Mikrofonowe techniki stereo w małym studiu
Mikrofonowe techniki stereo w małym studiu

Dokonywanie nagrań stereofonicznych w warunkach niewielkiego studia nagrań nie jest rzeczą łatwą, ale nie jest też niemożliwe do wykonania. Na rynku znajdziemy szereg mikrofonów w relatywnie niskiej cenie, które można do takich nagrań wykorzystać.

Technologia
Tomasz Wróblewski
2021-07-05

Powinny to być dwa mikrofony pojemnościowe o szerokim paśmie przenoszenia i możliwości zmiany charakterystyki kierunkowej, co najmniej z opcją wyboru nerkowej, dookolnej i ósemkowej. Na przykład takie, jak wykorzystane tu Audio-Technica AT2050.

Charakter charakterystyk mikrofonów

Typowy mikrofon pojemnościowy bazuje na kapsule kondensatorowej, w której jedną okładziną jest drgająca pod wpływem zmian ciśnienia dźwięku membrana, a drugą elektroda stała, tzw. backplate. Membrana wykonana jest najczęściej z poliestru (zwykle jest to tworzywo o nazwie handlowej Mylar) o grubości kilku-kilkunastu mikronów, powleczonego warstwą metalu, przeważnie złota, o grubości molekularnej. Elektroda stała ma w regularny sposób nawiercone otwory lub wyfrezowane wgłębienia. Znajdujące się w nich powietrze działa jako tłumik rezonansu własnego membrany, który często ma miejsce w okolicach 8-12 kHz lub 4-6 kHz dla mikrofonów wielkomembranowych. Jeśli otwory elektrody stałej przechodzą na wylot, wtedy służą one do wyrównania ciśnień między przednią a tylną częścią membrany, a ich rozmieszczenie oraz ogólna powierzchnia determinują w równym stopniu charakterystykę częstotliwościową jak i kierunkową.

Gdy elektroda stała nie ma otworów przechodzących przez cały jej przekrój, za membraną znajduje się swego rodzaju poduszka powietrzna, a cała kapsuła pracuje ciśnieniowo. Wykazuje się przy tym w przybliżeniu jednakową czułością na dźwięki dochodzące do niej ze wszystkich kierunków. W tym względzie dużo będzie zależeć od częstotliwości i gabarytów samej kapsuły jak i mikrofonu, w którym ją zainstalowano. Niemniej, w przypadku ciśnieniowej pracy kapsuły możemy mówić o charakterystyce wszechkierunkowej, czyli dookolnej.

Audio-Technica AT2050

AT2050 jest mikrofonem pojemnościowym zasilanym napięciem fantomowym +48V, oferującym przełączane charakterystyki – nerkową, ósemkową i dookolną – a także 10-decybelowy tłumik poziomu sygnału i filtr górnoprzepustowy. Te dwa ostatnie mają zastosowanie głównie przy bliskim omikrofonowaniu źródeł dźwięku, zatem przy ujęciach stereo, gdzie odległość często przekracza 1 metr, zwykle z nich nie korzystamy.

Z użytkowego punktu widzenia duże znaczenie ma to, że wraz z mikrofonem otrzymujemy uchwyt elastyczny. Jego głównym zadaniem jest redukcja drgań podakustycznych przenoszonych z podłoża, ale jednocześnie ułatwia on ustawienie mikrofonu pod odpowiednim kątem względem źródła.

Swego rodzaju przeciwieństwem pracy w trybie ciśnieniowym jest praca w trybie gradientowym. W tej konfiguracji, membrana z obu stron „widzi” to samo środowisko, a najlepszym jej przykładem jest mikrofon wstęgowy. Ruch wstęgi, czyli membrany w mikrofonie wstęgowym, jest efektem różnicy ciśnień między przodem a tyłem membrany. Taki mikrofon będzie miał klasyczną charakterystykę ósemkową, reagując na dźwięki z przodu i z tyłu mikrofonu, niemal zupełnie ignorując dźwięki dochodzące z boku. Realizacja takiej koncepcji kapsuły z wykorzystaniem mikrofonu pojemnościowego jest trudna, choć możliwa i przejawia się pod postacią tzw. pojemnościowej kapsuły symetrycznej w mikrofonach Sennheiser MKH 40 czy Shoeps MK 6. Membrana znajduje się tam pomiędzy dwiema elektrodami stałymi, choć jedna z nich ma za sobą odpowiednio strojoną komorę dla uzyskania charakterystyki nerkowej w MKH 40 lub zmiennej w MK 6.

W przypadku mikrofonów pojemnościowych zwykle mamy do czynienia z połączeniem oddziaływania ciśnieniowego i gradientowego, stąd nazwa mikrofonów – ciśnieniowo-gradientowe. Większa lub mniejsza „otwartość” tylnej części membrany na środowisko determinuje charakterystykę – od wszechkierunkowej do nerkowej.

Zmiana kierunkowości mikrofonu

Wygląda na to, że zmiana charakterystyki kierunkowej powinna być dokonywana w sposób mechaniczny, ale w rzeczywistości zostało to zrealizowane w raptem kilku mikrofonach. Pierwszym jest Electro-Voice Variable-D (skądinąd dynamiczny), a drugim wspomniany Shoeps MK 6. Na ogół charakterystykę kierunkową kształtuje się elektronicznie na dwa sposoby. Pierwszy to zastosowanie dwóch kapsuł nerkowych ustawionych tyłem do siebie. Drugi polega na użyciu kapsuły dwumembranowej ze wspólną elektrodą stałą (konfiguracja Braunmühla-Webera) – taki też zastosowano w przypadku AT2050.

Zobacz także test wideo:
EVE Audio SC4070 - aktywne monitory główne
EVE Audio SC4070 - aktywne monitory główne
SC4070 to monitory dla bardzo wymagających realizatorów, którzy cenią sobie neutralny brzmieniowo odsłuch o dużych możliwościach w zakresie dynamiki. Świetnie radzą sobie zarówno z materiałem surowym, bez kompresji, jak i silnie nasyconym, z poziomem LU dochodzącym do -7 dB, tak jak ma to miejsce w przypadku wielu utworów na Spotify. To sprawia, że można z nich korzystać także w pracowniach masteringowych, nie wspominając już o studiach produkcyjnych i postprodukcyjnych. Wprawdzie nie są tanie, ale w przypadku narzędzi dla profesjonalistów to rzecz oczywista.

Zmiany charakterystyki w mikrofonach zasilanych napięciem fantomowym +48 V z zewnątrz, dokonuje się poprzez zmianę polaryzacji obu „stron” tworzących kapsułę. Spójrzmy na znajdujące się obok zdjęcia kapsuły użytej w AT2050. Jej prawa część jest stale polaryzowana jednakowym napięciem, podczas gdy kapsuła lewa ma przełączane napięcie polaryzacji. Gdy jest ono wyłączone, cały mikrofon ma charakterystykę nerkową. Gdy jest takie same jak w przypadku kapsuły prawej, charakterystyka całego mikrofonu jest wszechkierunkowa (dookolna). Natomiast gdy lewa kapsuła polaryzowana jest takim samym napięciem, ale o przeciwnym zwrocie, wówczas mikrofon działa jako ósemkowy.

Uwaga!

Należy pamiętać, że zarówno włączenie napięcia polaryzacji (fantomowego) jak i przyłączanie charakterystyk kierunkowych powoduje naładowanie kondensatora tworzonego przez kapsułę i gwałtowny skok napięcia na wyjściu mikrofonu – od bardzo małego do bardzo dużego, w praktyce 48 V. Sytuacja ta zawsze wywołuje stuk o bardzo destrukcyjnym charakterze, ponieważ jest on wzmocniony co najmniej 40 dB przez kolejne układy toru sygnałowego. Bardzo często kończy się to nieciekawie dla wzmacniaczy, monitorów i słuchawek.

Koincydencyjnie

W praktyce studyjnej i w warunkach niewielkich studiów projektowych wykorzystujemy dwie podstawowe techniki omikrofonowania stereo: z użyciem pary koincydencyjnej oraz pary separowej (np. NOS, ORTF czy AB). Para koincydencyjna bazuje na założeniu, że obie kapsuły znajdują się na tyle blisko siebie, by wyeliminować istotne różnice w czasie dochodzenia do nich dźwięku z tego samego źródła. W tym przypadku zgodność fazowa zostanie zachowana do częstotliwości, której ćwierć długości fali jest porównywalna z odległością między akustycznymi środkami kapsuł. Powyżej tej częstotliwości zgodność fazowa jest wątpliwa. Zakładając, że odległość ta będzie wynosić 2,5 cm, taką częstotliwością graniczną będzie 3,4 kHz. Można przyjąć, że jest to wystarczająco duża częstotliwość, aby nie zakłócić percepcji monofonicznej, a w konsekwencji zapewnić spójny fazowo odsłuch częstotliwości środkowych i niskich.

W praktyce parę koincydencyjną otrzymamy stosując techniki X-Y lub Mid-Side. W pierwszym przypadku dwa mikrofony umieszczamy w osi, jeden nad drugim, z płaszczyznami kapsuł odchylonymi względem siebie o 90 stopni (patrz zdjęcie obok). Pomiędzy mikrofonami warto umieścić element izolujący, np. krążek z neoprenu lub filcu, aby ich korpusy nie stykały się bezpośrednio. W obu włączamy charakterystykę nerkową, a cała para powinna być ustawiona na wprost źródła dźwięku.

Kapsuła zastosowana w Audio-Technica AT2050 jest dwumembranowa, ze wspólną elektrodą stałą i dwiema membranami. Jest to tzw. konfiguracja Braunmühla-Webera, którą po raz pierwszy wykorzystano w mikrofonach firmy AKG, a której uproszczony schemat znajduje się obok (opis w tekście).

Tą metodą otrzymujemy nagranie spójne przestrzennie, z pełną kompatybilnością mono i wiarygodną, choć nieprzesadnie szeroką stereofonią. Z techniki tej warto skorzystać, gdy nagrywamy w niezbyt atrakcyjnym akustycznie wnętrzu. Jego odpowiedź częstotliwościowa nie ma wówczas dla nas większej wartości i na dalszym etapie produkcji planujemy dodać do nagrania przestrzeń wykreowaną procesorami pogłosowymi. Materiał stereofoniczny pozyskany w wyniku nagrania techniką X-Y jest znakomitym źródłem sygnału dla wtyczek z pogłosem algorytmicznym i splotowym. Ponadto mikrofony nie zajmują zbyt dużo miejsca, a konfigurację można zestawić bez żadnych specjalnych narzędzi (wyłączając wspomnianą wyżej przekładkę izolacyjną).

Mid-Side

Opracowana przez Alana Blumleina technika Mid-Side, pod względem samej konfiguracji bardzo przypomina X-Y i jest równie łatwa do realizacji w warunkach domowego studia. Co więcej, mając do dyspozycji takie mikrofony jak nasze przykładowe AT2050, możemy pokusić się o szereg różnego typu eksperymentów brzmieniowych w zakresie brzmienia i przestrzenności. I jakby tego było mało, możemy to robić już po dokonaniu nagrania! Z tego właśnie względu technika Mid-Side jest szczególnie polecana w przypadku niewielkich lub wręcz domowych studiów nagrań, jako bardzo efektywna i elastyczna sonicznie.

Materiał nagrany dwukanałowo w trybie Mid-Side poddany matrycowaniu do trybu stereo. Szczegółowy opis przeprowadzenia tego typu obróbki zamieszczamy wśród materiałów dodatkowych towarzyszących temu numerowi EiS, dostępnych na stronie www.media.avt.pl.

Do jej realizacji konieczny jest jeden mikrofon o charakterystyce ósemkowej; drugi może mieć charakterystykę dowolną, choć najlepiej sprawdza się nerkowa. Fizyczne ustawienie mikrofonów jest niemal identyczne jak w przypadku techniki X-Y. Jedyna różnica polega na ich kącie względem źródła dźwięku. Ten, który ma włączoną charakterystykę ósemkową, powinien być umieszczony bokiem. Z kolei drugi mikrofon, na początku załóżmy, że z charakterystyką nerkową, powinien być skierowany wprost na źródło. Ten pierwszy będzie dostarczał sygnał boczny (Side), a drugi sygnał środkowy (Mid).
Po nagraniu dźwięku z obu tych mikrofonów zauważymy, że jest on zróżnicowany nie tylko brzmieniowo, ale też amplitudowo – boczny będzie zdecydowanie cichszy od środkowego. Nie ma więc mowy o standardowym panoramowaniu tych sygnałów w trybie lewo-prawo. Tutaj potrzebny jest dodatkowy zabieg, określany mianem matrycowania Mid-Side/Stereo. Sprowadza się on do tego, że sygnał Mid umieszczamy centralnie na środku panoramy, by z jednakowym poziomem był słyszalny w kanałach lewym i prawym. Z kolei sygnał Side rozdzielamy na dwa tory – jeden kierując do kanału lewego, a drugi do prawego, na jednym z nich zmieniając biegunowość.

Cała magia polega tutaj na właściwościach charakterystyki ósemkowej. Gdy do jednej i drugiej strony mikrofonu dociera dźwięk o jednakowym ciśnieniu i częstotliwości, wówczas na wyjściu takiego mikrofonu nie ma żadnego sygnału. Na membrany kapsuły ósemkowej wywierany jest jednakowy nacisk z obu stron, zatem nie będą się one poruszać. Sygnał ten pojawi się wtedy, gdy ciśnienia lub częstotliwości po obu stronach „ósemki” będą różne. I to właśnie te różnice tworzą tzw. składową boczną, nazywaną też różnicową, i są elementami kreującymi przestrzenność dźwięku. Jeśli teraz go rozdzielimy po to, aby skierować do przeciwstawnych kanałów – na jednym odwracając biegunowość dla wyodrębnienia różnic odnoszących się do sygnału wspólnego – wówczas uzyskamy sygnał stereo.

A jaka rolę pełni mikrofon Mid? Ujmuje on sygnał wspólny dla obu kanałów, czyli ten, którego praktycznie nie wychwytuje mikrofon ósemkowy. Charakterystyka kierunkowa mikrofonu Mid będzie determinowała udział akustyki pomieszczenia w sygnale wspólnym. W przypadku nerki, będzie on stosunkowo niewielki. Gdy użyjemy ósemki, wtedy w składowej Mid pojawi się dużo sygnału zza mikrofonu, odbitego od tylnej ściany. Jeśli natomiast będzie to charakterystyka dookolna, wtedy sygnał wspólny dla obu kanałów będzie zawierał dźwięki docierające do mikrofonu Mid ze wszystkich kierunków, co zmniejszy efekt przestrzenności. Praktyka podpowiada, że w niewielkich obiektach najlepsze efekty uzyskamy używając charakterystyki nerkowej. Nic jednak nie stoi na przeszkodzie, by poeksperymentować z innymi.

Postprodukcja

Kolejną korzystną właściwością rejestracji w trybie Mid-Side jest możliwość kształtowania przestrzeni już po nagraniu. Zmieniając proporcje między sygnałami Mid i Side zawężamy lub poszerzamy przestrzeń – od skrajnie monofonicznej po ekstremalnie szeroką, ale wciąż zgodną fazowo. Inne zabiegi aplikowane do składowych Mid i Side to np. kompresja (wyeksponowanie cichszych sygnałów w obrazie przestrzennym), korekcja (chirurgiczne wycinanie rezonujących częstotliwości w sygnale wspólnym bez naruszania przestrzenności) itd.

Możliwości, jakie się przed nami otwierają przy wykorzystaniu techniki Mid-Side są niesamowite. Dlatego weź pod ją uwagę, gdy następnym razem będziesz chciał nagrać np. partię gitary akustycznej, uzupełniając materiał o sygnał np. bezpośrednio z przystawek piezo. Efekty mogą się okazać wyjątkowo interesujące.

Artykuł pochodzi z
Nowe wydanie Estrada i Studio
Estrada
i Studio
maj 2021
Kup teraz
Star icon
Produkty miesiąca
MIPRO MI 58 — cyfrowy system bezprzewodowy IEM
Close icon
Poczekaj, czy zapisałeś się na nasz newsletter?
Zapisując się na nasz newsletter możesz otrzymać GRATIS wybrane e-wydanie jednego z naszych magazynó
Copyright © AVT 2020 Sklep AVT