EMUTE-MUSIIKKITEKNOLOGIASIVUSTO
Emute

Mikrofonit, osa 1

Kirjoittanut Juha Sipilä | 16.10.2014

Mikrofoneja on paljon erilaisia. Niillä on erilaisia ominaisuuksia ja hinnatkin vaihtelevat melkoisesti. Miten mikrofonit eroavat toisistaan, ja miten valitaan sopivin mikrofoni kuhunkin käyttötarkoitukseen?


Mikä on mikrofoni?

Akustinen ääni esiintyy pieninä ilmanpaineen vaihteluina. Tässä muodossa ääntä on vaikeata (tai jopa mahdotonta) tallentaa, muokata, vahvistaa, ja välittää pitkiä matkoja. Mikrofonien tehtävänä on muuntaa akustinen ääni sähköiseen muotoon. Toisin sanoen mikrofonit ovat akustissähköisiä muuntimia.

Ensimmäiset mikrofonit otettiin käyttöön puhelintekniikassa. Jotta puhe saatiin välitettyä puhelinlankojen välityksellä pitkiä matkoja, oli se ensin muutettava sähköiseen muotoon. Tähän tehtävään tarvittiin mikrofoni.

Mikrofonit ovat akustissähköisiä muuntimia.

Sähköinen toimintaperiaate

Mikrofoneja voidaan luokitella esimerkiksi sähköisen toimintaperiaatteensa mukaisesti. Dynaamiset mikrofonit ovat rakenteeltaan kaikista yksinkertaisimpia, ja niinpä ne ovat mekaanisestikin kestäviä. Sen vuoksi ne ovatkin suosittuja varsinkin keikkakäytössä. Kondensaattori- ja elektreettimikrofonit ovat taas enemmänkin studion työkaluja. Niiden rakenne mahdollistaa äänen pienempienkin yksityiskohtien äänittämisen paljon dynaamisia mikrofoneja tarkemmin. Nauhamikrofoneissa ääntä poimivana elementtinä on pieni metallifolionauha. Nämä mikrofonit olivat laajasti käytöissä studioissa ennen kondensaattorimikrofonin keksimistä. Myös nauhamikrofonit ovat herkkiä kondensaattorimikrofonien tapaan, mutta niillä on erilainen ominaissointi.

Suuntakuviot

Mikrofoneja voidaan luokitella myös suuntaherkkyyden mukaan. Suuntaherkkyydellä tarkoitetaan mikrofonin kykyä siepata ääniä halutusta suunnasta, ja toisaalta vaimentaa ääniä muista suunnista. Pääsuuntakuviot ovat pallo, hertta ja kahdeksikko. Äänityksissä mikrofonin suuntaherkkyyttä käytetään hyväksi sijoittelemalla mikrofonit ja instrumentit siten, että mikrofoni poimii mahdollisimman hyvin talteen vain sen instrumentin jota varten mikrofoni on laitettu, ja vaimentaa vastaavasti muita instrumentteja. Äänentoistotehtävissä mikrofonien suuntaavuutta hyödynnetään kiertoherkkyyden pienentämiseksi. 

Pääsuuntakuviot ovat pallo, hertta ja kahdeksikko. 

Suuntakuviopiirros

Valmistajat ilmoittavat usein internet-sivuillaan ja manuaaleissaan mikrofonien suuntavuuden suuntakuviopiirroksen (Polar pattern) avulla. Oheisessa kuvassa on tyypillinen herttamikrofonin suuntakuviopiirros.

Useimmiten piirroksiin on merkitty suuntakuvio ainoastaan 1 kHz taajuudella. Korkeammilla taajuuksilla suuntakuvio kapenee ja matalammilla taajuuksilla se levenee.

Piirroksia tutkittaessa tulee muistaa seuraavat asiat:

1) Suuntakuvio on kolmiulotteinen

Piirros antaa harhaanjohtavasti kuvan kaksiulotteisesta suuntakuviosta, mutta suuntakuviolla on kolme ulottuvuutta: leveys, korkeus ja syvyys. Suuntakuvio on symmetrinen kaikkii suuntiin nolla-akselinsa (On-axis) suhteen. Nolla-akseli löytyy piirroksesta merkinnällä 0°.

2) Piirros ei ole "pohjakartta"

Eikä myöskään piirrokseen merkitty suuntakuvio ole rajaviiva. Mikitettäessä laulajaa ei voida ajatella, että sijoittamalla esimerkiksi kitara laulajan mikrofonin taakse (180°) sitä ei kuulu lainkaan. Piirroksessa näkyvät desibelilukemat kertovat äänen vaimentumisen tulokulman mukaan. Esimerkkipiirroksessa suoraan nolla-akselin takaa (180°) saapuva ääni vaimenee 25 dB (mikä on tietysti aika paljon!). Tämä on tyypillinen vaimentuma herttakapseliin 180° kulmasta saapuville keskitaajuuksille.

3) Suuntakuvio on eri taajuuksilla erilainen

Useimmiten piirrokseen on merkitty vain yksi kuvio. Tällöin kyseessä on mikronin suuntakuvio 1 kHz taajuudella. Korkeammilla taajuksilla suuntakuvio kapenee ja matalammilla taajuuksilla se levenee. Paremmissa piirroksissa suuntakuvio on merkitty monella eri taajuudella. Tällöin piirroksesta ilmenee myös se erittäin tärkeä seikka, kuinka paljon mikrofoni värittää nolla-akselin ulkopuolelta (engl. Off-axis) saapuvaa ääntä. Tämä onkin yksi merkittävä ero kalliiden ja edullisempien mikrofonien välillä; laadukkaiden mikrofonien off-axis-värittymä (esimerkiksi huoneheijasteiden osalta) on pieni.

Pallo

Pallosuuntakuvioinen (Omnidirectional) mikrofoni on yhtä herkkä kaikille äänille riippumatta niiden tulosuunnasta. Tällaisen mikrofonin suuntaherkkyyttä ei siis ole muokattu mekaanisesti tai sähköisesti. Näiden mikrofonien sointia kuvaillaan usein luonnolliseksi, avoimeksi, ja vääristymättömäksi. Niillä on laaja taajuusvaste, ja ne ovat erittäin hyviä taltioitaessa ambienssia tai suuria äänilähteitä. Usein pallomikrofonit ovat toimintaperiaatteeltaan kondensaattori- tai elektreettimikrofoneja, joskin muutamia dynaamisiakin pallomikrofoneja on tehty lähinnä reportterikäyttöön.

Mikäli tarkoituksena on äänittää samassa tilassa yhtäaikaa useampia äänilähteitä ja eristää niitä toisistaan, on pallomikrofoni huono valinta. Silloin kannattaa käyttää suuntaavia mikrofoneja.

Aina ei ole mahdollista tehdä äänityksiä hyvissä studioissa ja konserttisaleissa, vaan joudutaan tyytymään heikompaan äänitysakustiikkaan. Tällöinkin kannattaa miettiä ensisijaisesti suuntaavien mikrofonien käyttöä, koska näin voidaan pienentää äänitteelle taltioituvan huoneakustiikan määrää. Kaikua voidaan aina tarvittaessa lisätä efektilaitteilla, mutta äänitteellä olevaa huoneakustiikkaa on hyvin vaikea poistaa.

Esimerkkejä pallomikrofoneista:

  • Behringer ECM8000
  • Electro-Voice RE50/B
  • Sennheiser MKH20, MKH8020
  • DPA4006

Hertta

Hertta eli kardioidi (Cardioid, Unidirectional) on yleisin suuntakuvio, ja suurin osa dynaamisista mikrofoneista on suuntakuvioltaan herttoja. Hertta sieppaa ääniä parhaiten suoraan mikrofonin edestä (0°-akseli), ja vaimentaa tehokkaimmin suoraan mikrofonin takaa (180°) saapuvia ääniä.

Herttaa käytettäessä on tärkeätä miettiä mikrofonin suuntausta. Yhtä tärkeätä on pohtia myös äänitettävän instrumentin sijoitusta mahdollisiin muihin instrumentteihin, sekä huoneen ääntä heijastaviin pintoihin nähden. Suuntaavien mikrofonien avulla voidaan pienentää raitojen välisiä vuotoja sekä vähentää huoneakustiikan vaikutusta ääneen. Äänentoistotehtävissä mikrofonien oikealla suuntauksella voidaan pienentää kiertoherkkyyttä.

Hertasta löytyy lisäksi suuntaavampia versioita, jotka tunnetaan nimellä super- ja hyperhertta (Super Cardioid, Hyper Cardioid). Kapeita herttoja käytettäessä tulee muistaa, että nämä suuntakuviot lähestyvät kahdeksikkokuviota; ne sieppaavat ääntä myös jonkin verran suoraan takaa (180°). Lisäksi on olemassa niin sanottu leveä hertta (Wide Cardioid), joka on hertan ja pallon välimuoto.

Esimerkkejä herttamikrofoneista:

  • AKG C214, C3000 B, D40
  • Audix F12
  • DPA 4011
  • Electrovoice RE20
  • Neumann KM184, KSM104, TLM103
  • Røde M1
  • Sennheiser E935, MD421, MKH40, MKH8040
  • Shure KSM32, SM57, SM58

Kahdeksikko

Kahdeksikko (Figure-Of-Eight, Bidirectional) on hyvin kapea suuntakuvio. Se sieppaa ääniä mikrofonin edestä (0°) ja takaa (180°), mutta vaimentaa erittäin tehokkaasti suoraan sivuista (90° ja 270°) saapuvia ääniä. Yleensä nauhamikrofonit ovat suuntakuvioltaan kahdeksikkoja. Dynaamisiin mikrofoneihin kahdeksikkokuvio on mahdotonta rakentaa, sillä niiden kela-magneetti –rakenne tekee kapselista epäsymmetrisen.

Katso myös