کپسول میکروفون و انواع مختلف آن

کپسول میکروفون چیست؟

از بین تمامی قطعات و طرح هایی که برای تولید یک میکروفون استودیویی مورد استفاده قرار می گیرد، کپسول میکروفون مهم ترین عنصر است. حال این سوال به وجود می آید که کپسول میکروفون چیست و چه کاری انجام می دهد؟ کپسول میکروفون قطعه ای است که وظیفه تبدیل امواج صوتی به سیگنال دیجیتال را بر عهده دارد. کپسول ها (یا baffleها در میکروفون های ریبون) شامل دیافراگم(ها) و محفظه دیافراگم هستند. مبدل های مختلف دارای قطعات متفاوتی هستند که طراحی کپسول آنها را کامل می کند. در این مقاله، ما به نحوه کار کپسول‌های انواع مختلف میکروفون می‌پردازیم و در انتها نگاهی به 3 کپسول پرکاربرد (و انواع آنها) خواهیم انداخت.

کپسول کاندنسر Edge-terminated(چپ) و Centre-Terminated(راست)

کپسول میکروفون چه کاری انجام می دهد؟

میکروفون ها مبدل هایی هستند که انرژی موج مکانیکی (امواج صوتی) را به انرژی الکتریکی (سیگنال های دیجیتال میکروفون) تبدیل می کنند. به عبارت ساده، وظیفه کپسول میکروفون تبدیل یک شکل از انرژی به شکل دیگر است.

چگونه یک کپسول میکروفون این کار را انجام می دهد؟ همه چیز با دیافراگم کپسول شروع می شود.

دیافراگم میکروفون یک پرده نازک است که در واکنش به امواج صوتی اطراف خود می لرزد. هر دو نوع میکروفون کاندنسر و داینامیک (کویل متحرک و ریبون) از دیافراگم برای شروع فرآیند تبدیل انرژی استفاده می کنند. بنابراین دیافراگم نقش مهمی در فرآیند تبدیل انرژی توسط کپسول میکروفون دارد. با این حال، روش تبدیل انرژی توسط یک کپسول (نوع مبدل) بسته به نوع میکروفون متفاوت است. کپسول میکروفون برای شخصیت و صدای میکروفون بسیار مهم است. طراحی کپسول بر روی مشخصات زیر تاثیرگذار است:

• پاسخ فرکانسی(Frequency response)
• پاسخ گذرا(Transient response)
• الگوی قطبی(Pollar pattern)
• اثر مجاورتی(Proximity effect)
• حساسیت Plosive(حساسیت نسبت به Pop یا حروف صدا دار مانند ‘پ’)

در ادامه به سایر قسمت های موجود در کپسول های انواع مختلف میکروفون می پردازیم.

آناتومی کپسول میکروفون

آناتومی و ساختار کپسول میکروفون به نوع میکروفون مورد نظر بستگی دارد. به طور کلی، 2 نوع میکروفون وجود دارد:

• میکروفون های کاندنسر(Condenser microphones): میکروفون های کاندنسر دارای کپسول های خازن مانند هستند و به طور کلی به دو دسته میکروفون های کاندنسر دیافراگم کوچک و دیافراگم بزرگ تقسیم می شوند.
• میکروفون های داینامیک(Dynamic microphones): میکروفون‌های داینامیک شامل میکروفون‌های داینامیک با سیم پیچ متحرک (با کپسول‌های سیم پیچ متحرک مقاوم) و میکروفون‌های داینامیک ریبون (با کپسول هایی که با نام baffle شناخته می‌شوند).

در ادامه با نحوه کارکرد هرکدام از این میکروفون ها آشنا می شویم:

کپسول میکروفون کاندنسر

وقتی موزیسین ها، مهندسین صدا و علاقه مندان صدا درباره کپسول ها صحبت می کنند، صحبت آنها اغلب در مورد کپسول های میکروفون کاندنسر و به طور دقیق تر، در مورد کپسول میکروفون های کاندنسر دیافراگم بزرگ است. کپسول های میکروفون کاندنسر انرژی را از طریق اصول الکترواستاتیکی تبدیل می کنند. طراحی یک کپسول کاندنسر ساده به صورت یک خازن دایره ای با دو صفحه موازی(parallel-plate) است. دو قسمت کلیدی و مهم هر کپسول کاندنسر، دیافراگم متحرک یا صفحه جلویی و صفحه شامل دیافراگم و back-plate یا صفحه ثابت پشت دیافراگم است. یک حلقه کششی نیز درون محفظه کپسول تعبیه شده است که هم دیافراگم نازک را در جای خود نگه می دارد و در عین حال کشش مناسب را نیز روی دیافراگم ایجاد می کند.

یک فضای خالی نیز بین صفحات کپسول وجود دارد. در نهایت، الکترودها به دیافراگم و back-plate متصل می‌شوند تا سیگنال دیجیتال میکروفون را تولید کنند. بنابراین، در مجموع، آناتومی کپسول میکروفون کاندنسر شامل موارد زیر است:

• دیافراگم (صفحه جلویی)
• صفحه پشتی ثابت
• حلقه کششی
• محفظه کپسول
• الکترودها

تفاوت های مهم بین انواع مختلف کپسول میکروفون کاندنسر

• دیافراگم بزرگ و دیافراگم کوچک
• Pressure و Pressure-gradient
• Electret و Non-electret
• Edge-terminated و Centre-Terminated
• تک دیافراگم و دو دیافراگم

دیافراگم بزرگ و دیافراگم کوچک

تقاوت اصلی بین کپسول های کاندنسر دیافراگم بزرگ (LDC) و دیافراگم کوچک (SDCs) قطر دیافراگم آنها است. کپسول های دیافراگم بزرگ معمولا دارای قطر دیافراگم 1 اینچ (25.4 میلی متر) یا بیشتر هستند. در مقابل، کپسول های دیافراگم کوچک معمولا دارای قطر دیافراگم 1/2 اینچ (12.7 میلی متر) یا کمتر هستند.

ممکن است این سوال برای شما پیش بیاید که  میکروفون هایی با قطر دیافراگم بین 1/2 اینچ و 1 اینچ در کدام دسته قرار می گیرند؟ در طول تاریخ میکروفون‌ها، پروتکل‌های ساخت کپسول میکروفون به گونه ای طراحی شده اند تا تمامی کپسول ها در محدوده بالای یک اینچ و زیر 1/2 اینچ قرار بگیرند، بنابراین تعداد میکروفون هایی که کپسولی با اندازه ای خارج از این محدوده دارند انگشت شمار است. برای این دسته از میکروفون ها، معمولا اگر اندازه دیافراگم به 1 اینچ نزدیکتر باشد دیافراگم بزرگ و یا اگر به 1/2 اینچ نزدیکتر باشد دیافراگم کوچک شناخته می شوند و ویژگی های آن دسته را به ارث می برند.

تقاوت های کپسول کاندنسر دیافراگم بزرگ و کوچک

کپسول میکروفون کاندنسر Pressure و Pressure-Gradient

Pressure و Pressure-Gradient دو اصل آکوستیکی هستند نقش مهمی در زمینه کپسول های میکروفون دارند. میکروفون های Pressure دارای دیافراگم هایی هستند که فقط از یک طرف در برابر فشار صوتی خارجی (امواج صوتی) باز هستند. قسمت پشتی دیافراگم میکروفون pressure در داخل یک محفظه در کپسول میکروفون تحت فشار ثابتی قرار می گیرد. میکروفون های Pressure-Gradient دارای دیافراگم هایی هستند که از هر دو طرف در برابر فشار صدای خارجی باز هستند و تحت تاثیر امواج صوتی قرار می گیرند. دیافراگم ها نه تنها در واکنش به تغییرات فشار صدا در طرف جلویی خود، بلکه در واکنش به تغییرات فشار صدا در سمت پشتی خود نیز حرکت می کنند.

کپسول‌های Pressure-Gradient دارای back-plateهای سوراخ‌دار و مسیرهای صوتی در محفظه‌شان هستند تا فشار صوت علاوه بر قسمت جلویی، روی قسمت پشتی دیافراگم‌هایشان نیز اعمال شود.

تقاوت های کپسول کاندنسر Pressure و Pressure-Gradient

کپسول میکروفون کاندنسر Electret و Non-electret

میکروفون های Non-electret برای کار با مبدل های امپ/امپدانس داخلی و کپسول های خود به برق خارجی نیاز دارند. از سوی دیگر، میکروفون های Electret برای استفاده از کپسول های خود نیازی به برق خارجی ندارند. کپسول‌های میکروفون Electret همانطور که از نامش پیداست با مواد Electret ساخته می شوند. سه نوع اصلی کپسول میکروفون Electret وجود دارد:

• Foil/diaphragm electret: دیافراگم از فیلم Electret ساخته شده است. این نوع از Electret ارزان ترین، رایج ترین و کم کیفیت ترین نوع Electret است. دیافراگم این دسته از کیفیت بسیار پایینی برخودار هستند.
• Back electret: در این نوع، فیلم Electret روی back-plate ثابت کپسول میکروفون اعمال می شود. دیافراگم در این دسته فاقد هر گونه مواد Electret است.
• Front electret: صفحه پشتی یا back-plate معمول از طرح کپسول حذف شده و به سادگی با سطح داخلی کپسول جایگزین می شود. یک فیلم Electret در قسمت پشتی دیافراگم اعمال می شود.

فناوری میکروفون Electret به جایی رسیده است که واقعا تفاوت زیادی بین صدای یک میکروفون کاندنسر Electret و Non-electret وجود ندارد. تفاوت اصلی وجود یا عدم وجود مواد electret در کپسول است. با این وجود بسیاری از تولیدکنندگان برتر میکروفون مانند Neumann همچنان به کپسول‌های کاندنسر non-electret وفادار مانده اند.

کپسول میکروفون کاندنسر Edge-terminated و Centre-Terminated

در کپسول های Edge-terminated سیم حامل الکترود که ولتاژ AC را به مدارهای اصلی میکروفون متصل می کند، به لبه کپسول متصل است، در حالی که در کپسول های Centre-Terminated این سیم به وسط دیافراگم کپسول متصل شده است.

تقاوت های کپسول کاندنسر Edge-terminated و Centre-Terminated

کپسول میکروفون کاندنسر تک دیافراگم و دو دیافراگم

کپسول های میکروفون کاندنسر تک دیافراگمی بسیار ساده هستند. آنها یک دیافراگم، یک Back-plate، محفظه و termination دارند. کپسول های کاندنسر تک دیافراگمی محدود به الگوهای قطبی omnidirectional و unidirectional هستند. الگوهای bidirectional واقعی به دلیل ماهیت Back-plate کپسول قابل دستیابی نیستند.

کپسول های میکروفون کاندنسر دو دیافراگمی را می توان با Back-plateهای مشترک یا جداگانه ساخت. Back-plateهای مشترک نیاز به تنظیم یک شکل و دقیق دو دیافراگم دارند. توجه به این نکته ضروری است که کپسول های دو دیافراگمی فقط در میکروفون های side-address کار می کنند. کپسول های کاندنسر دو دیافراگمی امکان ساخت میکروفون های multi-pattern را فراهم می کنند که شامل تعداد زیادی از میکروفون های کاندنسر پیشرفته و محبوب می شود.

کپسول میکروفون داینامیک کویل متحرک(Moving-Coil)

میکروفون‌های داینامیک با سیم‌پیچ متحرک مانند کپسول های کاندنسر دارای کپسول‌هایی هستند که معمولا دارای دیافراگم‌های دایره‌ای شکل هستند. با این حال از آنجایی که این میکروفون ها داینامیک هستند، کپسول های آنها بر اساس اصول الکترومغناطیس کار می کنند. تبدیل انرژی در کپسول های داینامیک از طریق القای الکترومغناطیس صورت می گیرد. کپسول های میکروفون داینامیک بعضا به عنوان کارتریج(cartridge) نیز شناخته می شوند.

کپسول میکروفون داینامیک Shure SM57

آناتومی کپسول میکروفون داینامیک

• دیافراگم (صفحه جلویی)
• سیم پیچ رسانا (به دیافراگم متصل شده است)
• آهن ربا
• حلقه کششی(Tensioning ring)
• محفظه کپسول
• سیم های رابط

به طور کلی سیم پیچ متحرک سیم رسانا به قسمت پشتی دیافراگم غیر رسانا متصل می شود. دیافراگم کشیده شده و با استفاده از حلقه کششی به محفظه کپسول متصل می شود. سیم پیچ متحرک رسانای استوانه ای در یک فضای کوچک با استفاده از آهنربا به صورت معلق قرار می گیرد. یک سیم رابط الکتریکی به هر دو طرف سیم پیچ رسانا متصل می شود. با حرکت دیافراگم مطابق امواج صوتی اطرافش، سیم پیچ متحرک نیز حرکت می کند. همانطور که سیم پیچ رسانا در میدان مغناطیسی حرکت می کند، یک ولتاژ AC از طریق القای الکترومغناطیسی در سراسر سیم پیچ تولید می شود. این ولتاژ AC که به عنوان سیگنال میکروفون شناخته می شود از طریق سیم های رابط منتقل می شود.

همانند کپسول های کاندنسر، کپسول های داینامیک نیز می توانند pressure یا pressure-gradient و همچنین دیافراگم بزرگ یا کوچک باشد (اگرچه اندازه دیافراگم در میکروفون های داینامیک به اندازه کاندنسر دارای اهمیت نیست).

Baffleهای میکروفون ریبون

میکروفون های ریبون از نظر فنی دارای کپسول نیستند. در عوض، مکانیزمی که در یک میکروفون ریبون امواج صوتی را به سیگنال‌های میکروفون تبدیل می‌کند، بافل نامیده می‌شود.

Baffleهای میکروفون ریبون

آناتومی بافل میکروفون ریبون

• دیافراگم رسانا ریبون
• آهن ربا
• اتصالات ریبون
• محفظه
• سیم های سیگنال

هیچ پوشش بیرونی برای بافل یک میکروفون ریبون وجود ندارد. به همین دلیل است که از آن به عنوان یک کپسول یاد نمی شود. دیافراگم نازک ریبون به صورت طولی بین دو آهنربا با قطب های مخالف به صورت معلق قرار گرفته و انتهای آن به ساختار محفظه/مغناطیسی متصل می شود. دیافراگم ریبون خود رسانا است، بنابراین با حرکت در میدان مغناطیسی، ولتاژی در سراسر آن از طریق القای الکترومغناطیسی تولید می شود. سیم های سیگنال موجود در دو طرف ریبون سیگنال های میکروفون را منتقل می کنند.

3 کپسول میکروفون محبوب

همانطور که گفته شد، وقتی از کپسول های میکروفون صحبت می کنیم، معمولا در مورد کپسول های میکروفون کاندنسر با دیافراگم بزرگ صحبت می کنیم. این حوزه جایی است نقطه تمرکز فناوری تولید کپسول است و تغییرات اندک بیشترین تفاوت ها را ایجاد می کند. تنوع در کپسول های میکروفون داینامیک، انتخاب یک کپسول به عنوان محبوب ترین کپسول را دشوار می کند. با این وجود به احتمال زیاد کپسول‌های میکروفون های Shure SM57 و SM58 از محبوب ترین کپسول ها در دنیای میکروفون های داینامیک هستند، زیرا سایر میکروفون ها تلاش در بازسازی آنها را دارند.

همانند کپسول های داینامیک، کپسول های کاندنسر دیافراگم کوچک نیز محبوبیت چندانی نسبت به نمونه های دیافراگم بزرگ ندارند. بنابراین، از بین تمام کپسول‌های میکروفون با دیافراگم بزرگ در جهان، تعداد کمی از آنها دارای طراحی منحصر به فرد خود هستند و بخش زیادی از کپسول ها کپی شده‌ یا الهام گرفته شده از 3 کپسول افسانه‌ای زیر هستند:

The AKG CK12

AKG CK12 در سال 1951 طراحی شد و اولین بار در سال 1953 در قالب میکروفون تاریخی و افسانه ای C12 کمپانی AKG به بازار عرضه شد. این کپسول از زمان عرضه تاکنون بارها توسط تولیدکنندگان میکروفون مختلف، توسعه و بهبود یافته است. CK12 یک کپسول میکروفون کاندنسر دیافراگم بزرگ است. CK12 دارای دیافراگم دوگانه است که قابلیت استفاده از چندین الگوی قطبی مختلف(multi-pattern) را برای این کپسول ایجاد می کند. در واقع، بسیاری از میکروفون‌هایی که از کپسول CK12 استفاده می‌کنند، دارای 9 الگوی قطبی قابل انتخاب هستند، از جمله الگوهای قطبی رایج omnidirectional و cardioid و الگوهای bidirectional.

کپسول میکروفون CK12 و میکروفون AKG C414

دیافراگم CK12 از نوع Edge-terminated هستند، به این معنی که الکترودها به جای مرکز دیافراگم از لبه دیافراگم خارج می شوند. کپسول‌های Edge-terminated، مانند CK12، به دلیل low-frequency cutoff پایین‌تر، از low-end بهبود یافته بهره می‌برند. در عوض حساسیت کپسول نسبت به Pop و حروف صدا دار و low-end rumble افزایش پیدا می کند.

در مجموع، low-end صاف CK12 بر حساسیت افزایش یافته آن غلبه می کند. علاوه بر این، هر دیافراگم دارای backplate مخصوص به خود است. صفحات پشتی CK12 صفحاتی با رزونانس نامتقارن جداگانه‌ هستند که میدرنج زیبا و Flat و همچنین افزایش 10-12 کیلوهرتز حساسیت را ایجاد می کنند.

The Neumann K47

Neumann K47 در سال 1958 به عنوان جایگزینی برای کپسول M7 در بسیاری از میکروفون های Neumann (به ویژه U47) توسعه یافت. این کپسول میکروفون کاندنسر دیافراگم بزرگ از زمان عرضه به شهرت زیادی رسیده است و بارها و بارها توسط بسیاری از کمپانی های تولیدکننده میکروفون کپی شده و در میکروفون های زیادی مورد استفاده قرار گرفته است. کپسول K47 دارای 2 دیافراگم 6 میکرونی از جنس Mylar با روکش طلا است. این دیافراگم ها دلیل multi-pattern بودن میکروفون K67 بودند. اکثر میکروفون هایی که از کپسول K47 استفاده می کنند دارای الگوهای قطبی omnidirectional و cardioid و bidirectional هستند.

کپسول میکروفون K47 و میکروفون Neumann TLM 49

بر خلاف CK12، کپسول K47 از نوع Centre-Terminated است. این موضوع به این معنی است که سیم الکترودها به مرکز دیافراگم متصل شده است. این ویژگی موجب پاسخ فرکانسی بهتر در فرکانس‌های بالا را به همراه low-end frequency cutoff بالاتر می شود. برخلاف دو کپسول محبوب دیگر، K47 دارای یک backplate مشترک برای هر دو دیافراگم است. با این حال، این ویژگی چالش‌هایی را در زمینه تنظیم دیافراگم ها به همراه داشت. اگر دیافراگم ها به یک اندازه کشش نداشته باشند، تاثیر منفی بر روی الگوهای Figure-8 و omnidirectional کپسول می گذارد. K47 به خاطر داشتن low-mids های نرم و نداشتن high-end پیک از محبوب ترین کپسول های موجود است.

میکروفون Neumann TLM 49 Studio Set از جمله میکروفون هایی است که از این کپسول استفاده می کند.

The Neumann K67

کمپانی Neumann کپسول K67 را در سال 1960 به عنوان یک نسخه بهبود یافته کپسول موفق K47 با backplate دوگانه توسعه داد. این کپسول میکروفون کاندنسر دیافراگم بزرگ رایج ترین کپسول کپی شده در جهان است. مانند کپسول CK12، کپسول K67 دارای دو backplate(یکی برای هر یک از دیافراگم های آن) است. دو backplate متقارن K67 از برنج ساخته شده اند (برخلاف CK12 دارای رزونانس زیادی نیستند). این به K67 یک پیک محدودتر در فرکانس های بالا در حدود 12-13 کیلوهرتز می دهد (به جای پیک وسیع تر 10-12 کیلوهرتز CK12).

کپسول میکروفون K67 و میکروفون Neumann U 87 Ai

مانند K47، کپسول K67 نیز Centre-Terminated است. این ویژگی top-end و low-midها را صاف می کند و برخی از فرکانس های low-end صدای کپسول را Roll Off می کند. K67 به خاطر پیک مشهور خود در حدود 5 کیلوهرتز شناخته شده است که به طرز باورنکردنی برای وکال مناسب است. قطر دیافراگم K67 حدود 1 اینچ است که 0.9 اینچ آن با طلا پوشیده شده است.

میکروفون Neumann U 87 Ai Studio Set مطرح ترین و مهم ترین میکروفونی است که از کپسول K67 کمپانی Neumann استفاده می کند.

نتیجه گیری

اگر قصد اضافه کردن یک میکروفون به تجهیزات استودیویی یا تجهیزات اجرای زنده خود را دارید، در مرحله اول بهتر است تا نیازهای خود و انتظاراتی که از یک میکروفون دارید را مشخص کرده و سپس با توجه با آنها میکروفون مناسب خود را انتخاب کنید. اگر در یک فضای مناسب از نظر آکوستیکی هستید و الویت اول شما رکورد وکال های گرم و زیبا به بهترین شکل و با بالاترین کیفیت است، بهتر است به سراغ میکروفون های کاندنسر دیافراگم بزرگ بروید. در صورتی که هدف شما رکورد صدای سازهای مختلف با بالاترین دقت و بدون هیچگونه اغراق و تحریف در صدا است، بهتر است به سراغ میکروفون های کاندنسر دیافراگم کوچک بروید. اگر قصد استفاده از میکروفون برای اجراهای زنده در فضاهای باز و نامناسب از نظر آکوستیکی را دارید، بهتر است به سراغ میکروفون های داینامیک بروید. برای استریم، پادکست و تولید محتوای آنلاین نیز، بسته به فضایی که در آن هستید و نوع محتوای خود می توانید از هر دو نوع میکروفون ها استفاده کنید.