Уровни микрофона и микшерного пульта: основные сведения
Технические характеристики микрофона являются ключевым критерием при его выборе и использовании. Только поняв их точное значение, можно правильно определить расстояние между микрофоном и источником звука, понять взаимосвязь между звуковым давлением и напряжением, а также точно преобразовать уровень звукового давления в точке расположения микрофона в уровень сигнала на входе микшерного пульта. Это позволяет установить коэффициент усиления входа пульта и получить линейный сигнал с максимальным отношением сигнал/шум и минимальными искажениями.
Какие же характеристики микрофона наиболее важны для входа микшерного пульта? И как на их основе определить рабочий уровень пульта?
I. Значение ключевых характеристик
Аудиоприменения — это платформа для общения и обучения, предоставляющая самую полную информацию и новости в области MIDI, звукозаписи, сведения, производства музыки, recording, audio, VST, mixing, музыкальных инструментов, гитар, микрофонов, наушников, звуковых карт и т.д.
Вещательные микрофоны имеют около 10 технических характеристик. Для источника звука и микшерного пульта наиболее важны три из них: максимальный уровень входного звукового давления (Max SPL), чувствительность (Sensitivity) и максимальный уровень выходного сигнала (Max Output Level). Максимальный уровень входного звукового давления — это мера максимального уровня звукового давления, который микрофон может выдержать при общих гармонических искажениях (THD) 0.5%. Его связь со звуковым давлением определяется как:
0 дБ SPL = 2×10⁻⁵ Па
У профессиональных микрофонов Max SPL обычно установлен достаточно высоко. При правильном расстоянии до источника звука слышимых искажений не возникает. Поэтому далее мы сосредоточимся на двух других характеристиках, напрямую влияющих на рабочий уровень пульта.
1. Чувствительность (Sensitivity)
Чувствительность — это отношение выходного напряжения микрофона к возбуждающему его звуковому давлению на единицу давления. Единица измерения: мВ/Па. Для согласованности с измерением уровня в электрических цепях чувствительность также может выражаться в децибелах (дБ). Раньше чаще использовали единицы дБм и дБV:
0 дБм = 1 мВт/Па, т.е. 0 дБ определяется как мощность 1 мВт на нагрузке 600 Ом при входном звуковом давлении 1 Па;
0 дБV = 1 В/мкбар, т.е. 0 дБ определяется как выходное напряжение 1 В при входном звуковом давлении 1 мкбар.
Сейчас в основном используют единицу дБμ:
0 дБμ = 0.775 В/Па, т.е. 0 дБ определяется как выходное напряжение микрофона 0.775 В при входном звуковом давлении 1 Па (это позволяет привести измерение уровня после преобразования звуковое давление-напряжение к общепринятому в схемах эталону 0 дБμ = 0.775 В).
Очевидно, независимо от способа выражения чувствительности, мы можем преобразовать ее в дБμ, при условии приведения входного давления к единице Па.
Например: Чувствительность микрофона NEUMANN U89 составляет 8 мВ/Па. Используя формулу:
20lg[(0.008 В/Па) ÷ (0.775 В/Па)]
получаем чувствительность примерно -40 дБμ.
Другой пример: Чувствительность микрофона AKG C414 составляет -60 дБV. Из соотношения
0 дБV = 1 В/мкбар = 10 В/Па
Сначала найдем выходное напряжение X при звуковом давлении 1 Па и -60 дБV:
20lg[(X В/Па) ÷ (10 В/Па)] = -60
Получаем X = 0.01 (В), т.е. его чувствительность 10 мВ/Па. Затем по формуле:
20lg[(0.01 В/Па) ÷ (0.775 В/Па)]
получаем чувствительность примерно -37 дБμ.
2. Максимальный уровень выходного сигнала (Max Output Level)
Уровень выходного сигнала микрофона при его Max SPL и есть максимальный уровень выходного сигнала. Подобно тому, как Max SPL ограничивает расстояние до источника, Max Output Level напрямую определяет рабочий уровень входа микшерного пульта. Для заданного микрофона, зная его чувствительность и максимальный уровень звукового давления, можно рассчитать его Max Output Level.
Возьмем снова NEUMANN U89: Чувствительность 8 мВ/Па, Max SPL 134 дБ (при включенном аттенюаторе -10 дБ). Сначала преобразуем уровень звукового давления в давление, затем по чувствительности найдем Max Output Level:
Поскольку 0 дБ SPL = 2×10⁻⁵ Па, максимальное звуковое давление X можно найти из:
134 дБ SPL = 20lg(X / 2×10⁻⁵ Па)
Получаем X=100 (Па). При чувствительности 8 мВ/Па, выход при 100 Па составит 800 мВ. Преобразуем в уровень:
20lg[(0.8 В/Па) ÷ (0.775 В/Па)]
примерно 0 дБμ. Это теоретический Max Output Level микрофона U89. На практике, чтобы минимизировать шум, аттенюатор -10 дБ обычно не используют. Поэтому при правильном расположении микрофона Max SPL перед U89 обычно не превышает 124 дБ (в нормальном режиме без аттенюатора). Следовательно, его реальный Max Output Level обычно значительно ниже 0 дБμ.
II. Определение рабочего уровня микшерного пульта
С технической точки зрения, рабочий уровень пульта определяется так, чтобы его максимальный уровень сигнала не превышал верхний предел запаса динамического диапазона (headroom), установленный производителем (на практике рабочий уровень также зависит от требований программы). Здесь максимальный запас динамического диапазона — это диапазон уровней выше 0 дБμ до уровня, при котором достигается заданный показатель THD, как показано на схеме.
Таким образом, зная возможный Max SPL источника у микрофона и чувствительность микрофона, можно рассчитать соответствующий ему Max Output Level. Разница между этим уровнем и верхним пределом headroom пульта и есть коэффициент усиления входного каскада пульта, т.е. микрофонного предусилителя (микшерного усилителя). Уровень сигнала при этом усилении и есть рабочий уровень пульта.
Проиллюстрируем на примере записи колоратурного сопрано с микрофоном U89 и пультом AMEK RemBandt. Допустим, Max SPL источника на расстоянии 70 см от микрофона составляет 112 дБ SPL (пик, взвешивание А). Max SPL микрофона 124 дБ, чувствительность 8 мВ/Па. Из формулы:
112 дБ SPL = 20lg(X / 2×10⁻⁵)
находим, что 112 дБ соответствует звуковому давлению 8 Па. Выходное напряжение составит 8 Па × 8 мВ/Па = 64 мВ, что соответствует уровню:
20lg[(0.064 В/Па) ÷ (0.775 В/Па)] = -22 дБμ
Этот уровень, подключенный к пульту с усилением микрофонного предусилителя 70 дБ и запасом динамического диапазона (headroom) каскада предусилителя +12 дБμ при THD 0.017% (запас динамического диапазона линейного усилителя пульта составляет +28 дБμ), имеет запас до верхнего предела +12 дБμ в 34 дБ (+12 дБ - (-22 дБ) = 34 дБ). Это и есть требуемое усиление входа пульта. Так определяется рабочий уровень пульта.
На практике, чтобы гарантировать THD пульта ниже 0.017% при максимальном уровне сигнала, обычно уменьшают усиление предусилителя на несколько децибел. Величина снижения определяется следующим образом: сначала установите фейдеры канала, монитора и общего выхода в положение 0 дБ (рабочее положение). Затем, наблюдая за индикаторами уровня входа/выхода, установите величину снижения (в дБ), ориентируясь на их показания в нормальном диапазоне.
Какие же характеристики микрофона наиболее важны для входа микшерного пульта? И как на их основе определить рабочий уровень пульта?
I. Значение ключевых характеристик
Аудиоприменения — это платформа для общения и обучения, предоставляющая самую полную информацию и новости в области MIDI, звукозаписи, сведения, производства музыки, recording, audio, VST, mixing, музыкальных инструментов, гитар, микрофонов, наушников, звуковых карт и т.д.
Вещательные микрофоны имеют около 10 технических характеристик. Для источника звука и микшерного пульта наиболее важны три из них: максимальный уровень входного звукового давления (Max SPL), чувствительность (Sensitivity) и максимальный уровень выходного сигнала (Max Output Level). Максимальный уровень входного звукового давления — это мера максимального уровня звукового давления, который микрофон может выдержать при общих гармонических искажениях (THD) 0.5%. Его связь со звуковым давлением определяется как:
0 дБ SPL = 2×10⁻⁵ Па
У профессиональных микрофонов Max SPL обычно установлен достаточно высоко. При правильном расстоянии до источника звука слышимых искажений не возникает. Поэтому далее мы сосредоточимся на двух других характеристиках, напрямую влияющих на рабочий уровень пульта.
1. Чувствительность (Sensitivity)
Чувствительность — это отношение выходного напряжения микрофона к возбуждающему его звуковому давлению на единицу давления. Единица измерения: мВ/Па. Для согласованности с измерением уровня в электрических цепях чувствительность также может выражаться в децибелах (дБ). Раньше чаще использовали единицы дБм и дБV:
0 дБм = 1 мВт/Па, т.е. 0 дБ определяется как мощность 1 мВт на нагрузке 600 Ом при входном звуковом давлении 1 Па;
0 дБV = 1 В/мкбар, т.е. 0 дБ определяется как выходное напряжение 1 В при входном звуковом давлении 1 мкбар.
Сейчас в основном используют единицу дБμ:
0 дБμ = 0.775 В/Па, т.е. 0 дБ определяется как выходное напряжение микрофона 0.775 В при входном звуковом давлении 1 Па (это позволяет привести измерение уровня после преобразования звуковое давление-напряжение к общепринятому в схемах эталону 0 дБμ = 0.775 В).
Очевидно, независимо от способа выражения чувствительности, мы можем преобразовать ее в дБμ, при условии приведения входного давления к единице Па.
Например: Чувствительность микрофона NEUMANN U89 составляет 8 мВ/Па. Используя формулу:
20lg[(0.008 В/Па) ÷ (0.775 В/Па)]
получаем чувствительность примерно -40 дБμ.
Другой пример: Чувствительность микрофона AKG C414 составляет -60 дБV. Из соотношения
0 дБV = 1 В/мкбар = 10 В/Па
Сначала найдем выходное напряжение X при звуковом давлении 1 Па и -60 дБV:
20lg[(X В/Па) ÷ (10 В/Па)] = -60
Получаем X = 0.01 (В), т.е. его чувствительность 10 мВ/Па. Затем по формуле:
20lg[(0.01 В/Па) ÷ (0.775 В/Па)]
получаем чувствительность примерно -37 дБμ.
2. Максимальный уровень выходного сигнала (Max Output Level)
Уровень выходного сигнала микрофона при его Max SPL и есть максимальный уровень выходного сигнала. Подобно тому, как Max SPL ограничивает расстояние до источника, Max Output Level напрямую определяет рабочий уровень входа микшерного пульта. Для заданного микрофона, зная его чувствительность и максимальный уровень звукового давления, можно рассчитать его Max Output Level.
Возьмем снова NEUMANN U89: Чувствительность 8 мВ/Па, Max SPL 134 дБ (при включенном аттенюаторе -10 дБ). Сначала преобразуем уровень звукового давления в давление, затем по чувствительности найдем Max Output Level:
Поскольку 0 дБ SPL = 2×10⁻⁵ Па, максимальное звуковое давление X можно найти из:
134 дБ SPL = 20lg(X / 2×10⁻⁵ Па)
Получаем X=100 (Па). При чувствительности 8 мВ/Па, выход при 100 Па составит 800 мВ. Преобразуем в уровень:
20lg[(0.8 В/Па) ÷ (0.775 В/Па)]
примерно 0 дБμ. Это теоретический Max Output Level микрофона U89. На практике, чтобы минимизировать шум, аттенюатор -10 дБ обычно не используют. Поэтому при правильном расположении микрофона Max SPL перед U89 обычно не превышает 124 дБ (в нормальном режиме без аттенюатора). Следовательно, его реальный Max Output Level обычно значительно ниже 0 дБμ.
II. Определение рабочего уровня микшерного пульта
С технической точки зрения, рабочий уровень пульта определяется так, чтобы его максимальный уровень сигнала не превышал верхний предел запаса динамического диапазона (headroom), установленный производителем (на практике рабочий уровень также зависит от требований программы). Здесь максимальный запас динамического диапазона — это диапазон уровней выше 0 дБμ до уровня, при котором достигается заданный показатель THD, как показано на схеме.
Таким образом, зная возможный Max SPL источника у микрофона и чувствительность микрофона, можно рассчитать соответствующий ему Max Output Level. Разница между этим уровнем и верхним пределом headroom пульта и есть коэффициент усиления входного каскада пульта, т.е. микрофонного предусилителя (микшерного усилителя). Уровень сигнала при этом усилении и есть рабочий уровень пульта.
Проиллюстрируем на примере записи колоратурного сопрано с микрофоном U89 и пультом AMEK RemBandt. Допустим, Max SPL источника на расстоянии 70 см от микрофона составляет 112 дБ SPL (пик, взвешивание А). Max SPL микрофона 124 дБ, чувствительность 8 мВ/Па. Из формулы:
112 дБ SPL = 20lg(X / 2×10⁻⁵)
находим, что 112 дБ соответствует звуковому давлению 8 Па. Выходное напряжение составит 8 Па × 8 мВ/Па = 64 мВ, что соответствует уровню:
20lg[(0.064 В/Па) ÷ (0.775 В/Па)] = -22 дБμ
Этот уровень, подключенный к пульту с усилением микрофонного предусилителя 70 дБ и запасом динамического диапазона (headroom) каскада предусилителя +12 дБμ при THD 0.017% (запас динамического диапазона линейного усилителя пульта составляет +28 дБμ), имеет запас до верхнего предела +12 дБμ в 34 дБ (+12 дБ - (-22 дБ) = 34 дБ). Это и есть требуемое усиление входа пульта. Так определяется рабочий уровень пульта.
На практике, чтобы гарантировать THD пульта ниже 0.017% при максимальном уровне сигнала, обычно уменьшают усиление предусилителя на несколько децибел. Величина снижения определяется следующим образом: сначала установите фейдеры канала, монитора и общего выхода в положение 0 дБ (рабочее положение). Затем, наблюдая за индикаторами уровня входа/выхода, установите величину снижения (в дБ), ориентируясь на их показания в нормальном диапазоне.