Znajomość kardioidalnego od omni może pomóc w uzyskaniu lepszych nagrań. Jeśli jesteś zdezorientowany, co to wszystko znaczy, nasz przewodnik po polaryzacji mikrofonów powinien być krokiem we właściwym kierunku.
Każdy podręcznik technologii muzycznej zawiera opis różnych wzorców odbioru mikrofonu, ale to, co większość użytkowników naprawdę chce wiedzieć, to jakie korzyści mają do zaoferowania różne wzorce i w jakiej sytuacji można je wybrać. W tym artykule skupię się raczej na zastosowaniach „pojedynczego mikrofonu” niż na stereo, którym zajmiemy się w przyszłym artykule.
Podstawy
Warto pamiętać, że chociaż wydrukowane wzorce biegunowe są w dwóch wymiarach (jak poniżej), rzeczywisty wzorzec jest trójwymiarowy. Na przykład, wzór mikrofonu dookólnego narysowany na papierze wygląda jak okrąg, ale w rzeczywistości jest to kula.
Pomimo tego, że niektóre mikrofony w sprzedaży oferują wiele przełączanych wzorów odbioru, istnieją tylko dwa podstawowe wzory: dookólny i figura ósemki. Wszystkie inne wzorce używane obecnie, w tym popularna kardioida, są tworzone przez połączenie tych dwóch w różnych proporcjach.
Mikrofony omni są często określane jako „mikrofony ciśnieniowe”, ponieważ zasadniczo mierzą ciśnienie akustyczne w punkcie w przestrzeni. Membrana jest przymocowana w poprzek ujścia szczelnej wnęki, więc w efekcie mikrofon zachowuje się jak bardzo mały barometr zdolny do śledzenia zmian ciśnienia w częstotliwości dźwięku – ale nie ma możliwości wykrywania kierunku fal dźwiękowych, dlatego ma dookólny wzorzec biegunowy. Ponieważ układ ten wyczuwa tylko ciśnienie, nie ma znaczenia, z jakiego kierunku dochodzi dźwięk. Liczy się tylko zmiana ciśnienia w tym punkcie w przestrzeni, więc jest mniej więcej tak samo czuły na dźwięki ze wszystkich kierunków – zachowaj tę myśl, bo za chwilę do niej wrócę.
Aby zapobiec zachowywaniu się mikrofonu zbytnio jak barometr meteorologiczny i reagowaniu na zmiany pogody, wnęka jest zaprojektowana z bardzo małym przeciekiem powietrza lub odpowietrznikiem wbudowanym w nią, tak że zmiany ciśnienia o bardzo niskiej częstotliwości spowodowane pogodą (lub wysokością) nie zmuszają membrany do włożenia lub wyjęcia na stałe. Przy częstotliwościach audio, jednak, wnęka może być uważane za uszczelnione.
Mechaniczna prostota tego „ciśnienie obsługiwane” projekt oznacza, że poza-osiowe dźwięk jest nadal odbierane dość dokładnie (w zakresie odpowiedzi częstotliwości), ale fizyczny rozmiar każdego mikrofonu membrany zawsze spowoduje pewne wysokie-częstotliwości straty jak poruszać się poza-osiowe – i im większa membrana, tym bardziej wyraźne to wysokie-częstotliwości straty będzie. Jeśli wyobrazimy sobie dźwięk zbliżający się do membrany pod kątem, powiedzmy, 45 stopni od osi, to dźwięk dotrze do jednej strony membrany nieco wcześniej niż do drugiej. Powoduje to pewne anulowanie fazy przy wysokich częstotliwościach i w związku z tym pewien stopień utraty wysokich tonów. Dlatego też mikrofony do pomiarów precyzyjnych mają zazwyczaj kapsuły o bardzo małej średnicy. Stwarza to kolejny problem, ponieważ mniejsza ilość energii dźwiękowej przechwytywanej przez małą membranę wymaga większego wzmocnienia, co z kolei prowadzi do wyższego poziomu szumów elektrycznych. Z tego powodu ten rodzaj mikrofonu nie nadaje się do większości zastosowań muzycznych.
Inną zaletą nieodłącznie związaną z konstrukcją mikrofonów ciśnieniowych jest dobrze rozszerzone pasmo przenoszenia w dolnej części – zwykle o oktawę więcej niż w przypadku podobnej wielkości mikrofonu kardioidalnego. Są one również mniej podatne na zbieranie szumów i dudnień od drgań mechanicznych niż mikrofony kardioidalne.
Mikrofony typu „cyfra osiem” wykorzystują membranę otwartą na powietrze z obu stron, więc zamiast reagować bezpośrednio na ciśnienie, reagują na różnicę (lub gradient) ciśnienia między przednią a tylną częścią membrany – stąd ogólny termin „mikrofon gradientu ciśnienia” (czasami określany również jako mikrofon „prędkościowy”, ponieważ wykrywa prędkość fal dźwiękowych). Takie rozmieszczenie membrany sprawia, że mikrofon jest bardzo czuły na dźwięki dochodzące z przedniej lub tylnej osi, podczas gdy dźwięki dochodzące z boku nie powodują żadnego ruchu membrany, ponieważ ciśnienie po obu stronach membrany zawsze pozostaje równe. Praktycznym rezultatem jest mikrofon, który jest zasadniczo „głuchy” 90 stopni poza osią, ale jest równie czuły zarówno z przodu, jak i z tyłu. Dźwięk zbierany przez tylną część membrany wytwarza również odwrócony sygnał elektryczny w porównaniu z tym samym dźwiękiem zbieranym przez przednią część membrany (jest to dość logiczne, jeśli się nad tym zastanowić, ponieważ dwa scenariusze powodują, że membrana jest popychana w przeciwnych kierunkach).
Odpowiedź częstotliwościowa dźwięków na osi jest dość spójna w ramach ograniczeń określonych przez rozmiar membrany. Innymi słowy, im mniejsza membrana, tym większa dokładność w odbiorze dźwięków pozaosiowych. Jednym z krytycznych aspektów konstrukcji mikrofonu z gradientem ciśnienia jest to, że poziom wyjściowy spada wraz z malejącą częstotliwością. Dzieje się tak dlatego, że różnica ciśnień na membranie zmniejsza się wraz ze wzrostem długości fali dźwiękowej. Aby przezwyciężyć ten problem, zawieszenie membrany jest zwykle zaprojektowane w taki sposób, aby łatwiej reagowało na dźwięki o niskiej częstotliwości niż na dźwięki o wysokiej częstotliwości, co skutkuje bardziej wyrównaną charakterystyką częstotliwościową. Efektem ubocznym tego jest to, że mikrofon staje się znacznie bardziej wrażliwy na wibracje mechaniczne.
Efekt bliskości
Kolejnym ważnym czynnikiem, o którym należy pamiętać, jest to, że wszystkie mikrofony z gradientem ciśnienia wykazują, w różnym stopniu, „efekt bliskości” – podbicie niskich częstotliwości, które występuje, gdy mikrofon jest używany bardzo blisko źródła dźwięku (stąd inny popularny termin, „bass tip-up”). Efekt ten wynika z fizyki sposobu działania mikrofonu i jest dość skomplikowanym tematem, ale w praktyce, przy nagrywaniu, może być zarówno mocną, jak i słabą stroną – zależy, co chcesz osiągnąć.
Gdyby połączyć kapsuły ciśnieniowe i gradientowe w jednym mikrofonie, lub zorganizować jedną kapsułę tak, aby posiadała właściwości obu, rezultatem byłby kształt kardioidalny. Na osi, z przodu, polaryzacje dookólna i ósemkowa wytwarzane przez dwa podstawowe elementy mikrofonu sumują się, czyniąc kombinację bardzo czułą. Po bokach, element ósemkowy nie ma nic do dodania, pozostawiając tylko przetwornik dookólny. W konsekwencji, boki kardioidy są mniej czułe niż przód. W tylnej części mikrofonu charakterystyka ósemkowa jest taka sama jak w przypadku omni, ale wyjście elektryczne ma przeciwną polaryzację, więc oba te elementy się znoszą, co sprawia, że mikrofon jest bardzo słaby na dźwięki dochodzące bezpośrednio z tyłu. Działka czułości mikrofonu pod różnymi kątami jest mniej więcej w kształcie serca, stąd kardioidalny tag, choć w rzeczywistości wygląda bardziej jak pionowy przekrój przez jabłko, z łodygą jest tył wzorca.
Kardioidalny lub jednokierunkowy wzór jest szeroko stosowany ze względu na jego zdolność do dyskryminacji dźwięków docierających z boków lub z tyłu mikrofonu. Jednakże, gdy przyjrzymy się bliżej temu, jak zachowuje się mikrofon kardioidalny, szybko okaże się, że nie jest to rozwiązanie uniwersalne, które na początku mogłoby się wydawać.
Ale pierwsze mikrofony kardioidalne używały dwóch oddzielnych kapsuł, większość mikrofonów kardioidalnych w dzisiejszych czasach jest zbudowana przy użyciu pojedynczej kapsuły, gdzie labirynt dźwiękowy za membraną jest używany do manipulowania fazą dźwięków docierających do tylnej części kapsuły w taki sposób, aby wytworzyć pożądany wzór kardioidalny. Ogólnie rzecz biorąc, system ten działa bardzo dobrze i jest sercem większości ręcznych scenicznych mikrofonów dynamicznych, jak również wielu studyjnych modeli kondensatorowych, ale jego słabością jest to, że kardioidalny wzorzec odbioru nie jest taki sam dla wszystkich częstotliwości, więc podczas gdy mikrofon może dawać bardzo dokładne wyniki w sytuacjach, w których padający dźwięk jest bezpośrednio na osi, dźwięki poza osią będą w efekcie filtrowane przez charakterystykę kierunkową mikrofonu, najczęściej charakteryzującą się spadkiem czułości w wysokich częstotliwościach. Spróbuj mówić do boku mikrofonu kardioidalnego, a szybko usłyszysz, jak kolorowy może być odbiór poza osią.
W prawdziwym świecie dźwięk rzadko dociera tylko na osi, ponieważ większość środowisk wytwarza znaczną ilość odbitego dźwięku, a to może dotrzeć do mikrofonu z prawie każdego kąta. Praktycznym rezultatem tego jest to, że (skądinąd dokładny) dźwięk na osi jest mieszany ze znacznie podkolorowanym dźwiękiem odbitym, a w nieobrobionych pomieszczeniach może to prowadzić do zauważalnie nosowej lub pudełkowatej charakterystyki. Warto również zauważyć, że mikrofony kardioidalne są klasyfikowane jako mikrofony gradientu ciśnienia (ponieważ tylna część membrany nie jest zamknięta), więc podobnie jak figura ósemki, również wykazują efekt bliskości – co może skutkować znacznym wzrostem basu, gdy są używane bardzo blisko instrumentów lub wokalistów.
Różnicując mieszankę elementów ciśnieniowych (omni) i gradientowych (figure-of-eight), możemy uzyskać szersze lub węższe wzorce kardioidalne i, ponownie, te warianty mogą być replikowane przy użyciu kapsuły z pojedynczą membraną poprzez modyfikację labiryntu akustycznego za membraną. Mikrofony o wąskim wzorcu, takie jak superkardioida i hiperkardioida, wykazują niewielki płat czułości z tyłu, gdzie większa składowa gradientu ciśnienia zaczyna odciskać swoje piętno w postaci małego ogona tylnego o przeciwnej polaryzacji. W rezultacie, najmniej wrażliwe osie w tego typu mikrofonach znajdują się w odległości od 35 do 45 stopni od osi tylnej, a nie bezpośrednio za nią. Staje się to krytyczne przy ustawianiu monitorów typu „foldback”, na przykład dla wokalisty scenicznego, a także wpływa na to, jak należy ustawić mikrofon w studio, aby odrzucić niepożądany wyciek. Ogólnie rzecz biorąc, gdzie celujesz w „martwą oś” mikrofonu jest co najmniej tak samo ważne, jak to, na co go kierujesz, a często bardziej!
Ponieważ te mikrofony mają węższy wzór odbioru niż zwykła kardioida, są bardziej wrażliwe na zmiany pozycji źródła dźwięku, więc ważne jest, aby zminimalizować ruch podczas pracy w pobliżu nich. Fizyczne absorbery umieszczone za mikrofonem mogą pomóc zmniejszyć poziom dźwięku docierającego do tego wrażliwego tylnego płata, więc w sytuacjach, w których dobra separacja jest najważniejsza, ostrożne stosowanie wąskich mikrofonów kardioidalnych jest dobrą opcją.
Teoria w praktyce
Jak ten bardzo podstawowy przegląd wzorców mikrofonów i ich charakterystyki pomaga nam, gdy przychodzi do rzeczywistego tworzenia naszych nagrań? Wracając do naszego starego przyjaciela kardioida, teraz wiemy, że musimy wziąć poprawkę na niedokładne pozaosiowe pasmo przenoszenia i, jeśli używamy go naprawdę blisko źródła dźwięku, na podbicie basów w pobliżu. Właściwości kierunkowe pomagają utrzymać instrumenty oddzielnie w nagraniu, a także pomagają zminimalizować ilość odbitego dźwięku docierającego do mikrofonu, ale można być pewnym, że jakikolwiek rozlany lub odbity dźwięk, który dociera do tyłu i boków mikrofonu, będzie znacznie podkolorowany w porównaniu z mikrofonem omni użytym w tej samej sytuacji. Dookólny będzie oczywiście zbierał więcej dźwięków z pomieszczenia, ale będzie je zbierał z dużo mniejszym podbarwieniem niż kardioidalny.
Zbrojony w tę wiedzę, możesz spróbować zorganizować swoją konfigurację nagrywania, aby zminimalizować ilość dźwięków pozaosiowych docierających do mikrofonu. Jednym ze sposobów na to są pochłaniacze dźwięku, takie jak ciężkie, złożone koce, kołdry lub panele z pianki akustycznej. Na przykład podczas nagrywania wokalu potrzebne jest coś za głową wokalisty, co przechwyci i pochłonie dźwięk, który w przeciwnym razie mógłby odbić się od ściany bezpośrednio za nim i dostać się do przodu i boków kardioidalnego wzorca. Pomocne jest również zastosowanie absorberów wokół tylnej i bocznych części mikrofonu, nie zapominając o suficie nad mikrofonem i wokalistą. Podczas gdy improwizowane ekranowanie może być bardzo skuteczne, komercyjne rozwiązania, takie jak SE Reflexion Filter są nieco bardziej schludne i mniej rzucające się w oczy, jeśli chodzi o ekranowanie samego mikrofonu, ale powierzchnie odbijające za wokalistą muszą być również traktowane w celu osiągnięcia optymalnych rezultatów.
Użycie skutecznych absorberów znacznie poprawi jakość nagrań wykonanych przy użyciu mikrofonu o kardioidalnym wzorcu w przestrzeni o wysokim współczynniku odbicia, ale niewiele mikrofonów kardioidalnych brzmi tak naturalnie jak dobry model omni, po prostu z powodu sposobu, w jaki labirynt akustyczny za membraną wpływa na czystość dźwięku.
Nadmierny efekt zbliżeniowy jest najbardziej problematyczny podczas nagrywania wokali, ale łatwo sobie z nim poradzić, ustawiając pop shield tak, że wokalista nie może zbliżyć się bliżej niż kilka cali od mikrofonu. Proces decyzyjny polega tutaj na rozważeniu konsekwencji użycia mikrofonu omni i ponoszenia większego rozlewu, lub wyboru mikrofonu kardioidalnego, gdzie ilość rozlewu jest zmniejszona, ale rozlew, który pozostaje będzie brzmiał bardziej kolorowo – w rzeczywistości, podstawowe brzmienie może być również mniej naturalne. W wielu przypadkach, rzeczywiście uzyskasz zauważalnie lepiej brzmiące rezultaty, używając mikrofonu dookólnego, a następnie rozmieszczając ekrany akustyczne, aby zmniejszyć ilość wycieku przedostającego się do tyłu i boków mikrofonu.
W moim własnym studiu, kiedyś zawsze sięgałem po mikrofon kardioidalny podczas nagrywania gitary akustycznej, ale teraz często wybieram mikrofon dookólny w połączeniu z filtrem Reflexion. Rezultat jest nie tylko bardziej naturalnie brzmiący, ale też dokładne ustawienie mikrofonu wydaje się mniej krytyczne niż w przypadku modelu kardioidalnego. Oczywiście, nie zawsze dążymy do uzyskania naturalnego brzmienia – szczególnie w muzyce pop, gdzie przyjemny muzycznie rezultat jest ważniejszy niż absolutna wierność. Dlatego właśnie kardioidalne mikrofony z dużą membraną (prawdopodobnie najmniej dokładne pod względem wierności) są tak popularne przy nagrywaniu wokalu.
O ile nie potrzeba zbyt wiele wyobraźni, aby zbadać wady i zalety mikrofonów kardioidalnych i wszechkierunkowych w typowych sytuacjach nagraniowych, to mniej oczywiste jest, gdzie pasuje cyfra osiem. W końcu, dlaczego miałbyś chcieć mikrofonu, który jest tak samo czuły z tyłu, jak i z przodu, poza specjalistycznymi aplikacjami stereo, takimi jak M&S (Mid & Side)? Cóż, czasami jest tak dlatego, że fizyczna budowa mikrofonu nie daje wyboru. Mikrofony wstęgowe, na przykład, mają naturalną figurę ósemki wzorzec polarny i, z powrotem w latach 50-tych i 60-tych były one popularne z żywych zespołów, ponieważ pozwoliły one dwa backing wokalistów śpiewać do przeciwnych stron tego samego mikrofonu. W studio dzisiaj, wybieramy ribbon mics dla ich tonalności.
Jednakże jednym z głównych powodów, aby wybrać mikrofon figura-of-eight jest nie tyle, gdzie zbiera się z, jak gdzie nie. Pamiętaj, że mikrofon typu „figura ósemki” jest całkowicie głuchy na dźwięki docierające z odległości 90 stopni od osi. Oznacza to, że jeśli mamy dwa źródła dźwięku w bliskiej odległości, często można znacznie poprawić separację między nimi poprzez rozmieszczenie kilku mikrofonów typu „ósemka” w taki sposób, że „oś głucha” każdego z nich jest skierowana w stronę źródła dźwięku, które próbujemy odrzucić. Często tylna czułość mikrofonu może być zniwelowana przez zastosowanie ekranowania akustycznego. Technika ta może być bardzo skuteczna przy nagrywaniu gitarzysty akustycznego, który również śpiewa, ponieważ pomaga oddzielić gitarę od głosu, choć separacja nigdy nie będzie idealna z dwóch powodów: dźwięki nie pochodzą z jednego punktu, a odbicia z pomieszczenia mogą docierać do mikrofonów pod wieloma różnymi kątami. Z tego ostatniego powodu, użycie absorberów akustycznych w celu odizolowania obszaru nagrywania od nadmiernych odbić w pomieszczeniu jest wysoce zalecane.
Mikrofony wieloprzetwornikowe działają poprzez połączenie wyjść z dwóch kapsuł, najbardziej popularnym układem są dwie kapsuły kardioidalne umieszczone plecami do siebie. Poprzez kontrolowanie poziomu i polaryzacji wyjść dwóch kapsuł, można stworzyć dowolny z podstawowych wzorów biegunowych. Jednak tam, gdzie czystość dźwięku jest ważna – np. przy krytycznym nagrywaniu instrumentów klasycznych lub etnicznych – wybór dedykowanego mikrofonu dookólnego lub jednomembranowego typu figure-of-eight (najlepiej z małą membraną) prawdopodobnie przyniesie dokładniejsze rezultaty, z mniejszą ilością podkolorowań dźwięku poza osią.
Jeśli chodzi o kardioidalny wzorzec mikrofonów, nie ma większej różnicy, czy używasz modelu jednokapsułowego, czy dwukapsułowego, wieloprzetwornikowego. Oba będą działały podobnie, ponieważ oba bazują na kapsułach kardioidalnych. W teorii, warianty z mniejszą membraną powinny dawać dokładniejsze rezultaty dla dźwięków poza osią, ale korzyści mogą być przyćmione przez podkolorowania spowodowane przez akustyczny labirynt użyty do stworzenia wzoru polarnego.
Słowo końcowe…
Celowo utrzymałem ten przegląd tak prosty jak to tylko możliwe, w celu przedstawienia kilku ważnych koncepcji. Być może najważniejszą rzeczą do docenienia jest to, że podczas gdy duża membrana, mikrofon kardioidalny może być ostoją nagrywania w studiu projektowym, są sytuacje, w których może nie być najlepszym wyborem. Mam nadzieję, że odpowiednio podkreśliłem również znaczenie środowiska nagraniowego, ponieważ kontrolowanie tego, co dociera do mikrofonu – szczególnie poprzez odbicia – może stanowić ogromną różnicę dla efektu końcowego.