Записування голосу через мікрофон на комп’ютер
1.1. Робота з мікрофоном
Якість запису та відтворення звуків реальних джерел залежить від нескінченної кількості факторів, але виділити основні складові все-таки можна і потрібно:
> аналого-цифровий перетворювач (АЦП);
>• цифро-аналоговий перетворювач (ЦАП);
> тракт мікшування та посилення звукових сигналів;
> приміщення, у якому провадиться запис;
Не зараз розглядатимемо перші три пункти цього переліку, про них йтиметься нижче.
У бібліотеках все ще можна знайти книги [1, 17, 38, 41, 49, 67, 69], в яких перераховуються та обґрунтовуються вимоги до приміщень, призначених для звукозапису, наводяться варіанти планування студій, роз'яснюються заходи, спрямовані на зниження рівня електричних та акустичних перешкод. На цьому питанні ми також не затримуватимемо вашу увагу, бо, на жаль, всі подібні рекомендації коштують дивно дорого і в домашніх умовах навряд чи реалізовані. Ясно одне:
живий звук з допомогою мікрофона треба записувати у приміщенні, де рівень шумів (зокрема і викликаних працюючим комп'ютером) мінімальний. Правда, застосування комп'ютерної обробки звукового сигналу дозволяє частково позбутися записаних сторонніх звуків і шумів, що залишає деяку надію на отримання терпимої (демо-версій) якості запису, виконаної в необладнаному приміщенні. Бажано також, щоб рівень звуків, відбитих від стін та предметів обстановки, був мінімальним. Загальновідомо, що для цього слід обладнати приміщення звукопоглинаючими матеріалами. У роботі [38] для цього рекомендується використовувати килими.
З перерахованих вище елементів, що впливають наякість запису звуку, спочатку ми розглянемо мікрофон. Мікрофон може не тільки послабити вплив недоліків приміщення, але й зробити їх помітнішими.
1.1.1. Мікрофони та їх основні параметри
Робот, в яких розповідається про принципи дії мікрофонів різного типу, їх характеристики та застосування досить багато. Ось лише деякі: [1, 17, 38, 75]. Однак більшість із них видані відносно давно і на цей час стали малодоступними. Коли ці книжки видавалися, проблема вибору мікрофона існувала лише теоретично. Нині ситуація протилежна: мікрофонів у яскравих упаковках скільки завгодно в будь-якому кіоску з радіотехнічним ухилом, не кажучи вже про спеціалізовані магазини. Очі розбігаються. Що вибрати? Давайте розберемося в цьому, не надто глибоко вдаючись у технічні аспекти.
Принцип дії мікрофона полягає в перетворенні звукових коливань на електричні таким чином, щоб інформація, що міститься в звуку, не зазнавала помітних змін. Для цього мікрофон повинен відповідати таким вимогам:
> при робочих рівнях звуку мікрофон повинен виробляти електричний сигнал, достатньо перевищує рівень власних електричних шумів;
> сигнал, що виробляється, не повинен мати суттєвих спотворень;
?• мікрофон повинен практично без змін передавати всі звукові частотні складові, що містяться в сигналі в межах частотного діапазону апаратури, до якої він підключений.
Мікрофони відрізняються за способом перетворення коливань звукового тиску в електричні коливання. З цієї точки зору розрізняють електродинамічні, електромагнітні, електростатичні, п'єзоелектричні, вугільні та напівпровідникові мікрофони.Електродинамічні мікрофони поділяються на котушкові та стрічкові. До електростатичних мікрофонів відносяться конденсаторні та електретні, що широко використовуються в професійних цілях. Електромагнітні та п'єзоелектричні мікрофони не набули поширення в звукозаписі через вузький частотний діапазон і нерівномірну частотну характеристику. Останні дві групи мікрофонів - вугільні та напівпровідникові - з подальшого розгляду можна сміливо виключити, оскільки принципи їх дії не забезпечують виконання жодної з вимог, що висуваються до мікрофонів для звукозапису.
Принципи дії мікрофонів різних типів поєднує спосіб перетворення звукових коливань на електричні: мембрана (діафрагма) мікрофона сприймає і передає коливання звукового тиску елементу, що здійснює їх перетворення на електричний сигнал.
Загальне уявлення про пристрій мікрофонів, які часто використовуються для високоякісного звукозапису можна отримати з рис. 1.1-1.3.
Принцип дії електродинамічних мікрофонів полягає у перетворенні коливань звукового тиску на механічні коливання діафрагми та пов'язаної з нею котушки індуктивності (у котушкових мікрофонах) або
стрічки (у стрічкових мікрофонах) в магнітному полі постійного магніту. Це призводить до виникнення у котушці чи стрічці е.р.с. самоіндукції, у зміні якої закладено інформацію.
Конденсаторні мікрофони потребують зовнішнього джерела живлення. Жорстко натягнута мембрана під дією звукового тиску, що змінюється, здійснює коливальні рухи відносно нерухомого електрода. Ці два елементи становлять конденсатор, будучи його обкладками. При коливаннях мембрани ємність конденсатора змінюється із частотоющо впливає на мембрану звукового тиску. В електричному ланцюзі з'являється змінний струм, пропорційний звуковому сигналу.
Електретні мікрофони за принципом дії не відрізняються від конденсаторних, проте ефективність перетворення сигналу в них вища, тому що напруга на обкладках конденсатора забезпечується не тільки звичайним зовнішнім джерелом, а й електричним зарядом мембрани або нерухомого електрода. Матеріал цих елементів має електретну властивість — здатність зберігати заряд тривалий час.
До основних характеристик і параметрів мікрофонів, що визначають їх якість, належать такі:
> Чутливість - відношення напруги на виході мікрофона до звукового тиску, що впливає на нього.
> Динамічний діапазон – різниця між рівнями граничного звукового тиску та власних шумів.
> Робочий частотний діапазон. > Частотна характеристика (ЧХ).
> Характеристика спрямованості - залежність чутливості мікрофона від кута між його акустичною віссю та напрямком на джерело звуку.
Важливими параметрами мікрофона є рівень власних шумів і вихідний опір. Очевидно, хороший мікрофон має бути малошумним. Вихідний опір мікрофона повинен відповідати вхідному опору апаратури, до якої він підключений.
Взагалі, без урахування умов застосування при вирішенні конкретних завдань не можна стверджувати, що мікрофон з тими чи іншими характеристиками гірший чи кращий. Не для всіх параметрів справедливе твердження:
"Чим значення вище, тим краще".
Наприклад, мікрофон з високою чутливістю гарний у підслуховувальному пристрої для запису звуку з великої відстані. Але той же мікрофон малопридатнийруці соліста, який співає у супроводі оркестру, тому що він сприйматиме не тільки голос співака, а й спотворені при поширенні звуки музичних інструментів. Для правильної передачі звучання басових музичних інструментів не обов'язково використовувати мікрофон із високою верхньою граничною робочою частотою. Хоча, що ширший робочий діапазон частот (що менше нижня і більше верхня граничні частоти), то універсальніше мікрофон.
Однією з найважливіших показників під час виборів мікрофона є характеристика його просторової спрямованості. Графічно зображують її в полярних координатах у вигляді діаграми спрямованості в горизонтальній площині.
За видом характеристики спрямованості мікрофони ділять на три основні типи: ненаправлені, двосторонньо та односторонньо спрямовані.
У першому наближенні вважається, що ненаправлені мікрофони однаково сприймають звук із будь-якого напрямку. Робочою областю ненаправленого мікрофона є сфера, яке діаграма спрямованості є коло, як і показано на рис. 1.4 а.
Мал. 1.4.Види характеристик спрямованості мікрофонів
Двосторонньо спрямовані мікрофони мають однакову чутливість як з фронтальної, так і з тильного боку. Діаграма спрямованості нагадує цифру "8" (рис. 1.4,б)
Односторонньо спрямовані мікрофони чутливі тільки до звукових хвиль, що надходять з фронтального напрямку. Їх діаграма спрямованості є кривою, що носить назву «кардіоїда» і дійсно нагадує серце (рис. 1.4, в).
Крім спрямованих мікрофонів, існують ще й гостронаправлені. На рис. 1.4 г показана діаграма спрямованості такого мікрофона, що описується суперкардіоїдою.
Звернемо вашу увагу на те, що представлені на малюнках діаграми спрямованості ідеалізовані. Важливо розуміти, що реальні характеристики спрямованості близькі до цих ідеалізацій лише в межах вузького діапазону частот. Особливо сильно дається взнаки залежність виду діаграми спрямованості від частоти для ненаправлених мікрофонів. Чим вище частота, тим менший тілесний кут, у якого ненаправлений мікрофон сприймає звукові хвилі.