المعرفة ذات الصلة بمستوى الصوت في الميكروفون ووحدة الخلط
المؤشرات الفنية للميكروفون هي أساس مهم لاختيار واستخدام الميكروفون. فقط من خلال فهم معناها الدقيق، يمكن التعامل بشكل معقول مع المسافة بين الميكروفون والمصدر الصوتي، وإتقان العلاقة بين تحويل ضغط الصوت والجهد الكهربائي، وتحويل مستوى ضغط الصوت في المجال الصوتي حيث يوجد الميكروفون بدقة إلى مستوى الجهد عند مدخل وحدة الخلط، وبالتالي تحديد كسب الإدخال لوحدة الخلط، والحصول على إشارة خطية بأعلى نسبة إشارة إلى ضوضاء وأقل تشويه.
إذن، ما هي مؤشرات الميكروفون المرتبطة ارتباطًا وثيقًا بإدخال وحدة الخلط؟ وكيف يمكن تحديد مستوى عمل وحدة الخلط بناءً عليها؟
أولاً: معاني عدة مؤشرات مهمة
التطبيقات الصوتية هي منصة شاملة للتبادل والتعلم توفر المعلومات والأخبار المتعلقة بـ MIDI، والتسجيل، والمزج، وإنتاج الموسيقى، والتسجيل الصوتي، والصوت، و VST، والمزج، والآلات الموسيقية، والجيتار، والميكروفون، وسماعات الرأس، وبطاقات الصوت، وغيرها من المعلومات الصوتية!
للميكروفونات الإذاعية حوالي 10 مؤشرات فنية، وأهم ثلاثة بالنسبة للمصدر الصوتي ووحدة الخلط هي: مستوى ضغط الصوت الأقصى للإدخال، والحساسية، ومستوى الجهد الأقصى للإخراج. مستوى ضغط الصوت الأقصى للإدخال هو مقياس لأقصى مستوى ضغط صوت يمكن أن يتحمله الميكروفون مع تشويه توافقي إجمالي بنسبة 0.5٪، وتُعرَّف علاقته بضغط الصوت على النحو التالي:
0dB SPL=2×10-5Pa
عادةً ما يتم تحديد مستوى ضغط الصوت الأقصى للإدخال للميكروفونات الاحترافية بشكل عالٍ، وطالما كانت المسافة بينه وبين المصدر الصوتي مناسبة، فلن ينتج تشويه مسموع. لذلك سنركز هنا على مناقشة المؤشرين الأخيرين اللذين يؤثران مباشرة على مستوى عمل وحدة الخلط.
1. الحساسية
الحساسية هي نسبة جهد الخرج للميكروفون إلى ضغط الصوت المدخل تحت تحفيز صوتي وحدة، ووحدتها هي mV/Pa. لتتوافق مع قياس مستوى الجهد في الدوائر الكهربائية، يمكن أيضًا التعبير عن الحساسية بقيمة ديسيبل. في السابق، كانت الديسيبل تُعبر عنها في الغالب بوحدتي dBm و dBV:
0dBm=1mW/Pa، أي تعريف خرج طاقة 1mW للحمل 600Ω تحت ضغط صوت إدخال 1Pa على أنه 0dB؛
0dBV=1V/μbar، أي تعريف خرج جهد 1V تحت ضغط صوت إدخال 1μbar على أنه 0dB.
الآن، تُعبر الديسيبل بوحدة dBμ:
0dBμ=0.775V/Pa، أي تعريف خرج جهد الميكروفون 0.775V تحت ضغط صوت إدخال 1Pa على أنه 0dB (وهذا يوحد قياس مستوى الجهد بعد تحويل ضغط الصوت-الجهد للميكروفون مع وحدة المرجع الشائعة في الدوائر 0dBμ=0.775V).
من الواضح، بغض النظر عن كيفية التعبير عن الحساسية، يمكننا تحويلها إلى dBμ، بشرط توحيد الإدخال على وحدة الباسكال (Pa).
على سبيل المثال: حساسية ميكروفون NEUMANN U89 هي 8mV/Pa، يمكن حسابها مباشرة من:
20lg[(0.008V/Pa)÷(0.775V/Pa)]
لنجد أن حساسيته تقارب -40dBμ.
مثال آخر: حساسية ميكروفون AKG C414 هي -60dBV، من:
0dBV=1V/μbar=10V/Pa
أولاً، أوجد جهد الخرج X تحت ضغط صوت 1Pa وقيمة -60dBV:
20lg[(X V/Pa)÷(10V/Pa)]=-60
لنجد أن X=0.01(V)، أي أن حساسيته هي 10mV/Pa. ثم من المعادلة:
20lg[(0.01V/Pa)÷(0.775V/Pa)]
نجد أن حساسيته تقارب -37dBμ.
2. مستوى الجهد الأقصى للإخراج
مستوى خرج الميكروفون تحت مستوى ضغط الصوت الأقصى للإدخال هو مستوى الجهد الأقصى للإخراج. تمامًا كما يحدد مستوى ضغط الصوت الأقصى للإدخال المسافة بين الميكروفون والمصدر الصوتي، يحدد مستوى الجهد الأقصى للإخراج مباشرة مستوى عمل إدخال وحدة الخلط. بالنسبة لميكروفون معين، بمجرد معرفة حساسيته وأعلى مستوى لضغط الصوت، يمكن حساب مستوى جهد الخرج الأقصى له.
لنأخذ ميكروفون NEUMANN U89 كمثال مرة أخرى: حساسيته 8mV/Pa، وأعلى مستوى لضغط الصوت للإدخال هو 134dB SPL (عند وضع تخفيف الإدخال 10dB). أولاً، حول مستوى ضغط الصوت المدخل إلى ضغط صوت، ثم استخدم الحساسية لإيجاد مستوى جهد الخرج الأقصى: بما أن 0dB SPL = 2×10-5Pa، فإن ضغط الصوت الأقصى للإدخال X يمكن إيجاده من:
134dB SPL=20lgX/2×10-5Pa
لنجد أن X=100(Pa). من حساسية 8mV/Pa، نجد أن الخرج الأقصى عند 100Pa هو 800mV، وتحويله إلى مستوى جهد:
20lg[(0.8V/Pa)÷(0.775V/Pa)]
يقارب 0dBμ. هذا هو مستوى جهد الخرج الأقصى النظري لميكروفون U89. في الواقع، لا يتم عادةً اختيار وضع تخفيف 10dB أثناء الاستخدام العادي (لتقليل ضوضاء الإدخال)، لذلك طالما كان وضع الميكروفون مناسبًا، لا يتجاوز مستوى ضغط الصوت الأقصى أمام U89 عادةً 124dB SPL في وضعه العادي، وبالتالي فإن مستوى جهد الخرج الأقصى يكون أقل بكثير من 0dBμ.
ثانيًا: تحديد مستوى عمل وحدة الخلط
من الناحية الفنية، يتم تحديد مستوى عمل وحدة الخلط بناءً على عدم تجاوز مستوى الإشارة الأقصى عليها للحد الأعلى للهامش الديناميكي الأقصى المحدد من قبل الشركة المصنعة (عمليًا، يجب أيضًا تحديد مستوى العمل بناءً على احتياجات البرنامج). هنا، يشير الحد الأقصى للهامش الديناميكي إلى نطاق مستوى الجهد فوق مستوى التشويه التوافقي الكلي الأقصى وفوق 0dBμ، كما هو موضح في الشكل.
بهذه الطريقة، بمجرد معرفة مستوى ضغط الصوت الأقصى المحتمل للمصدر الصوتي عند طرف الميكروفون وحساسية الميكروفون، يمكن حساب مستوى جهد الخرج الأقصى المقابل؛ والفرق بين هذا المستوى والحد الأعلى للهامش الديناميكي لوحدة الخلط، هو كسب مرحلة الإدخال لوحدة الخلط، أي كسب الإدخال لمكبر صوت الميكروفون (يُختصر باسم مكبر الميكروفون)؛ مستوى الإشارة تحت هذا الكسب هو مستوى عمل وحدة الخلط.
لنوضح ذلك بمثال لتسجيل مصدر صوتي لسوبرانو غنائي، باستخدام ميكروفون U89 ووحدة خلط AMEK RemBandt: لنفترض أن مستوى ضغط الصوت الأقصى للمصدر الصوتي على بعد 70 سم من الميكروفون هو 112dB SPL (ذروة، موزون A)، وأعلى مستوى لضغط الصوت يمكن أن يتحمله الميكروفون هو 124dB، وحساسيته 8mV/Pa، من المعادلة:
112dB SPL=20lgX/2×10-5
نجد أن 112dB SPL يقابل ضغط صوت 8Pa، يمكن أن يعطي جهد خرج 8Pa × 8mV/Pa = 64mV، مما يعطي مستوى خرج:
20lg[(0.064V/Pa)÷(0.775V/Pa)]=-22dBμ
عند توصيل هذا المستوى بوحدة خلط ذات كسب مكبر ميكروفون 70dB، وهامش ديناميكي لمرحلة مكبر الميكروفون عند تشويه توافقي إجمالي 0.017٪ هو 12dBμ (هامش الديناميكي لمرحلة مضخم الخط في وحدة الخلط هذا هو 28dBμ)، سيكون هناك هامش 34dB مع الحد الأعلى +12dBμ (+12dB - (-22dB) = 34dB)، وهذا هو كسب الإدخال الذي يجب أن تمتلكه وحدة الخلط. وبالتالي يتم تحديد مستوى عمل وحدة الخلط.
في العملية الفعلية، لضمان أن التشويه التوافقي الكلي لوحدة الخلط عند مستوى الإشارة الأقصى يكون أقل من 0.017٪، يجب عادةً تقليل كسب مكبر الميكروفون أعلاه بعدة ديسيبل. يتم تحديد مقدار التخفيض بالطريقة التالية: أولاً، ضع جميع مخفضات القنوات والمراقبة والإخراج الرئيسي في وضع العمل 0dB، ثم راقب عدادات الصوت للإدخال والإخراج في ذلك الوقت، وبتوجيه من مؤشراتها في المنطقة العادية، حدد عدد الديسيبل للتخفيض.
إذن، ما هي مؤشرات الميكروفون المرتبطة ارتباطًا وثيقًا بإدخال وحدة الخلط؟ وكيف يمكن تحديد مستوى عمل وحدة الخلط بناءً عليها؟
أولاً: معاني عدة مؤشرات مهمة
التطبيقات الصوتية هي منصة شاملة للتبادل والتعلم توفر المعلومات والأخبار المتعلقة بـ MIDI، والتسجيل، والمزج، وإنتاج الموسيقى، والتسجيل الصوتي، والصوت، و VST، والمزج، والآلات الموسيقية، والجيتار، والميكروفون، وسماعات الرأس، وبطاقات الصوت، وغيرها من المعلومات الصوتية!
للميكروفونات الإذاعية حوالي 10 مؤشرات فنية، وأهم ثلاثة بالنسبة للمصدر الصوتي ووحدة الخلط هي: مستوى ضغط الصوت الأقصى للإدخال، والحساسية، ومستوى الجهد الأقصى للإخراج. مستوى ضغط الصوت الأقصى للإدخال هو مقياس لأقصى مستوى ضغط صوت يمكن أن يتحمله الميكروفون مع تشويه توافقي إجمالي بنسبة 0.5٪، وتُعرَّف علاقته بضغط الصوت على النحو التالي:
0dB SPL=2×10-5Pa
عادةً ما يتم تحديد مستوى ضغط الصوت الأقصى للإدخال للميكروفونات الاحترافية بشكل عالٍ، وطالما كانت المسافة بينه وبين المصدر الصوتي مناسبة، فلن ينتج تشويه مسموع. لذلك سنركز هنا على مناقشة المؤشرين الأخيرين اللذين يؤثران مباشرة على مستوى عمل وحدة الخلط.
1. الحساسية
الحساسية هي نسبة جهد الخرج للميكروفون إلى ضغط الصوت المدخل تحت تحفيز صوتي وحدة، ووحدتها هي mV/Pa. لتتوافق مع قياس مستوى الجهد في الدوائر الكهربائية، يمكن أيضًا التعبير عن الحساسية بقيمة ديسيبل. في السابق، كانت الديسيبل تُعبر عنها في الغالب بوحدتي dBm و dBV:
0dBm=1mW/Pa، أي تعريف خرج طاقة 1mW للحمل 600Ω تحت ضغط صوت إدخال 1Pa على أنه 0dB؛
0dBV=1V/μbar، أي تعريف خرج جهد 1V تحت ضغط صوت إدخال 1μbar على أنه 0dB.
الآن، تُعبر الديسيبل بوحدة dBμ:
0dBμ=0.775V/Pa، أي تعريف خرج جهد الميكروفون 0.775V تحت ضغط صوت إدخال 1Pa على أنه 0dB (وهذا يوحد قياس مستوى الجهد بعد تحويل ضغط الصوت-الجهد للميكروفون مع وحدة المرجع الشائعة في الدوائر 0dBμ=0.775V).
من الواضح، بغض النظر عن كيفية التعبير عن الحساسية، يمكننا تحويلها إلى dBμ، بشرط توحيد الإدخال على وحدة الباسكال (Pa).
على سبيل المثال: حساسية ميكروفون NEUMANN U89 هي 8mV/Pa، يمكن حسابها مباشرة من:
20lg[(0.008V/Pa)÷(0.775V/Pa)]
لنجد أن حساسيته تقارب -40dBμ.
مثال آخر: حساسية ميكروفون AKG C414 هي -60dBV، من:
0dBV=1V/μbar=10V/Pa
أولاً، أوجد جهد الخرج X تحت ضغط صوت 1Pa وقيمة -60dBV:
20lg[(X V/Pa)÷(10V/Pa)]=-60
لنجد أن X=0.01(V)، أي أن حساسيته هي 10mV/Pa. ثم من المعادلة:
20lg[(0.01V/Pa)÷(0.775V/Pa)]
نجد أن حساسيته تقارب -37dBμ.
2. مستوى الجهد الأقصى للإخراج
مستوى خرج الميكروفون تحت مستوى ضغط الصوت الأقصى للإدخال هو مستوى الجهد الأقصى للإخراج. تمامًا كما يحدد مستوى ضغط الصوت الأقصى للإدخال المسافة بين الميكروفون والمصدر الصوتي، يحدد مستوى الجهد الأقصى للإخراج مباشرة مستوى عمل إدخال وحدة الخلط. بالنسبة لميكروفون معين، بمجرد معرفة حساسيته وأعلى مستوى لضغط الصوت، يمكن حساب مستوى جهد الخرج الأقصى له.
لنأخذ ميكروفون NEUMANN U89 كمثال مرة أخرى: حساسيته 8mV/Pa، وأعلى مستوى لضغط الصوت للإدخال هو 134dB SPL (عند وضع تخفيف الإدخال 10dB). أولاً، حول مستوى ضغط الصوت المدخل إلى ضغط صوت، ثم استخدم الحساسية لإيجاد مستوى جهد الخرج الأقصى: بما أن 0dB SPL = 2×10-5Pa، فإن ضغط الصوت الأقصى للإدخال X يمكن إيجاده من:
134dB SPL=20lgX/2×10-5Pa
لنجد أن X=100(Pa). من حساسية 8mV/Pa، نجد أن الخرج الأقصى عند 100Pa هو 800mV، وتحويله إلى مستوى جهد:
20lg[(0.8V/Pa)÷(0.775V/Pa)]
يقارب 0dBμ. هذا هو مستوى جهد الخرج الأقصى النظري لميكروفون U89. في الواقع، لا يتم عادةً اختيار وضع تخفيف 10dB أثناء الاستخدام العادي (لتقليل ضوضاء الإدخال)، لذلك طالما كان وضع الميكروفون مناسبًا، لا يتجاوز مستوى ضغط الصوت الأقصى أمام U89 عادةً 124dB SPL في وضعه العادي، وبالتالي فإن مستوى جهد الخرج الأقصى يكون أقل بكثير من 0dBμ.
ثانيًا: تحديد مستوى عمل وحدة الخلط
من الناحية الفنية، يتم تحديد مستوى عمل وحدة الخلط بناءً على عدم تجاوز مستوى الإشارة الأقصى عليها للحد الأعلى للهامش الديناميكي الأقصى المحدد من قبل الشركة المصنعة (عمليًا، يجب أيضًا تحديد مستوى العمل بناءً على احتياجات البرنامج). هنا، يشير الحد الأقصى للهامش الديناميكي إلى نطاق مستوى الجهد فوق مستوى التشويه التوافقي الكلي الأقصى وفوق 0dBμ، كما هو موضح في الشكل.
بهذه الطريقة، بمجرد معرفة مستوى ضغط الصوت الأقصى المحتمل للمصدر الصوتي عند طرف الميكروفون وحساسية الميكروفون، يمكن حساب مستوى جهد الخرج الأقصى المقابل؛ والفرق بين هذا المستوى والحد الأعلى للهامش الديناميكي لوحدة الخلط، هو كسب مرحلة الإدخال لوحدة الخلط، أي كسب الإدخال لمكبر صوت الميكروفون (يُختصر باسم مكبر الميكروفون)؛ مستوى الإشارة تحت هذا الكسب هو مستوى عمل وحدة الخلط.
لنوضح ذلك بمثال لتسجيل مصدر صوتي لسوبرانو غنائي، باستخدام ميكروفون U89 ووحدة خلط AMEK RemBandt: لنفترض أن مستوى ضغط الصوت الأقصى للمصدر الصوتي على بعد 70 سم من الميكروفون هو 112dB SPL (ذروة، موزون A)، وأعلى مستوى لضغط الصوت يمكن أن يتحمله الميكروفون هو 124dB، وحساسيته 8mV/Pa، من المعادلة:
112dB SPL=20lgX/2×10-5
نجد أن 112dB SPL يقابل ضغط صوت 8Pa، يمكن أن يعطي جهد خرج 8Pa × 8mV/Pa = 64mV، مما يعطي مستوى خرج:
20lg[(0.064V/Pa)÷(0.775V/Pa)]=-22dBμ
عند توصيل هذا المستوى بوحدة خلط ذات كسب مكبر ميكروفون 70dB، وهامش ديناميكي لمرحلة مكبر الميكروفون عند تشويه توافقي إجمالي 0.017٪ هو 12dBμ (هامش الديناميكي لمرحلة مضخم الخط في وحدة الخلط هذا هو 28dBμ)، سيكون هناك هامش 34dB مع الحد الأعلى +12dBμ (+12dB - (-22dB) = 34dB)، وهذا هو كسب الإدخال الذي يجب أن تمتلكه وحدة الخلط. وبالتالي يتم تحديد مستوى عمل وحدة الخلط.
في العملية الفعلية، لضمان أن التشويه التوافقي الكلي لوحدة الخلط عند مستوى الإشارة الأقصى يكون أقل من 0.017٪، يجب عادةً تقليل كسب مكبر الميكروفون أعلاه بعدة ديسيبل. يتم تحديد مقدار التخفيض بالطريقة التالية: أولاً، ضع جميع مخفضات القنوات والمراقبة والإخراج الرئيسي في وضع العمل 0dB، ثم راقب عدادات الصوت للإدخال والإخراج في ذلك الوقت، وبتوجيه من مؤشراتها في المنطقة العادية، حدد عدد الديسيبل للتخفيض.