Конденсаторные микрофоны

Шум

Предостережения

Помните, однако, что максимальный выходной уровень имеет место только при самых неблагоприятных уровнях звукового давления, равных максимально допустимому для микрофона. Это означает, что если в конкретной ситуации источники звука не создадут максимальный уровень звукового давления, то можно немного либеральнее подойти к требованиям по входной перегрузке. К примеру, если известно, что источник звука никогда не превышает, скажем, значения 110 дБ SPL и микрофон обеспечивает максимальный уровень 130 дБ, то можно сбросить 20 дБ по уровню в табл.1 и существенно расширить выбор вариантов предусилителя.

Следует также иметь в виду, что перегрузка входа является прямой функцией настроек управления усилением предусилителя. Большинство производителей предусилителей измеряют максимальный входной уровень при минимальном усилении. Это означает наличие реальной опасности, что после тщательного подбора соответствующих выходных и входных уровней микрофона и предусилителя обнаружится, что микрофон все же перегружает предусилитель. Такое случается, когда система нуждается в подъеме усиления предусилителя (и, соответственно, снижении запаса по перегрузке), а микрофон используется для источников с широким динамическим диапазоном. Если нет специального человека, управляющего усилением, или системы автоматического регулирования входного усиления, перегрузка более чем вероятна. Вывод состоит в том, что необходимо заботиться не только о соответствии уровней микрофона и предусилителя, но и о реальных источниках звука и установках усиления.

И микрофоны, и предусилители имеют свои собственные уровни шума. При выборе предусилителя необходимо знать, в какой степени шум предусилителя повысит уровень шума, обусловленного микрофоном. Различные технологии разработки микрофонов предполагают разную терминологию в описании шума.

Динамические микрофоны

Спецификации динамических микрофонов редко содержат значение уровня шума, поскольку в этих микрофонах нет активных цепей, генерирующих шум, — есть только магнит и катушка. Микрофоны этой категории правильно называются электромагнитными или электродинамическими. Выходной шум у них очень мал — настолько мал, что его даже не указывают. Однако они все же создают некоторый шум, и он вычисляется на основе значения импеданса микрофона.

Таблица 2. Выходной шум динамических микрофонов (20 Гц…20 кГц, 20°С)
Импеданс, Ом	Шум, дБu, A-взвешенный
	-141
	-138
	-136
	-135
	-134
	-133
	-132
	-132
	-131
	-131
	-130
	-130

Для того, чтобы сделать это, нужно взять из спецификации значение импеданса динамического микрофона и по табл. 2 преобразовать его в единицы измерения дБu, взвешенные по кривой A. Этот шум является суммой белого шума, обусловленного сопротивлением провода, которым намотана катушка, и фактора коррекции 5 дБ, необходимого для взвешивания по кривой А (определение достаточно приблизительное, поскольку настоящее взвешивание по кривой А может снизить уровень в диапазоне 3…6 дБ в зависимости от природы шума, но такое приближение согласуется со статьей Холмана и результатами измерений).

Шум, измеренный на стандартном эталонном резисторе 150 Ом (200 Ом для Европы), является хорошим эталоном в оценке шума. Из табл. 2 видно, что это эквивалентно уровню -136 дБu (A-взвешенному; если нет, то -131 дБu). Это означает, что невозможно достичь выходного уровня динамического микрофона с импедансом 150 Ом ниже чем -136 дБu (A-взвешенный, при 20°С, на максимальной частоте 20 кГц). Взгляд на табл. 2 убеждает в том, что динамические микрофоны действительно являются очень тихими.

Табл. 2 можно использовать для сравнения выходного уровня шума микрофона с эквивалентным входным шумом EIN предусилителя (EIN — equivalent input noise). Например, если уровень шума динамического микрофона составляет -136 дБu и выбран предусилитель с EIN, равным также -136 дБu, то разница уровней составит 0 дБ и по табл. 4 можно определить, что этот предусилитель при работе с этим микрофоном даст общее ухудшение по уровню шума в 3 дБ. То есть сочетание микрофона и предусилителя добавляет 3 дБ к общему уровню шума. Ниже будет подробнее объяснено, как пользоваться этой таблицей.

Конденсаторные, или, более правильно, электростатические микрофоны содержат цепь поляризации и как минимум буферный транзистор, встроенный в корпус микрофона, а то и целую схему предварительного усиления/подмагничивания и трансформатор. И каждый из этих элементов вносит свою лепту в выходной шум. Электростатические микрофоны — достаточно шумные по сравнению с динамическими, но есть ряд причин, обусловивших их широкое распространение.

Различные производители используют разную терминологию в спецификациях своих микрофонов при обозначении шума: собственный шум (Self-Noise), эквивалентный шум SPL (Equivalent Noise SPL), эквивалентный уровень шума (Equivalent Noise Level), порог шума (Noise Floor) и просто «шум». Все эти понятия описывают один и тот же параметр.

Шум микрофона привязан к эквиваленту уровня звукового давления, который дает на выходе напряжение, равное по уровню шуму, и обычно он является взвешенным по кривой А. Это значит, что шум представляется в единицах измерения дБ SPL. В спецификации может быть указано, что уровень шума составляет 14 дБ SPL в эквиваленте, A-взвешенный, или, в сокращенном варианте, 14 дБA (терминология неудачная, но распространенная). Это означает, что собственный уровень шума эквивалентен источнику звука с уровнем звукового давления 14 дБ. Проблемы возникают тогда, когда предпринимаются попытки сравнить уровень шума микрофона в 14 дБ SPL с эквивалентным входным шумом EIN предусилителя, равным, скажем, -128 дБu.

Таблица 3. Выходной шум конденсаторных микрофонов (dBu)
Чувствительность	Уровень шума (эквивалентный уровень звукового давления (дБ-SPL, A-взвешенный)
мВ/Па	dBu
	-52	-140	-138	-136	-134	-132	-130	-128	-126	-124	-122	-120	-118	-116
	-46	-134	-132	-130	-128	-126	-124	-122	-120	-118	-116	-114	-112	-110
	-42	-130	-128	-126	-124	-122	-120	-118	-116	-114	-112	-110	-108	-106
	-40	-128	-126	-124	-122	-120	-118	-116	-114	-112	-110	-108	-106	-104
	-38	-126	-124	-122	-120	-118	-116	-114	-112	-110	-108	-106	-104	-102
	-36	-124	-122	-120	-118	-116	-114	-112	-110	-108	-106	-104	-102	-100
	-35	-123	-121	-119	-117	-115	-113	-111	-109	-107	-105	-103	-101	-99
	-34	-122	-120	-118	-116	-114	-112	-110	-108	-106	-104	-102	-100	-98
	-33	-121	-119	-117	-115	-113	-111	-109	-107	-105	-103	-101	-99	-97
	-32	-120	-118	-116	-114	-112	-110	-108	-106	-104	-102	-100	-98	-96
	-31	-119	-117	-115	-113	-111	-109	-107	-105	-103	-101	-99	-97	-95
	-30	-118	-116	-114	-112	-110	-108	-106	-104	-102	-100	-98	-96	-94
	-29	-117	-115	-113	-111	-109	-107	-105	-103	-101	-99	-97	-95	-93
	-29	-117	-115	-113	-111	-109	-107	-105	-103	-101	-99	-97	-95	-93
	-28	-116	-114	-112	-110	-108	-106	-104	-102	-100	-98	-96	-94	-92
	-28	-116	-114	-112	-110	-108	-106	-104	-102	-100	-98	-96	-94	-92
	-27	-115	-113	-111	-109	-107	-105	-103	-101	-99	-97	-95	-93	-91
	-27	-115	-113	-111	-109	-107	-105	-103	-101	-99	-97	-95	-93	-91
	-26	-114	-112	-110	-108	-106	-104	-102	-100	-98	-96	-94	-92	-90
	-26	-114	-112	-110	-108	-106	-104	-102	-100	-98	-96	-94	-92	-90
	-25	-113	-111	-109	-107	-105	-103	-101	-99	-97	-95	-93	-91	-89
	-25	-113	-111	-109	-107	-105	-103	-101	-99	-97	-95	-93	-91	-89
	-25	-113	-111	-109	-107	-105	-103	-101	-99	-97	-95	-93	-91	-89
	-24	-112	-110	-108	-106	-104	-102	-100	-98	-96	-94	-92	-90	-88
	-24	-112	-110	-108	-106	-104	-102	-100	-98	-96	-94	-92	-90	-88

К счастью, снова на помощь приходят таблицы. Табл. 3 отражает зависимость между выходным шумом микрофона, выраженным в эквивалентном дБ SPL, его чувствительностью в мВ/Па и выходным шумом, выраженным в дБu, A-взвешенный. Используя табл. 3, можно выполнить прямое сравнение шума любого микрофона и любого предварительного усилителя. Столбец и колонка, выделенные синим цветом, — это пример для микрофона с уровнем шума 14 дБ SPL и чувствительностью 20 мВ/Па, чему соответствует значение выходного шума -112 дБu, A-взвешенное.

Таблица 4. Среднеквадратичные значения уровня шума для систем «микрофон — предусилитель»
Разница в шуме предусилителя и микрофона, дБ	Шум, вносимый предусилителем, дБ
+6	7,0
+5	6,2
+4	5,5
+3	4,8
+2	4,1
+1	3,5
	3,0
-1	2,5
-2	2,1
-3	1,8
-4	1,5
-5	1,2
-6	1,0
-7	0,8
-8	0,6
-9	0,5
-10	0,4
-11	0,3
-12	0,3
-13	0,2
-14	0,2
-15	0,1
-16	0,1
-17	0,1
-18	0,1
-19	0,1
-20	0,0

А теперь обратимся к табл. 4. Нефильтрованный электронный шум, обусловленный резистором, катушкой, конденсатором, транзистором, является белым шумом, состоящим из звучащих беспорядочно всех слышимых частот. Из-за этой беспорядочности источники шума не просто складываются — необходимо сложить их в среднеквадратичном значении. Математически это означает, что нужно извлечь квадратный корень из суммы квадратов всех значений. Вот почему табл. 4 так удобна — она вычисляет среднеквадратичное значение вместо вас.

Табл. 3 помогает преобразовывать уровень шума микрофона в единицы измерения дБu. Определите разницу между уровнем выходного шума микрофона и уровнем входного шума предусилителя в дБ. Затем нужно в левой колонке табл. 4 найти это значение, а в правой будет шум, добавляемый предусилителем к шуму микрофона. Например, если выходной шум микрофона переводится в значение -120 дБu, а интересующий предусилитель имеет значение EIN, равное -127 дБu, то разница между уровнями шума микрофона и предусилителя составляет -7 дБ, то есть предусилитель на 7 дБ тише, чем микрофон. Из табл. 4 видно, что этот предусилитель увеличит общий уровень шума всей системы всего на 0,8 дБ. Также табл. 4 показывает, что после порога разницы примерно в 10 дБ шум, добавляемый предварительным усилителем, становится ничтожно малым.

Аналогично табл. 1, табл. 3 можно использовать для группирования предусилителей по A-взвешенному значению шума для определения наиболее малошумящих вариантов. Если в качестве ориентира использовать разницу в -10 дБ, то уровень вносимого предусилителем шума не превышает 0,4 дБ. Выделенные красным цветом значения образуют треугольную область и иллюстрируют это. Вся остальная (не красная) область таблицы представляет все возможные сочетания по критериям чувствительности микрофона и уровню шума, которые можно использовать совместно с соответствующим предварительным усилителем, причем уровень шума повысится менее чем на 0,4 дБ. Если допустимо увеличение шума на 1 дБ, то число комбинаций возрастает (здесь допускается, что EIN предусилителя составляет -128 дБu, либо -133 дБu A-взвешенный, а выбор разницы в шуме в -10 дБ определяет область непригодных вариантов с уровнем менее -123 дБ).

Дата добавления: 2015-06-28