Marc Henshall,

Mikrofony są używane do przechwytywania lub wzmacniania określonego dźwięku. Wyzwaniem dla inżynierów dźwięku jest wybranie właściwego mikrofonu dla danej aplikacji, a także zastosowanie odpowiedniej techniki omikrofonowania w celu najkorzystniejszego przechwycenia wybranego źródła dźwięku, przy równoczesnym ograniczeniu udziału niepożądanych szumów otoczenia lub też uniknięciu sprzężeń zwrotnych. Niezbędnym i często podstawowym elementem procesu wyboru jest pełne zrozumienie podstaw dotyczących sposobu, w jaki mikrofon odbiera dźwięk, a kluczowa w tym wszystkim jest jego charakterystyka kierunkowości.

charakterystyki kierunkowości mikrofonów

Co to jest charakterystyka kierunkowości?

Charakterystyka kierunkowości mikrofonu to jego czułość na dźwięki docierające do niego z różnych kierunków lub pod różnym kątem. Znanych jest wiele różnych charakterystyk kierunkowości, które można przedstawić na wykresach znanych jako wzory biegunowości. Wykres wzoru biegunowości przedstawia różnice w czułości w zakresie 360 stopni wokół mikrofonu – przyjmując, że mikrofon jest w środku, a wartość 0 stopni oznacza jego przód.

Trzy podstawowe typy charakterystyk kierunkowości mikrofonów to: wszechkierunkowa, jednokierunkowa oraz dwukierunkowa.

Mikrofony wszechkierunkowe

Mikrofony wszechkierunkowe są w równym stopniu czułe na dźwięki docierające do nich pod różnymi kątami. Nie muszą być one ustawiane w żadnym określonym kierunku do właściwego odbioru źródła dźwięku, co może być szczególnie użyteczne w niektórych aplikacjach, ale w innych już niekoniecznie. Zaletą mikrofonów wszechkierunkowych jest ich bardzo otwarte i naturalne brzmienie w porównaniu do alternatywnych wersji jednokierunkowych lub dwukierunkowych. Ta cecha sprawia, że są one świetnym wyborem w przypadku środowisk studyjnych z dobrą akustyką lub też w zastosowaniach dźwięku na żywo, gdy poziom głośności na scenie jest niski. Brak kierunkowości jest też równocześnie wadą, jeśli zależy nam na niskim poziomie szumów otoczenia, braku akustyki pomieszczenia czy też unikaniu sprzężeń zwrotnych ze strony monitorów scenicznych. W tych przypadkach mikrofony wszechkierunkowe nie są właściwym wyborem.

Zastosowania: nagrywanie w studiach, mikrofony akustyki pomieszczeń, przechwytywanie szerokiego źródła dźwięku (np. chóru).

Mikrofony jednokierunkowe

Mikrofony jednokierunkowe wykazują większą czułość na dźwięk docierający z ich przodu – pod kątem oznaczanym na wykresach jako 0 stopni i równocześnie mniejszą czułością na dźwięki z innych kierunków. Ta cecha sprawia, że mikrofony jednokierunkowe są efektywne w izolowaniu pożądanego przez nas dźwięku ze źródła znajdującego się w osi mikrofonu od niepożądanych dźwięków spoza osi mikrofonu, a także różnych szumów otoczenia.

W kategorii mikrofonów jednokierunkowych wyróżnia się trzy podstawowe charakterystyki kierunkowości: kardioidalną, superkardioidalną oraz hiperkardioidalną.

Kardioidalna

Charakterystyka kardioidalna jest zdecydowanie najczęściej wykorzystywanym wzorem biegunowości w konstrukcji mikrofonów. Te mikrofony mają szeroki obszar odbioru dźwięku w ich osi i maksymalne tłumienie przy 180 stopniach poza osią. To zapewnia uzyskanie wysokiego poziomu wzmocnienia przed pojawieniem się sprzężeń zwrotnych, gdy monitory odsłuchowe są umieszczone bezpośrednio za mikrofonami. W wielu przypadkach szumy otoczenia są ograniczane o około dwie trzecie w porównaniu do ich odpowiedników wszechkierunkowych. Te cechy sprawiają, że mikrofony kardioidalne są podstawowym wyborem w przypadku występów na żywo oraz tras koncertowych.

Ben Bauer, inżynier firmy Shure, był główną postacią zajmującą się projektowaniem pierwszego na świecie jednoelementowego przetwornika o charakterystyce kardioidalnej, gdy rozpoczął opracowywanie pierwszego modelu Shure Unidyne na początku 1937 roku. Przed modelem Unidyne powszechną techniką uzyskiwania mikrofonu o charakterystyce jednokierunkowej było użycie w jednej obudowie elementu wszechkierunkowego w połączeniu z elementem o charakterystyce dwukierunkowej. Gdy wyjścia z obydwu kartridżów zostały zmiksowane razem w równych proporcjach, uzyskiwano charakterystykę zbliżoną do kardioidalnej.

Zastosowania: dźwięk na żywo, nagrywanie studyjne (szczególnie w przypadkach z mniej niż idealnymi warunkami akustycznymi).

kardioidalna charakterystyka kierunkowości

Superkardioidalna oraz hiperkardioidalna

Obydwie te charakterystyki oferują węższy zakres odbioru dźwięku z przodu w porównaniu do charakterystyki kardioidalnej – 115 stopni w przypadku superkardioidalnej oraz 105 stopni w przypadku charakterystyki hiperkardioidalnej, z równocześnie większą izolacją od dźwięków otoczenia. Dodatkowo, podczas gdy mikrofon kardioidalny jest mniej czuły na dźwięki z tyłu (180 stopni poza osią), mikrofon superkardioidalny jest mniej czuły przy 125 stopniach, a hiperkardioidalny przy 110 stopniach. Gdy te mikrofony zostaną właściwie ustawione, zapewniają one bardziej „skupiony” odbiór dźwięku w porównaniu do mikrofonu kardioidalnego, z lepszym izolowaniem szumów otoczenia i większą odpornością na sprzężenia zwrotne. Należy jednak zwrócić uwagę, że gdy używamy mikrofonów o tych charakterystykach na scenie z monitorami podłogowymi, należy unikać umieszczania monitorów bezpośrednio za mikrofonami. W takim przypadku monitory odsłuchowe należy umieścić z boków mikrofonów, pod takim kątem, przy którym wykazują one najmniejszą czułość.

Warto też zaznaczyć, że mikrofony hiperkardioidalne są znacznie bardziej czułe na dźwięki z ich tyłu w porównaniu do mikrofonów superkardioidalnych. I chociaż przedni obszar odbioru dźwięku jest znacznie „zawężony”, należy zachować szczególną ostrożność przy umieszczaniu mikrofonu. Wokaliści, którzy mają tendencję do wykonywania szerokich gestów z mikrofonem, muszą zdawać sobie sprawę, że najmniejszy ruch mikrofonu hiperkardioidalnego ma zdecydowanie większy wpływ na działanie mikrofonu w porównaniu do konstrukcji kardioidalnych lub superkardioidalnych.

Zastosowania: sceny z dźwiękiem na żywo, gdy poziom szumów jest wysoki.

superkardioidalna charakterystyka biegunowości

Inne właściwości, które powinniśmy uwzględnić, gdy korzystamy z mikrofonów jednokierunkowych:

Podczas gdy charakterystyka kierunkowa jest pożądana w przypadku wielu różnych zastosowań, powinniśmy też wziąć pod uwagę kilka innych czynników:

Efekt zbliżeniowy (proximity) – Mikrofony jednokierunkowe cechują się obecnością efektu zbliżeniowego – zjawiska, które powoduje wzrost obecności niskich tonów, gdy mikrofon jest zbliżany do źródła dźwięku. Czasami efekt zbliżeniowy jest wykorzystywany świadomie, w celu uzyskania bardziej ciepłego brzmienia i zwiększenia obecności niskich tonów. W innych sytuacjach może on być niepożądany i wówczas należy mikrofon odsunąć od źródła dźwięku lub też stłumić basy przy użyciu korektora barwy.

Koloryzacja poza osią – Charakterystyka częstotliwościowa mikrofonu może nie być jednakowa przy ustawieniach go pod różnymi kątami. Oznacza to, że charakterystyka częstotliwościowa może zmieniać się, gdy mikrofon będzie zmieniać kąt względem źródła dźwięku. Zazwyczaj zmiany są wyraźnie widoczne w paśmie wysokich częstotliwości.

Współczynnik odległości – Z tego powodu, że mikrofony kierunkowe odbierają dźwięki otoczenia z mniejszym poziomem w porównaniu do ich odpowiedników wszechkierunkowych, mogą być one użyte z nieco większej odległości względem źródła dźwięku, przy zachowaniu takiego samego stosunku między dźwiękiem bezpośrednim a dźwiękami tła lub otoczenia. W praktyce mikrofony hiperkardioidalne można umieścić nieco dalej niż typowe mikrofony kardioidalne, z zachowaniem takiego samego stosunku dźwięku bezpośredniego względem dźwięku odbitego.

Dwukierunkowa (ósemkowa)

Ostatnia, ale nie mniej ważna na naszej liście, ósemkowa charakterystyka kierunkowości wyróżnia się tym, że posiada dwa kąty z maksymalną czułością oraz dwa kąty z minimalną czułością. Podobnie jak mikrofony wszechkierunkowe, również mikrofony dwukierunkowe oferują bardzo otwarte i naturalne brzmienie. Kąt odbioru dźwięku wynosi tylko około 90 stopni zarówno z przodu, jak i z tyłu, a dźwięki otoczenia są odbierane na podobnym poziomie jak w przypadku mikrofonów kardioidalnych. Ten mikrofon może być używany do odbioru dwóch przeciwległych źródeł dźwięku, takich jak na przykład duet wokalny. Wszystkie mikrofony wstęgowe mają ze swojej natury charakterystykę dwukierunkową.

Zastosowania: nagrywanie studyjne, stereofoniczne techniki mikrofonowe

tabela charakterystyk kierunkowości

Spójność charakterystyki kierunkowości

Na koniec warto jeszcze przybliżyć zagadnienie spójności charakterystyki kierunkowości:

Charakterystyki we współrzędnych biegunowych nie są tak proste, jak to może wydawać się na pierwszy rzut oka. W rzeczywistości wykresy zmieniają się w zależności od danej częstotliwości. Jednym ze wskaźników znakomitej jakości mikrofonu jest spójna charakterystyka kierunkowości podczas testów w całym spektrum częstotliwości. Warto przyjrzeć się zamieszczonym poniżej przykładom przedstawiającym charakterystykę częstotliwościową mikrofonu Shure Beta58.

Wykres biegunowy beta58

Jak możemy zobaczyć, na ilustracjach przedstawiono, jak nieznacznie zmienia się wzór biegunowy dla różnych częstotliwości. Beta58 jest jednym z przykładów niezwykle spójnej charakterystyki częstotliwości, a co za tym idzie również wydajności, dla wielu różnych częstotliwości wzorcowych. Wiele podobnych mikrofonów oferowanych na rynku – szczególnie tańszych alternatyw – nie działa w tak spójny sposób. Podczas gdy w danych technicznych znajdziemy ogólną informację o superkardioidalnej charakterystyce częstotliwości, może ona odnosić się tylko do określonej częstotliwości. Na przykład dla 1 kHz mikrofon może mieć charakterystykę superkardioidalną, ale już dla 150 Hz jego działanie może być bliższe charakterystyce wszechkierunkowej.

Takie niedoskonałości sprawiają, że praca inżyniera dźwięku jest bardzo utrudniona, na przykład w ustawieniu dobrej korekcji barwy czy też uzyskaniu wysokiego poziomu wzmocnienia przed pojawieniem się sprzężeń zwrotnych, gdy wykorzystywane są monitory podłogowe. Gdy będziemy wybierać następny mikrofon, pamiętajmy, aby dobrze przyjrzeć się wszystkim jego właściwościom, w tym jego wykresom biegunowym.

Marc Henshall

Marc forms part of our Pro Audio team at Shure UK and specialises in Digital Marketing. He also holds a BSc First Class Hons Degree in Music Technology. When not at work he enjoys playing the guitar, producing music, and dabbling in DIY (preferably with a good craft beer or two).