Mikrofon & Hovedtelefon

Mikrofon & Hovedtelefon

I serien om rockmusikkens hardware kigger vi på mikrofoner og hovedtelefoner.

Teknisk og musikalsk hilsen fra
Kurt Starlit
- aka CykelKurt

Serien omfatter:
1. Den elektriske Guitar 2. Effekt pedaler (stomp boxes) 3. Mikrofon & Hovedtelefon 4. Forstærkeren 5. Højttaleren 6. Orgel & Synth 7. Plader & pladeproduktion 8. Trommer & Rytmebox

Seneste opdatering: 2016.Okt.12

--------------------------------------------------

Mikrofonen

Formålet med en mikrofon er at omdanne lyd til spænding. Sagt lidt mere teknisk er en mikrofon hvad man kalder en transducer - en omsætter. Den omsætter (forandrer) et akustisk signal (en lyd) til et elektrisk signal (en spænding).

Gennem en lang udviklingsperiode (hundrede år eller mere) har man eksperimenteret med forskellige typer mikrofoner, f.eks. bånd-mikrofon, dynamisk mikrofon, kondensator-mikrofon, electret-mikrofon, kulkorns-mikrofon og krystal-mikrofon, men fælles for dem alle er, at de omdanner lyd til spænding.

--------------------------------------------------

Dynamisk mikrofon (Dynamic Microphone)

Den almindeligste mikrofon er den dynamiske. Den minder på mange måder om en "omvendt" højttaler, d.v.s. at den består af en magnet og en membran, hvorpå der er monteret en (sving)spole. Det er denne type mikrofon som oftest bruges i rock- og jazzsamenhæng, fordi den er enkel, robust og kan tåle høje lydtryk.

Virkemåde:

1. Når der tales ind i mikrofonen, udsættes membranen derved for et vekslende lydtryk (undertryk og overtryk).

2. Det vekslende lydtryk får membran og svingspole til at bevæge sig frem og tilbage i overensstemmelse med lydtrykket.

3. Når spolen bevæger sig frem og tilbage i et magnetfelt, induceres (dannes) der derved en vekslende spænding i svingspolen.

4. Vekselspændingen fra spolen føres til en forstærker, som forstærker spændingen ("lyden") op, inden den evt. sendes videre ud i en højttaler.

--------------------------------------------------

Elektromagnetisme

Det var danskeren Ørsted, som i 1820 indså at han havde gjort en epokegørende opdagelse: elektromagnetisme.

Sagen er, at elektricitet og magnetisme hører sammen - det ene kan ikke eksistere uden det andet.

Kort fortalt betyder det, at

- en strøm der løber gennem en ledning (eller spole),
medfører et magnetisk felt omkring ledningen (eller spolen).
Jo kraftigere strøm, desto kraftigere magnetfelt.

Og den modsatte vej:

- et magnetfelt omkring en ledning (eller spole)
medfører en strøm i ledningen (spolen).
Jo kraftigere magnetfelt, desto kraftigere strøm.

--------------------------------------------------

Båndmikrofon (Ribbon Microphone)

Corrugated Metal Element
= et metalbånd foldet som en harmonika

Inden for dynamiske mikrofoner skelner man mellem svingspolemikrofoner og båndmikrofoner. Den dynamiske mikrofon er en svingspolemikrofon, og båndmikrofonen betragtes derfor som en variant af den dynamiske mikrofon.

Båndmikrofonen blev opfundet omkring 1920, hvor den hurtigt blev populær i plade- og filmbranchen. Senere er den gået mere eller mindre i glemmebogen, selv om dens lydegenskaber er fremragende.

En af de store fordele med båndmikrofonen er, at man kan lave optagelser uden brug af strøm til mikrofonen, som det ellers er nødvendigt med kondensatormikrofonen. Den kan således køre helt uden batteri eller phantom power, hvilket gør båndmikrofonen meget lettere at anvende i det daglige arbejde.

Båndmikrofonens membran består af et tyndt metallisk bånd, som er ophængt (foldet som en harmonika) mellem polerne på en permanent magnet. Når der tales i mikrofonen, bevæger båndet sig tilsvarende, hvorved der induceres (frembringes) en spænding i båndet (se faktaboksen ovenfor).

Spændingen fra båndet føres til en transformator i selve mikrofonen.

Herfra føres mikrofon-signalet til en udvendig mixer eller forstærker.

Båndmikrofonen har tydelig 8-tals karakteristik

Ribbon Microphone

Tundra POL 8 - verdens bedste båndmikrofon!

--------------------------------------------------

Kondensator-mikrofon (Condenser Microphone)

En kondensator-mikrofon minder på mange måder om en elektrostatisk højttaler.

Den består af en tynd metalmembran ophængt tæt på en fast (ubevægelig) metalplade. Afstanden mellem membran og metalplade er ofte under 0.5 mm.

Fra et batteri eller strømforsyning tilføres en jævnspænding (DC) til de to metaldele - membran og metalplade. Den ene del er plus- og den anden del er minuspol. Spændingen, der som regel er 24V eller 48V, kaldes en "fantom-spænding", fordi den er usynlig som et fantom (et spøgelse eller genfærd). Fantomspændingen forbliver inde i mikrofonen og kommer ikke ud, selv om der tales i mikrofonen.

Når membranen påvirkes af lydbølger, vil den bevæge sig i takt med disse lydbølger, og fantom-spændingen (DC) bliver derved overlejret eller blandet med en vekselspænding (AC) fra membranen i takt med lydens svingninger.

Vekselspændingen (lydsignalet) føres ud af mikrofonen via en kondensator C (som spærrer for jævnstrøm, men lader vekselstrøm passere), og føres sluttelig til en linie-indgang, mixer eller forstærker.

Schallwellen = lydbølger
Membran = membran (bevægelig plade)
Gegenelektrode = fast (ubevægelig) metalplade
C = kondensator (for at hindre fantom-spændingen i at forsvinde)
U = batteri eller strømforsyning
R = modstand
Modstanden bruges til at føre DC frem til membranen,
uden at kortslutte (annullere) AC-signalet ("lyden").
Signal = udgangssignal, lydsignal
Masse = stel, minus
Line-In = mikrofonens udgang
(herfra føres signalet til en linie-indgang, mixer eller forstærker)

--------------------------------------------------

Electret mikrofon (Electret Microphone)

Electret-mikrofonen er en slags kondensatormikrofon, hvor man udnytter, at visse kunststoffer uden ydre påvirkning ("af sig selv") afgiver elektrisk spænding. På den måde har mikrofonen så at sige en indbygget strømforsyning.

Ellers er mikrofonens virkning som en kondensator-mikrofon.

På diagrammet herunder er der tilføjet en FET (transistor) til at forstærke mikrofonens signal op.

Diagram over kredesløbet omkring en electret mikrofon.
Signalet fra electret enheden bliver forstærket i FET transistoren.
Denne modtager strøm (DC) fra V+ via modstanden.
Størrelsen af modstanden bestemmer forstærkningen og udg.impedansen.
Lydsignalet tages ud via kondensatoren.

Electret Microphone

--------------------------------------------------

Kulkorns-mikrofon (Carbon Microphone)

Western Electric's kulkornsmikrofon fra 1920

Kulkornsmikrofonen er den tidligste mikrofontype. Den blev udviklet til brug i telefoner.

Mikrofonen består af en lille, flad æske, fyldt med kulkorn.

Æskens låg er en tynd metalmembran, som bliver sat i svingninger af lydbølgerne fra den talende (eller syngende!).

Derved bliver kulkornene presset mere eller mindre sammen, hvorved den elektriske modstand i kornene ændres.

En elektrisk strøm, som bliver sendt gennem kulkornene, varierer i samme takt som lydsvingningerne (hermed er det antydet, at kulkornsmikrofonen kræver en ydre spændingskilde for at fungere).

Frekvensområdet for kulkornsmikrofonen er ganske smalt: 200 - 2500 Herz.

Desuden er mikrofonen plaget af baggrundsstøj og forvrængning p.g.a. uregelmæssige ændringer i kulkornene.

Af andre ulemper kan nævnes, at kulkornsmikrofonen udviser svingende følsomhed og forvrængning p.g.a. kulgranulatet, som ofte hænger eller klistrer sammen.

Til trods for alle ulemperne bliver denne mikrofontype stadig brugt i militæret p.g.a. lav vægt, stor holdbarhed og et meget højt elektrisk output.

Som allerede nævnt, har kulkornsmikrofonen en mildt sagt jævn lydkvalitet og bruges derfor ikke mere (bortset muligvis fra militæret).

Kulkornsmikrofon

--------------------------------------------------

Krystal-mikrofon (Crystal Microphone)

Krystal-mikrofonen er en mikrofon, hvor lydens svinginger påvirker et piezoelektrisk krystal.

Over krystallet vil der kunne måles en spænding, som vil variere i takt med lyd-svingningerne.

DiREKTE KOBLiNG
Krystallet er monteret således, at lydbølger rammer krystallet direkte.

iNDiREKTE KOBLiNG
Denne type krystal-mikrofon har en membran
som mekanisk er koblet til krystallet,
således at lydbølger rammer krystallet indirekte.

Shure 737A (krystal mikrofon)

--------------------------------------------------

Piezoelektrisk effekt

Den piezoelektriske effekt (fra græsk: piezein = klemme eller presse) er en egenskab som mange forskellige slags krystaller besidder. Hvis krystallet for eksempel trykkes eller klemmes, reagerer det ved at danne en elektrisk spænding, som kan måles på krystallets overflade.

Og modsat:
Hvis man sætter en elektrisk spænding på et krystal, ændrer det facon - godt nok små ændringer, men til gengæld med en enorm kraft.

Det piezoelektriske fænomén blev første gang demonstreret omkring 1880. Sidenhen er krystaller med disse egenskaber blevet brugt i mange forskellige sammenhænge. Fra dagligdagen kan nævnes de "elektroniske" lightere, hvor et piezoelektrisk krystal anslås af en hammer, og derved danner de tusindvis af volt, som får lighterens elektriske gnist til at springe.

--------------------------------------------------

Retningskarakteristik

En mikrofon kan være mere eller mindre god til at opfange lyd fra forskellige retninger. Denne evne kaldes retningskarakteristik. I rock- og jazzsammenhæng er mikrofoner med nyrekarakteristik det foretrukne:

- Nyre (eng. cardioid)
Nyrekarakteristik er den almindeligste karakteristik for mikrofoner. En nyre-mikrofon fokuserer mest på det, der er lige foran mikrofonen, mens den tager mindre med fra omgivelserne.

- Supernyre (eng. super cardioid)
Supernyre betyder en yderligere indsnævring af det område, mikrofonen indfanger.

- Hypernyre (eng. hyper cardioid)
Som det ses af diagrammet herunder, er hypernyren endnu mere retningsfølsom end supernyren,
men på bekostning af indtrængende lyd fra bagsiden.

Her ser vi retningsfølsomheden af de tre nyre-typer, Cardioid, Supercardioid og Hypercardioid.
Man skal forestille sig, at 0° er det punkt, hvorfra der tales ind i mikrofonen (on-axis).

--------------------------------------------------

Fiktion og fakta

På et Shure, S-545 datablad kan man finde en gennemgang
af en række (forkerte) antagelser omkring nyre-mikrofoner:

++++++++++++++++++

FICTION: All "cardioid" microphones have similar pickup patterns.
FACT: In fact some so-called "cardioid" microphones actually pick up much sound from the rear at certain frequencies (particularly at low frequencies)! Others have side and rear pickup "lobes" at many erratically different frequencies. Some patterns are extremely "narrow" at high frequencies while being virtually omnidirectional (360° pickup) at critical low frequencies.

FIKTION: Alle "cardioid" mikrofoner har samme retningsfølsomhed.
FAKTA: Faktisk er det sådan, at nogle af de såkaldte "cardioide" mikrofoner samler mere lyd op bagfra end forfra - især ved lave frekvenser (dybe toner). Andre "cardioid" mikrofoner udviser side- og bagfølsomhed ved helt tilfældige frekvenser (toner). Visse mikrofoners retnings-følsomhed er ekstremt smal ved høje frekvenser, mens de praktisk taget har kuglekarakteristik ved lave (dybe) frekvenser.

++++++++++++++++++

FICTION: All "cardioid" patterns are symmetrical about the axis.
FACT: Very few "cardioid" patterns are symmetrical about the axis in all planes. The pickup pattern in planes other than that for which cardioid data is published, often is not cardioid and actually is an undersirable pickup pattern. This can lead to all sorts of feedback problems from "floor bounce" and other reflected sounds. Test for pickup pattern symmetry by rotating the microphone while talking into it from various angles (45°, 90°) off-axis. Is the volume and tonal quality of the microphone consistent about the axis?

FIKTION: Alle "nyre" karakteristikker er symmetriske omkring aksen.
FAKTA: Kun meget få nyre-karakteristikker er symmetriske omkring aksen, når man måler i forskellige højder. Karateristikken ved andre højder end den mikrofonen er målt i, er ofte alt andet end nyreformet, og udviser ikke sjældent en uønsket a-symmetri. Dette kan medføre alle mulige tilbagekoblings-problemer, f.eks. tilbageslag fra gulve og andre reflekterende emner. Afprøv derfor mikrofonens symmetri ved at dreje den rundt, mens der tales ind i den fra forskellige vinkler (f.eks. 45° og 90°). Er styrken og lydkvaliteten ensartet uanset vinklen?

++++++++++++++++++

FICTION: The quality of sound is uniform with direction of pickup for all "cardioid" microphones.
FACT: A serious shortcoming of most "cardioids" is that off-axis pickup has markedly different tonal quality than on-axis pickup. Test for uniformity of tone by walking around the microphone placed on a stand and talking into it from various anqles. The volume should vary, but the tonal quality should not.

FIKTION: Mikrofoner med nyre-karakteristik optager lyden i samme kvalitet i alle retninger.
FAKTA: En alvorlig mangel ved de fleste "cardioider" er, at lydkvaliteten er forskellig, når man flytter sig i forhold til mikrofonen. Test derfor mikrofonens kvalitet, ved at montere den på et stativ, og derefter gå rundt om stativet, mens der tales ind i mikrofonen. Styrken må variere, men lydkvaliteten skal være den samme.

++++++++++++++++++

FICTION: the narrower the pickup pattern, the better the microphone performs.
FACT: Actually, for most cases the exact opposite is true. A very narrow pattern creates more problems than it solves in attempting to obtain good, uniform sound reproduction. Ideally, the REAR hemisphere rejection should be very great, while the front pickup should be both broad and uniform about the axis, and at all frequencies.

FIKTION: Jo smallere retningsfølsomhed, des bedre mikrofon.
FAKTA: I de fleste tilfælde er det faktisk lige modsat. En alt for smal retningskarakteristik skaber flere problemer end den løser. Ideelt set skal følsomheden for indstråling bagfra være så lille som mulig, mens følsomheden forfra skal være så stor og ensartet som muligt ved alle frekvenser (toner).

--------------------------------------------------

--------------------------------------------------

--------------------------------------------------

--------------------------------------------------

--------------------------------------------------

Hovedtelefonen

Hovedtelefon
er et apparat til elektromagnetisk omsætning af elektriske svingninger til hørbare lydsvingninger i luft.

Hovedtelefonen udfører samme funktion som en højtaler, men med langt større effektivitet.

Den består af to kapsler anbragt ud for hvert øre v.h.a. en hovedbøjle.

Hver kapsel indeholder en elektromagnet, som påvirker en metalmembran i takt med strømsvingningerne i elektromagneten.

Membranen sætter luften ud for øret i tilsvarende svingninger.

Hovedtelefonen er udviklet i 1870'erne af Alexander Graham Bell.

ref.:
Gyldendals Leksikon

Hovedtelefonen kan betragtes som en højttaler i miniformat, som er monteret foran ørerne. Der findes lige så mange forskellige hovedtelefontyper som der findes højttalertyper, f.eks. dynamisk og elektrostatisk.

DYNAMISK HOVEDTELEFON
Den dynamiske hovedtelefon er nærmest en højttaler i miniformat. Virkemåde og princip er stort set som en dynamisk højttaler.

Fordele ved den dynamiske hovedtelefon er, at den er enkel, robust og transportabel (kræver ikke strømforsyning for at virke), og kan præstere et højt lydtryk.

Af ulemper kan nævnes, at den forvrænger ca. 100 gange mere end f.eks. en elektrostatisk hovedtelefon.

SENNHEISER HD 414
Den dynamiske hovedtelefon har været fremme i masser af år, men fik en renæssance, da tyske Sennheiser i 1968 kom frem med den åbne frifeldts hovedtelefon, model HD 414.

Det var verdens første "åbne" hovedtelefon, som fuldstændig revolutionerede markedet, idet den producerede et mere åbent og naturligt lydbillede, end de fleste brugere var vant til.

Samtidig og ikke mindst var den meget behagelig at have på hovedet, fordi den ikke klemte, og fordi man ikke følte sig indelukket i et lille rum, når man brugte HD 414 hovedtelefonerne.

At HD 414 samtidig var meget rimelig i pris gjorde, at den fuldstændig dominerede markedet i en årrække.

Impedansen på HD 414 var omkring 2.000 ohm, hvor den på de fleste andre hovedtelefoner lå i området 4-16 ohm. Det betød, at man kunne tilslutte HD 414 direkte til en højttalerudgang, fordi den afsatte effekt (i hovedtelefonen) var så lille.

I 1970'erne blev der produceret en række 3-dimensionale lydbilleder, som med fordel kunne aflyttes på Sennheiser hovedtelefonen. Jeg husker især en demo-plade fra Sennheiser, hvor en kvinde kommer bagfra og kysser dig i nakken. Meget virkningsfuldt!

ELEKTROSTATISK HOVEDTELEFON
Når vi taler om den elektrostatiske hovedtelefon (eller højttaler), skal udtrykket "statisk" forstås sådan, at højttalermembranen tilføres en elektrisk ladning (en spænding), som ikke ændrer sig eller flytter sig - den er statisk.

Membranen, som skal frembringe lyd, er lavet af et meget let stof - i praksis er den nærmest vægtløs og vejer mindre end den omgivende luft.

Det elektrostatiske system virker ved, at der tilføres en fast (ikke variabel) elektrisk ladning (en elektrisk spænding) til den tynde membran (elektrostaten), som i sin tur svæver mellem to perforerede (hullede) metal plader.

Den tilførte ladning er som sagt ikke variabel - men ligger fuldstændig fast. Dette gør, at elektrostaten (membranen) holdes i fuldstændig ro.

Når der tilføres et (musik) signal (= en variabel spænding) til den tynde film, får den skiftende spænding elektrostaten til at bevæge sig frem og tilbage mellem de to perforerede plader i takt med det tilførte (musik) signal.

Da den elektrostatiske film er så tynd og let, har den heller ikke nogen resonans og optager ingen energi fra omgivelserne.

De bedste dynamiske højttalere har en harmonisk forvrængning THD, som er mindst 1%. En elektrostatisk hovedtelefon (eller højttaler) holder med lethed en forvrængning, som ligger under 0.01% - altså 100 gange lavere.

Den lave forvrængning er en af grundene til, at elektrostatiske hovedtelefoner lyder så meget bedre end dynamiske hovedtelefoner (og højttalere).

Det gode spørgsmål er så, hvorfor de elektrostatiske hovedtelefoner ikke er mere udbredte - mere populære?

Én forklaring kan være, at den elektrostatiske hovedtelefon kræver en separat strømforsyning som leverer den høje spænding. En anden forklaring kan være, at eletrostaten ikke ligefrem er billig - ti tusinde danske papkroner kommer man let af med.

How they work, and why they sound better

STAX, elektrostatisk hovedtelefon

--------------------------------------------------

LiNKS

Mikrofon

Mikrofoner

--------------------------------------------------

Musikscenen i 1960'erne:
Rockscenen, del 1 Rockscenen, del 2 Musikhuse Spillesteder Rock Elektronik Pigtrådsøkonomi Fender Jazzmaster

--------------------------------------------------

Siden er under konstant overvejelse og udvidelse.
Hvis du derfor har en mening om stoffet i almindelighed
eller tekniske detaljer i særdeleshed, hører jeg gerne fra dig.
Skriv til:

Mange tak!

Kurt Starlit
aka CykelKurt

Rock Elektronik

Musik Index

Forsiden