте свои уши.

Если ваш микрофон звучит не в фазе, найти решение.

Точно так же, если микрофон не идеален, но звук отличный и синфазный, тогда продолжайте!

---

Вопросы

Что такое диаграмма направленности микрофона? Полярная диаграмма микрофона – это способ представления направленности микрофона. Другими словами, диаграммы направленности описывают направления, в которых микрофон наиболее чувствителен, чувствителен к аренде и все точки между ними. Полярные диаграммы могут быть качественными (определенные названия) или количественными (с диаграммами полярных откликов).

Для более глубокого изучения диаграмм направленности микрофона прочтите мою статью Полное руководство по диаграммам направленности микрофона.

Что произойдет, если динамик подключен с обратной полярностью? Подключение динамика с обратной полярностью не повредит динамик, но, скорее всего, окажет негативное влияние на воспроизведение. Переходная информация может быть потеряна, когда говорящий движется внутрь, а не наружу. Когда два или более динамика подключены с обратной полярностью, возникают большие проблемы с фазовой компенсацией.