میکروفنهای Pressure و Pressure-Gradient
میکروفن‌ها فارغ از برند، مدل یا انواع مختلفی که دارند تنها با یک هدف کلی اختراع شدند؛ تبدیل فشار صوتی به سیگنال‌های الکتریکی. پیرو این موضوع، نحوه کنترل و مدیریت فشار صوتی در بعضی میکروفن‌ها به شکلی متفاوت انجام می‌گیرد. به همین دلیل، امروزه میکروفن‌ها از لحاظ نحوه هندل کردن فشار صوتی، در ۲ دسته‌بندی کلی Pressure و Pressure-Gradient قرار می‌گیرند.
اولین سوالی که ذهن همه ما را به خود مشغول می‌کند این است که اصلا Pressure و Pressure-Gradient چه معنایی دارند. بنابراین ابتدا میکروفنهای Pressure و سپس میکروفنهای Pressure-Gradient را تعریف می‌کنیم:
میکروفنهای Pressure به میکروفنهای گفته می‌شود که اصوات(فشار صوتی) را فقط از یک جهت دریافت می‌کنند و جهت دیگر میکروفن، کاملا بسته است. میکروفنهای Pressure عمدتا از الگوی ضبط Omni استفاده می‌کنند؛ در نتیجه، این نوع میکروفن‌ها، نسبت به اثر مجاورت، تأثیرپذیر نیستند و همچنین مقاومت نسبتا بالایی در برخورد با اصوات صدادار(مانند پ و…) از خود نشان می‌دهند.
میکروفنهای Pressure-Gradient به میکروفنهای گفته می‌شود که هر ۲ طرف میکروفن [حداقل تاحدی] باز هستند و اصوات(فشار صوتی) از هر ۲ طرف می‌تواند وارد میکروفن شود. امروزه کپسول‌های Pressure-Gradient در میکروفن‌هایی نظیر ریبون و کاندنسر [که از الگوهای ضبط گوناگون پشتیبانی می‌کنند] یافت می‌شود.
همان‌طور که از عنوان مقاله بر می‌آید، در این مطلب می‌خواهیم نگاه دقیق‌تری به کپسول‌های Pressure و Pressure-Gradient داشته باشیم و بعد از بررسی هر یک، میکروفن‌هایی که از آن کپسول استفاده می‌کردند را معرفی کنیم. بنابراین توصیه ما این است که تا انتهای این مقاله همراه‌مان باشید 🙂
میکروفنهای Pressure و Pressure-Gradient
برای آن‌که یک میکروفن بتواند نقش اصلی‌اش یعنی تبدیل امواج صوتی به سیگنال‌های صوتی را درست انجام دهد، به یک دیافراگم و کپسول/المان نیاز دارد. همان‌طور که اشاره کردیم، نحوه عملکرد دیافراگم در مواجهه با فشار صوتی می‌تواند کارکرد و خروجی صوتی میکروفن را کاملا دستخوش تغییر کند.
از آن‌جا که دیافراگم میکروفن در واقع یک غشای نازک ۲ طرفه است، اساسا یک میکروفن می‌تواند به ۲ شکل متفاوت فشارهای صوتی وارده را مدیریت و کنترل نماید.
اولین راه این است که فقط یک طرف دیافراگم در معرض محیط قرار گرفته و فشارهای صوتی تنها از یک طرف وارد میکروفن شوند. در این نوع میکروفن‌ها، طرف دیگر دیافراگم کاملا بسته است و فشار صوت در آن طرف تقریبا ثابت و معین است. میکروفن‌هایی که از این کپسول‌ها استفاده می‌کنند، به نام میکروفنهای Pressure شناخته می‌شوند.
راه دوم، باز بودن هر ۲ سمت دیافراگم و ورود اصوات(فشارهای صوتی) از هر ۲ طرف به داخل میکروفن است. طبیعتا میکروفن‌هایی که از این نوع کپسول‌ها استفاده می‌کنند، به نام میکروفنهای Pressure-Gradient شناخته می‌شوند.
بیائید این ۲ نوع میکروفن را با نگاه جزئی‌تر و دقیق‌تری مورد بررسی قرار دهیم…
میکروفنهای Pressure
همان‌طور که در بالا هم اشاره کردیم، در میکروفنهای Pressure ، اصوات(فشارهای صوتی) تنها از یک سمت دیافراگم وارد میکروفن می‌شود و طرف دیگر دیافراگم، بسته بوده و فشار صوت در پشت میکروفن ثابت و معین است. البته تصور این‌که پشت میکروفنهای Pressure کاملا بسته است، چندان درست نیست؛ چراکه در قسمت پشتی این نوع میکروفن‌ها، سوراخ‌های کوچکی تعبیه شده تا بدین‌ترتیب، فشار صوتی مابین قسمت پشتی دیافراگم و محیط، یکسان و برابر باشد. در واقع وجود این سوراخ‌های کوچک باعث می‌شود امواج صوتی نتوانند فشار ثابت و معین موجود در قسمت پشتی دیافراگم را دستخوش تغییر کنند.
با توجه به توضیحاتی که ارائه دادیم، پرواضح است که قسمت پشتیِ دیافراگمِ میکروفنهای Pressure به طور مؤثر با فشار صوتی محیط هماهنگ می‌شوند. در چنین حالتی، امواج صوتی تنها یک طرف دیافراگم برخورد می‌کنند و آن را تحت تأثیر فشار خود قرار می‌دهند.
یکی از ویژگی‌های امواج صوتی این است که با ورود به هر محیط، تغییراتی را از خود به جا می‌گذارند. این امواج در محیط‌های فشرده و کوچک، دارای پیچش می‌شوند و همین پیچش صوتی باعث افزایش/کاهش فشار صوتی آن محیط می‌شود.
وقتی امواج صوتی با دیافراگم میکروفن برخورد می‌کنند، باعث لرزش دیافراگم می‌شوند و در نتیجه این لرزش، فشار صوتی بین ۲ طرف دیافراگم تغییر می‌کند. همان‌طور که اشاره کردیم، در کپسول‌های Pressure ، یک طرف دیافراگم بسته است و به همین دلیل با افزایش فشار صوتی، دیافراگم به سمت داخل و با کاهش فشار صوتی، دیافراگم به سمت خارج می‌لرزد(حرکت می‌کند). در واقع دلیل اصلی آن‌که بعضی موزیسین‌ها می‌گویند صدا باعث حرکت دیافراگم می‌شود، دقیقا همین موضوع است.
خوش‌بختانه در میکروفنهای Pressure چون فقط یک طرف دیافراگم باز است، دیگر با مشکلاتی نظیر اختلاف فاز هم مواجه نخواهیم شد و اصوات از همه جهات به شکل یکسان و مشابه با دیافراگم برخورد می‌کنند. با دانستن این موضوع، درک این‌که چرا همه میکروفنهای Pressure از الگوی ضبط Omni پشتیبانی می‌کنند، کار سختی نیست.
چند نمونه از بهترین میکروفنهای Pressure
یکی از جذاب‌ترین موارد هنگام مطالعه علوم صوتی، داشتن یک مثال و نمونه در دنیای واقعی است. از این رو، در این بخش می‌خواهیم ۳ میکروفن Pressure معروف و خوش‌ساخت زیر را مورد بررسی قرار دهیم:
- Neumann KM 183
- Rode Reporter
- Sanken COS-11D
بگذارید با Neumann KM 183 شروع کنیم. Neumann KM 183 یک میکروفن کاندنسر دیافراگم کوچک است که [همان‌طور که گفتیم] از الگوی ضبط Omni بهره می‌برد. به میکروفن‌هایی که از لحاظ ظاهری شبیه KM 183 هستند، میکروفنهای مدادی هم گفته می‌شود. در میکروفنهای مدادی، دیافراگم در قسمت بالایی میکروفن قرار دارد و اگر بخواهیم به دیافراگم این میکروفن‌ها اشاره کنیم، می‌بایست قسمت بالایی آن‌ها را نشان دهیم. در این نوع میکروفن‌ها به وضوح می‌توانیم مشخصاتی [نظیر الگوی ضبط قطبی، باز بودن یک طرف دیافراگم و بسته بودن طرف دیگر آن] که برای میکروفنهای Pressure بیان کردیم را ببینیم.
میکروفن بعدی که می‌خواهیم در موردش صحبت کنیم، Rode Reporter است. Reporter یک میکروفن داینامیک با سیم‌پیچ متحرک و الگوی ضبط Omni است. این میکروفن هم مانند Neumann KM 183 طراحی مدادی دارد و دیافراگم آن دقیقا در قسمت بالایی میکروفن تعبیه شده. بنابراین در این میکروفن برای ضبط صدا، باید قسمت بالایی میکروفن را به سمت منبع صوتی قرار دهید.
آخرین میکروفنی که در این بخش می‌خواهیم در موردش صحبت کنیم، Sanken COS-11D است. این میکروفن که به واسطه ظاهر کوچک و مینیاتوری‌اش بسیار معروف و محبوب است هم مانند سایر میکروفنهای Pressure از الگوی ضبط Omni پشتیبانی می‌کند. اگرچه Sanken COS-11D بسیار کوچک طراحی شده اما به هر حال این یک میکروفن Pressure است؛ یعنی اصوات فقط از یک طرف وارد میکروفن می‌شوند.
![]()
میکروفنهای Pressure-Gradient
میکروفنهای Pressure-Gradientاز آن‌جا که هر ۲ طرف دیافراگم میکروفنهای Pressure-Gradient باز است و اصوات از هر ۲ طرف وارد میکروفن می‌شوند، این میکروفن‌ها کمی پیچیده‌تر از میکروفنهای Pressure هستند. شاید از لحاظ شهودی طراحی میکروفنهای Pressure-Gradient چندان پیچیده نباشد اما وقتی به کپسول این نوع میکروفن‌ها نگاه می‌کنیم، متوجه چرایی ظرافت و پیچیدگی آن‌ها می‌شویم.
در واقع باز بودن هر ۲ طرف دیافراگم به سمت محیط بیرونی، باعث تنوع شگفت‌انگیز الگوهای ضبط این نوع میکروفن‌ها شده است. با تهیه یک میکروفن Pressure-Gradient ، الگوهای ضبط متنوع‌تری نسبت به الگوی ضبط Omni داریم.
میکروفنهای ریبون و الگوی ضبط Figure-8 یا همان Bi-Directional
شاید برایتان جالب باشد اگر بدانید ساده‌ترین الگوی ضبط میکروفنهای Pressure-Gradient همین الگوی Figure-8 و ساده‌ترین میکروفنی که از این نوع کپسول‌ها استفاده می‌کند همین میکروفن ریبون است.
میکروفنهای ریبون از یک دیافراگم بسیار نازک که در یک ساختار مغناطیسی معلق است تشکیل شده‌اند. خوش‌بختانه طراحی این میکروفن‌ها به گونه‌ای است که فضای کافی مابین بدنه خارجی و ساختار مغناطیسی میکروفن وجود دارد و دیافراگم به شکلی آزادانه می‌تواند نوسان/لرزش داشته باشد. معمولا شکل ظاهری میکروفنهای ریبون به گونه‌ای است که هر کس با دیدن ظاهر آن‌ها می‌تواند ساختار و نوع کپسول‌های به کار رفته در این میکروفن‌ها را به‌راحتی تشخیص دهد.
میکروفنهای ریبون یک الگوی ضبط کاملا متقارن را ارائه می‌دهند. بیائید اهمیت ‘جهت’ اصوات را با هم مرور کنیم. اگر به خاطر داشته باشید، در میکروفنهای Pressure ، فقط یک طرف دیافراگم به سمت محیط بیرونی باز بود، به همین دلیل، دیگر اهمیتی نداشت که منبع صوتی در کدام سمت میکروفن قرار دارد و اصوات از کدام ‘جهت’ وارد میکروفن می‌شوند. اما در میکروفنهای Pressure-Gradient قضیه کمی متفاوت است. در این نوع میکروفن‌ها، هر ۲ طرف دیافراگم به سمت محیط بیرونی باز است و اصوات از هر ۲ طرف وارد میکروفن می‌شوند. این موضوع می‌تواند باعث پدید آمدن اختلاف فاز و ایجاد الگوهای قطبی جهت‌دار شود. بگذارید شرایط و جهت‌های مختلف منبع صوت را با هم بررسی کنیم.
منبع صوتی در سمت جلوی میکروفن
وقتی صدایی از جلو وارد یک میکروفن ریبون می‌شود، ابتدا به قسمت جلویی دیافراگم برخورد کرده و بعد از زمان t به قسمت پشتی دیافراگم هم برخورد می‌کند. در چنین حالتی، با پدیدار شدن اختلاف فاز و امپلیتیود، دیافراگم می‌لرزد(حرکت می‌کند).
منبع صوتی در سمت عقب میکروفن
همان‌طور که در قسمت قبل در مورد ساختار میکروفنهای ریبون خواندیم، این میکروفن‌ها صدا را از هر ۲ جهت دریافت می‌کنند؛ بنابراین عقب یا جلوی این میکروفن تفاوت چندانی با یک‌دیگر ندارند. پس وقتی صدا از قسمت پشتی وارد میکروفن می‌شود هم ابتدا با قسمت پشتی دیافراگم برخورد کرده و بعد از زمان t به قسمت جلویی دیافراگم برخورد می‌کند. پرواضح است که در این صورت هم با پدیدار شدن اختلاف فاز و امپلیتیود، دیافراگم حرکت خواهد کرد.
منبع صوتی در طرفین میکروفن
با توجه به ساختار و ذات میکروفنهای ریبون و الگوی ضبط Figure-8 ، اگر منبع صوتی دقیقا در طرفین میکروفن قرار گرفته باشد، صدای ورودی به هر ۲ طرف دیافراگم برخورد کرده و در این صورت، اختلاف فاز و امپلیتیود به یک اندازه خواهد بود. به عبارت دیگر، اگر منبع صوتی در طرفین میکروفن قرار گیرد، فشار صوتی وارده به دیافراگم به یک اندازه خواهد بود و در نتیجه، دیافراگم حرکت نخواهد کرد و سیگنالی هم تولید نخواهد شد.
برای دستیابی به یک صدای خاص و ویژه، باید میکروفن را با زاویه‌های مختلف نسبت به منبع صوتی قرار دهید. در واقع اصواتی که در زوایای مختلف نسبت به میکروفن قرار دارند، تأثیر بیشتر/کم‌تری روی دیافراگم خواهند گذاشت؛ یعنی هرچه اصوات به سمت جلو/عقب دیافراگم نزدیک‌تر باشد، صدا بلندتر و واضح‌تر به گوش می‌رسد و هرچه این فاصله بیشتر باشد یا منبع صوتی در طرفین میکروفن قرار گرفته باشد، صدای خروجی‌مان ضعیف‌تر و مبهم‌تر خواهد بود. در شکل زیر می‌توانید حساسیت میکروفن نسبت به امواج صوتی را به‌وضوح مشاهده کنید.
/شکل
الگوی ضبط Cardioid و سایر الگوهای قطبی
الگوی ضبط Cardioid هم یکی از الگوهای ضبطی است که به واسطه ساختار و پیکربندی میکروفنهای Pressure-Gradient به وجود آمده. البته علی‌رغم الگوی قطبی Figure-8 ، در الگوی ضبط Cardioid دو طرف دیافراگم به اندازه مساوی باز نیست. در این بین، مواردی از قبیل ساختار آکوستیک و… وجود دارند که باعث ایجاد اختلاف فاز و امپلیتیود بین ۲ طرف دیافراگم شده و بدین‌ترتیب الگوی قطبی Cardioid که یک الگوی غیرجهت‌دار(Unidirectional) است را پدید می‌آورند. در این الگوی قطبی، قسمت جلویی میکروفن بیش‌ترین حساسیت را نسبت به اصوات ورودی دارد و قسمت پشتی و طرفین میکروفن تقریبا هیچ حساسیت خاصی به اصوات نشان نمی‌دهند. اگر بخواهیم الگوی Cardioid را تجسم کنیم، می‌توانیم بگوئیم این الگوی ضبط از لحاظ شماتیک، شبیه یک قلب است. در شکل زیر می‌توانید الگوی Cardioid را به صورت شهودی ملاحظه نمائید.
شاید برایتان جالب باشد اگر بدانید با ایجاد تغییر در اختلاف فاز و امپلیتیود بین قسمت جلویی و عقبی دیافراگم، می‌توان به الگوهای ضبط گوناگون دست یافت. فراموش نکنید که این الگوهای قطبی متنوع و جذاب، فقط در میکروفنهای Pressure-Gradient وجود دارند و نمی‌توان آن‌ها را در میکروفنهای Pressure یافت.
چند نمونه از بهترین میکروفنهای Pressure-Gradient
در این بخش، ۴ تا از بهترین میکروفنهای Pressure-Gradient را باهم مورد بررسی قرار می‌دهیم.
اولین میکروفنی که در این بخش مورد بررسی قرار می‌دهیم، Neumann KM 184 است. همان‌طور که می‌دانید، این میکروفن هم مانند KM 183 جزو خانواده محصولات KM 180 کمپانی Neumann به‌شمار می‌آید؛ بنابراین KM 184 هم یک میکروفن کاندنسر دیافراگم کوچک مدادی است.
کپسول این میکروفن از نوع Pressure-Gradient هست و این بدان‌معناست که ۲ طرف دیافراگم KM 184 به سمت محیط بیرون باز است و اصوات از هر ۲ طرف می‌توانند وارد این میکروفن شوند. یکی از نکات جالب در مورد KM 184 ، طراحی زیبا و تکنیکال این میکروفن است. در واقع به دلیل طراحی فنی و حساب‌شده کپسول KM 184 ، این میکروفن امکان ایجاد الگوی قطبی Cardioid را فراهم می‌کند.
دومین میکروفنی که از کپسول‌های Pressure-Gradient استفاده می‌کند و ما می‌خواهیم در مورد آن صحبت کنیم، Shure SM57 است. همه ما نیک می‌دانیم که Shure SM57 موفق‌ترین و محبوب‌ترین میکروفن داینامیک دنیاست که به‌واسطه بهره‌مندی از کپسول‌های Pressure-Gradient ، الگوی ضبط Cardioid را ارائه می‌دهد.
شاید برایتان جالب باشد اگر بدانید Shure برای دستیابی به الگوی قطبی Cardioid ، کپسول Pressure-Gradient انحصاری خودش یعنی Unidyne III را در میکروفن‌هایش مورد استفاده قرار داد. خوش‌بختانه در SM57 جدیدترین نسخه این کپسول قدرت‌مند تعبیه شده و به لطف همین کپسول ما می‌توانیم از الگوی قطبی Cardioid بهره‌مند شویم.
سومین گزینه‌ای که می‌خواهیم در موردش صحبت کنیم، یک میکروفن جذاب و دوست‌داشتنی است. Rode NTR یک میکروفن ریبون است؛ با دانستن همین موضوع می‌توانیم خیلی سریع دریابیم که این میکروفن از کپسول‌های Pressure-Gradient استفاده می‌کند.
دیافراگم NTR هم مانند سایر میکروفنهای ریبون مابین یک ساختار مغناطیسی قرار دارد و هر ۲ جهت آن به اندازه مساوی به سمت دنیای بیرون باز است.
نوبتی هم که باشد، نوبت آخرین میکروفن این لیست یعنی AKG C414 XLII است. AKG C414 XLII یکی از بهترین و محبوب‌ترین میکروفنهای کاندنسر دیافراگم بزرگ است که از الگوهای قطبی متنوع پشتیبانی می‌کند. این میکروفن، از کپسول‌های دوگانه CK12 – که به صورت انحصاری مخصوص محصولات AKG طراحی و توسعه یافته – بهره می‌برد. به لطف این کپسول قدرت‌مند می‌توانید با توجه به نیاز و نوع پروژه‌تان، از میان ۹ الگوی ضبط متفاوت، مناسب‌ترین الگو را انتخاب کنید.
یکی از نکات جالب در مورد دیافراگم کپسول‌های CK12 آن است که هر ۲ دیافراگم این کپسول، Pressure-Gradient هستند؛ یعنی هر ۲ طرف‌شان نسبت به اصوات ورودی حساس است. اگرچه C414 XLII جزو میکروفنهای Pressure-Gradient دسته‌بندی می‌شود اما یکی از الگوهای قطبی که ارائه می‌دهد، Cardioid است. در واقع وقتی C414 XLII را روی الگوی Cardioid تنظیم می‌کنید، سیگنال‌های هر ۲ دیافراگم به‌گونه‌ای باهم ترکیب می‌شوند که الگوی Cardioid شبیه‌سازی/تولید شود.
یک نکته در مورد میکروفنهای با چند الگوی قطبی متفاوت
باید به این نکته توجه داشته باشید که وقتی یک میکروفن چندجهته(میکروفنی که از چند الگوی ضبط متفاوت پشتیبانی می‌کند) الگوی Omni را هم در اختیار کاربران قرار می‌دهد، این بدان‌معنا نیست که آن میکروفن از کپسول‌های Pressure استفاده می‌کند. این موضوع یکی از اشتباهاتی است که معمولا مبتدیان و کسانی که در حال مطالعه علم صدا هستند مرتکب آن می‌شوند اما در دنیای واقعی درک این موضوع واقعا ساده است.
امروزه کمپانی‌ها با تغییر و دستکاری سیگنال‌های حاصل از لرزش دیافراگم‌های ۲ گانه سعی می‌کنند الگوی Omni را به‌نوعی شبیه‌سازی کنند. همان‌طور که گفتیم، میکروفنهای Pressure-Gradient اغلب از الگوی Cardioid استفاده می‌کنند؛ بنابراین اگر بتوانیم صدای ورودی به هر ۲ طرف میکروفن را با فاز و امپلیتیود یکسان باهم ترکیب کنیم، به الگوی Omni دست خواهیم یافت.
سوالات متداول
مباحث تکنیکال گاهی اوقات کمی پیچیده هستند و بعضی افراد نمی‌توانند مطالب را کامل و درست درک کنند. به همین دلیل، ممکن است سوالاتی وجود داشته باشد که ذهن شما را هم به خود درگیر کرده باشند. در این بخش، به ۲ تا از پرتکرارترین سوالات پرداخته‌ایم:
میکروفن Line+Gradient چیست؟
میکروفنهای Line+Gradient از لحاظ ساختار و عملکرد، کاملا شبیه میکروفنهای شات‌گان هستند و لغت Line+Gradient بیشتر توسط کمپانی Audio-Technica استفاده می‌شود. شاید بتوان این‌طور برداشت کرد که مقصود Audio-Technica از Line در واقع همان تیوب بلند الکترومغناطیسی است که جلوی کپسول تعبیه شده و لغت Gradient به جهت‌دار بودن کپسول‌های میکروفن اشاره دارد.
آیا میکروفنهای کاندنسر اثر مجاورت دارند؟
متأسفانه میکروفنهای کاندنسر جهت‌دار(همان Pressure-Gradient) نسبت به اثر مجاورت حساس هستند در حالی که میکروفنهای کاندنسر Pressure این‌طور نیستند. توجه داشته باشید به دلیل آن‌که میکروفنهای Pressure-Gradient از کپسول‌های ۲ گانه استفاده می‌کنند، ممکن است وقتی آن‌ها را روی الگوی قطبی Omni تنظیم می‌کنید، دچار اثر مجاورت شوند.
