Suuren mikrofonikalvon myytti

Myytin mukaan suurikalvoiset mikrofonit toistavat matalia taajuuksia paremmin kuin pieni-kalvoiset mikrofonit. Käsitys saattaa perustua siihen, että kaiuttimien bassoelementti on suuri ja diskantti pieni. Mikrofonin tehtävä ei kuitenkaan ole ilman liikuttaminen, niin kuin kaiuttimen. Mikrofoni-kalvo seuraa ilman liikkeitä, ja muuntaa ne sähköisiksi signaaleiksi.


Mikrofonit voidaan jakaa pienikalvoisiin ja suurikalvoisiin. Tuumaperusteisen maailmankäsityksen mukaan suuria ovat halkaisijaltaan 3/4 tuumaa eli noin 20 mm suuremmat kalvot. Pieninä pidetään halkaisijaltaan alle puolen tuuman, eli noin 13 millimetrin kalvoja. Keskikokoisiin mikrofonikalvoihin ei näytä liittyvän suuria intohimoja.

Suurikalvoisia mikrofoneja pidetään ennen kaikkea lämminsaundisina ja siksi sellainen laitetaan mielellään laulusolisteille ja niille instrumenteille, joista halutaan pehmeä ja lämmin sointi.

Kalvon koko ei kuitenkaan ole ainoa mikrofonin saundiin vaikuttava tekijä ja soinnilliset erot ryhmän sisällä voivat olla isompia kuin niiden välillä. Tästä seuraa, että kaksi saman kokoisilla kalvoilla toteutettua mikrofonia voivat kuulostaa keskenään hyvin erilaisilta, kun taas kaksi eri kokoisilla kalvoilla toteutettua mallia voivat kuulostaa keskenään hyvinkin samanlaisilta.

Kalvon halkaisija vaikuttaa silti aina tiettyihin teknisiin ominaisuuksiin, joiden perusteella mikrofoneja voidaan luokitella. Mikrofonin hyvyys ei kuitenkaan suoraan riipu ainoastaan kalvon koosta (sen paremmin kuin mistään muustakaan yksittäisestä parametrista) vaan kyseessä on aina monen tekijän muodostama kokonaisuus.
Niinpä ominaisuuksien jaottelu kalvon koon mukaan on mielekästä vain, jos verrataan keskenään saman laatuluokan mikrofoneja. Näin toimittaessa voidaan seuraavat, omin otsikoin käsitellyt tekniset ominaisuudet liittää nimenomaiseen kalvon kokoon. 

 

Kohina

Pienen mikrofonikalvon oma kohina (self noise) on suurempi kuin suuren kalvon. Kohinataso tarkoittaa sitä äänenpainetasoa, jonka synnyttämä jännite on yhtä suuri kuin luonnollisen kohinan aiheuttama jännite.
Luonnollinen kohina johtuu ns. Brownin liikkeestä eli ilmamolekyylien jatkuvasta lämpöliikkeestä. Ilma-molekyylit pommittavat mikrofonikalvoa kaiken aikaa jopa täysin äänettömässä paikassa. Peruskohinan taso ilmoitetaan A-painotettuna desibeliarvona. Mikrofonin oma kohinataso on myös mikrofonin dynamiikka-alueen alaraja.

Pieni mikrofonikalvo on jäykempi kuin suuri, mistä syystä se on herkempi ilmamolekyylien pommitukselle kuin suuri kalvo. Pienen kalvon suurempi kohina johtuu osittain tästä. Pieni kalvo ei myöskään ole yhtä herkkäliikkeinen kuin suuri, joten sen signaalia joudutaan vahvistamaan enemmän. Vahvistimen elektroniikasta aiheutuu pikkuisen lisää kohinaa.

 

Särö

Pienikalvoiset mikrofonit pystyvät käsittelemään säröytymättä suurempia äänenpaineita kuin suuret. Tärkeimmät äänenpaineen sietoon vaikuttavat tekijät ovat mikrofonikapselin rakenne ja mikrofonin virtalähde.
Mikrofonikalvon ja kondensaattorimikrofonin taustalevyn etäisyydestä riippuu, kuinka laajasti kalvo pääsee liikkumaan taustalevyyn koskettamatta. Liikeradan laajuuteen vaikuttaa myös kalvon jäykkyys. Lisäksi säröytymisrajaan vaikuttavat polarisointijännitteen suuruus ja virtalähteen syöttökapasiteetti.

 

Herkkyys ja transienttitoisto

Suuri mikrofonikalvo on herkkäliikkeinen pienilläkin äänenpaineilla, joten suurikalvoiset mikrofonit ovat herkempiä kuin pienikalvoiset. Teoriassa pienikalvoisen mikrofonin toisto on myös täsmällisempää ja ”tarkempaa” kuin suuren, sillä pienen ja kevyen mikrofonikalvon transienttitoisto on parempi kuin suuren.

 

Dynamiikka-alue

Pienikalvoisten mikrofonien dynamiikka-alue on yleensä yhtä laaja tai laajempi kuin suurikalvoisten. Tämä johtuu siitä, että kalvon pienentyessä itseiskohina kyllä lisääntyy, mutta samalla voimakkaiden äänenpaineiden sieto muuttuu paremmaksi.

 

Taajuusvaste

Sekä pieni- että suurikalvoiset mikrofonit toistavat matalia taajuuksia yhtä hyvin. Suurilla taajuuksilla suurikalvoisten mikrofonien taajuusvaste laskee. Useimpien mikrofonien taajuusvaste jatkuu kuitenkin varsin suorana noin kymmenen kilohertsin paikkeille, joten yläpään toisto riittää mainiosti lauluäänelle.

Mikrofonin suuntakuvio ja taajuusvaste saadaan halutuiksi tietynlaisella mikrofonikapselin rakenteella. Tähän vaikuttavat mm. taustalevyn ja -kammion koko ja muoto, taustalevyn rei’itys ja etäisyys, materiaalit ja ilmaventtiilin toiminta. Monesti taajuusvastetta muokataan myös sähköisesti.

Nyrkkisäännön mukaan mikrofonikalvon taajuusvaste on korkeilla taajuuksilla sitä epälineaarisempi, mitä suurempi kalvon halkaisija on. Pienen kalvon taajuusvaste on mikrofonin pääsuunnan lisäksi myös muissa (off-axis) suunnissa tasaisempi kuin suuren kalvon.

Koska pieni mikrofonikalvo on kevyt, sen taajuusvaste on suurilla taajuuksilla tasaisempi. Suurikalvoisen mikrofonin suuntakuvio voi keskitaajuuksilla olla esimerkiksi hertta, mutta matalilla äänillä lähes pallo.
Käytännössä suurikalvoisia mikrofoneja käytetään kuitenkin nimenomaan lähimikrofoneina ja ne suunnataan suoraan äänilähteeseen, joten epätasaisesta off-axis taajuusvasteesta ei juuri ole haittaa. Taajuusvaste yltää myös aivan riittävän korkealle.

Akustisiin mittauksiin tarkoitetut mikrofonit ovat pääasiassa pienikalvoisia ja joidenkin taajuusvaste yltää pitkästi yli sadan kilohertsin. Mittauskäytössä signaali ja kohina pystytään kuitenkin erottamaan toisistaan analysointivaiheessa, joten kohina ei ole ongelma. Mittamikrofonit eivät ehkä sovellu kaikkein parhaiten musiikkiäänitykseen.

 

Saundiero

Eri kokoisten mikrofonikalvojen saundieron syy saattaisi olla, että suurikalvoisen mikrofonin resonanssitaajuus on matalampi kuin pienikalvoisen. Mutta vaikka suurikalvoisen mikrofonin taajuusvaste näyttäisi paperilla epätasaiselta, niin subjektiivinen kuulovaikutelma voi kuitenkin olla miellyttävämpi kuin pienikalvoisella mikrofonilla.

Suurikalvoisten mikrofonien lämpimän saundin maine on saattanut syntyä myös vanhojen kondensaattorimikrofonien myötä. Esimerkiksi Neumann U47 -mikrofonissa oli käytännössä sama kapseli kuin Neumannin ensimmäisessä CMV 3 -kondensaattorimikrofonissa vuonna 1928, mutta kalvon materiaali vaihdettiin myöhemmin kestävämmäksi. Vanhoissa kondensaattorimikrofoneissa on myös putkivahvistimet, jotka vaikuttavat saundiin.

 

Kolmio ja suorakulmio

Kolme ruotsalaista mikrofonivalmistajaa käyttää muita kuin pyöreitä kalvoja. Ehrlundilla on kolmion muotoisia kalvoja ja Milabilla ja Pearlilla suorakaiteita. Valmistajien mukaan pyöreiden mikrofonikalvojen haittana on preesens-alueen korostus.
Todellisuudessa suorakaiteen muotoisilla kalvoilla on vielä enemmän resonansseja kuin pyöreillä, mutta useat matalat korostumat eivät kuulemma ole yhtä korvaan pistäviä kuin pyöreiden kalvojen resonanssit. Suorakaiteen muotoisella kalvolla on myös muita ominaisuuksia. Mikrofonin suuntakuviosta voidaan tehdä esimerkiksi matala ja leveä.
Nämä ovat kuitenkin poikkeusratkaisuja, yleisin malli tulee näillä näkymin yhä olemaan pyöreäkalvoinen mikrofoni.


Mikrofoni vs. kaiutin

Sekä mikrofonikalvo että kaiutinkartio ovat pyöreitä värähteleviä kalvoja, samalla tavalla kuin rummun kalvo. Pyöreä kalvo värähtelee lukemattomilla muillakin tavoilla kuin vain keskikohdaltaan edestakaisin, männän tapaan.
Kun rumpukalvoa lyödään eri kohdista, niin se soi eri tavoin. Kalvo värähtelee erilaisissa ns. moodeissa, esimerkiksi puolikkaissa, jolloin kalvon toinen puolisko nousee samanaikaisesti kun toinen laskee.

Myös mikrofonikalvo värähtelee periaatteessa samalla tavalla, mutta se on niin jäykkä ja kireä, että värähtelymoodit ovat kuuloalueen yläpuolella. Teoriassa suuren kalvon alimmat moodit ovat alemmilla taajuuksilla kuin pienen. Käytännössä mikrofonikalvo käyttäytyy kuitenkin mäntämäisesti koko äänitaajuusalueella.

Kaiutinkartioissa moodit ovat kriittisempiä. Mikrofonikalvoon verrattuna kaiutinkartion hyötysuhteen on oltava parempi, sillä kaiutin joutuu muuntamaan suhteellisen suuria energiamääriä.
On vaikea rakentaa kartiota, joka toimisi erinomaisesti koko äänitaajuusalueella, sillä suuren kaiutinkartion värähtelymoodit värittävät ääntä. Kaiutinkartio on suhteellisesti pehmeämpi ja taipuisampi kuin mikrofonikalvo.
Muun muassa tästä syystä kaiuttimien taajuuskaistat on jaettu eri kaiutinelementeille. Mutta kuten sanottu, periaate ei ole käänteisesti sovellettavissa mikrofoneihin.

 

Pienikalvoisten mikrofonien vahvuuksia ovat suuri dynamiikka-alue, hyvä äänenpaineen sietokyky, laaja taajuusvaste, hyvä transienttitoisto ja tasainen taajuusvaste myös off-axis-suunnissa. Suurikalvoiset puolestaan ovat herkempiä, ja ne kohisevat vähemmän.

•••

 

Tämä artikkeli on julkaistu alunperin Riffin painetussa numerossa 4/2013. Vastaavia tietoartikkeleita lehden edustamilta aihealueilta julkaistaan jatkuvasti uusissa printtinumeroissa. 

Järeämpää tietoa äänestä  ja äänityöstä löytyy Jukka Laaksosen kirjoittamasta audiotyöläisen käsikirjasta Äänityön Kivijalka ja monikanavaiseen tilaääneen keskittyvästä Eero Aron teoksesta Tilaääni.  

Käytännön äänitysvinkkejä ja perustietoa äänittämisestä löytyy myös Silja Suntolan kirjoittamasta klassikosta "Luova Studiotyö".

Em. kirjat kuuluvat Riffin kustannusyhtiön Riffi-julkaisut-sarjaan, josta löytyy myös soitonoppaita yms. alan kirjallisuutta. Näihin tuotteisini voi tutustua kätevästi tämän sivuston kauppaosiossa

Riffiä myyvät Lehtipisteet, kirjakaupat ja hyvin varustetut soitinliikkeet kautta maan. Lehteä voi tilata myös suoraan kustantajalta näillä sivuilla olevan tilaustoiminnon avulla.

Aiemmin julkaistuja numeroita voi tiedustella suoraan toimitukselta s-postilla,  taannehtivia lehtiä myydään niin kauan kuin ko. numeroa on varastossa.

Riffin irtonumeroita myydään myös digitaalisina näköisversioina. Saatavilla ovat numerot 1/2011 ja sitä uudemmat lehdet.
Katso lisää Lehtiluukkupalvelusta.

 

13.08.2017
|
Eero Aro
Tekninen toteutus: Sitebuilders Finland Oy