О микрофонах и шумах

   Нередко в разговорах, в сетевых конференциях и различных форумах всплывает тема чрезмерно высокого уровня шумов. Причём - чаще всего в повышенном уровне шума при звукозаписи винят микрофонные предусилители.
    Безусловно, низкокачественные и шумящие "шедевры аппаратостроения" встречаются не так уж и редко, особенно в дешёвых изделиях. И получив в результате своей работы запись с микрофона с явно завышенным уровнем шума, чаще всего все дружно начинают в этом обвинять электронику - мол, вот если б у меня был (SSL, Neve, API и др. - нужное подчеркнуть, или дописать :) ), вот тогда - ДА!!!
   В такие моменты невольно вспоминается песня незабвенного Г.Сукачёва про сантехника, помните? "Сидит сантехник на крыше... Вот мне бы водные лыжи... Вот я бы точно тогда!.. " :о))
    А давайте подумаем, посмотрим и немного посчитаем - так ли тут всё просто и очевидно?
(Сразу оговоримся, что речь идёт именно о шумах, т.е. о том мешающем звуке в записи, который воспринимается как шипение. Всё остальное - фон, наводки, различного рода акустические помехи от вентиляции, соседей, машин, и т.п. - это уже тема другого разговора.)
   Итак...
Для начала - вспомним основы электроники и немного физики. Как известно, ничего нешумящего просто не существует. Шумят транзисторы, лампы, резисторы, да и просто провода.
    Да-да, это не сказка и не легенда! Как молекулы газа всегда находятся в хаотическом движении, так и электроны в проводнике точно также всегда находятся в движении, и именно оно вызывает в любом токопроводящем элементе ЭДС шума.
   Величина этой ЭДС зависит от температуры и сопротивления, и описывается известной формулой, показанной на рис.1.


Рис.1

В этой формуле:
К - постоянная Больцмана, K= 1.38 x 10 -23 Дж/Кулон;
Т - абсолютная температура (в градусах Кельвина);
R - сопротивление проводника (в омах),
Df - ширина полосы частот, в которой нас этот шум интересует.

   Для практических расчётов - в звуковом диапазоне и при комнатной температуре - эту формулу можно преобразовать к более удобоваримому виду, показанному на рис.2:


Рис.2

    В этой формуле величина R - также в омах.
Здесь вычисленная величина шумов будет измеряться в микровольтах.

Или в децибелах dbu=(-152,7дб) + 10logR , где R - тоже в омах.

    Таким образом, чисто тепловые шумы одиночного резистора с сопротивлением в 1кОм в звуковой полосе составляют при комнатной температуре примерно 0,57 мкВ, или (-122,7дБ).
Для 47 кОм эта величина составляет (-106dbu), а для 150 ом всего (-131dbu).
    Казалось бы - ну, и что? На кой чёрт нам все эти премудрости - Больцман, Кельвин?... :)
А вспомните известное выражение - "Нет ничего практичней хорошей теории!" Вот, то-то и оно!
Посмотрите повнимательнее на спецификации микрофонных предусилителей в той их части, которая касается шумовых характеристик. Там, как правило, написано - "измерено при подключении на вход в качестве эквивалента микрофона резистора в 150 Ом".
    Вот вам и первое следствие из "хорошей теории": если шумы самого такого резистора имеют величину в (-131dbu), то - естественно! - шумы предусилителя всегда будут больше, чем (-131dbu). Не забывайте, что ведь и сам усилитель тоже - хоть и немного, но шумит!
    Некоторые же недобросовестные производители пишут и (-132dbu), а почтенная вроде бы фирма Universal Audio - так и вовсе "отмочила", написав аж... 165дБ!!!! И где это, интересно, им удалось такое получить? :) Наверное, в другой галактике, где обычные законы физики не действуют...
    Поэтому - читая спецификации, будьте внимательны! Не исключено, что приводя нереально красивые цифры, вас просто дурят...
Однако, давайте от теории перейдём уже и к практике.
    В разговорах о микрофонах и шумах все почему-то дружно и постоянно забывают о самом микрофоне. И совершенно напрасно!
    Возьмём, к примеру С2000В (этот микрофон не подбирался специально, просто он первый, чьи данные попались под руку).
    *** Sensitivity = 20 mV/Pa
    Вспоминаем, что напряжению в 20 mV соответствует его величина в децибелах (-32dBu), т.е. при звуковом давлении в 1 Па он даёт на выходе сигнал в (-32dBu).
    А как известно, 1 Па - соответствует звуковому давлению в (+94dB). Вычтя второе из первого, получим, что при звуковом давлении в "0dB", т.е. в абсолютной для нашего уха тишине - на выходе микрофона должно быть напряжение в (-126dBu).
    Казалось бы, очень даже неплохо - ведь с его помощью, вроде бы, можно даже услышать неслышимое!
    Вспомните, что звуковое давление в "0dB" - это не полное отсутствие звука, а его физическая величина в 0,00002 Па, которая в акустике условно принята за нулевую "точку отсчёта". Т.е. даже если звук находится на пороге слышимости для человеческого уха, то выходной сигнал микрофона будет находиться на несколько децибел выше входных шумов микрофонного предусилителя, и - по идее - должен бы быть после усиления достаточно отчётливо слышен!
    Но... Это - в идеальном случае, а вот в жизни...
Смотрим на параметры микрофона дальше - и видим строчку, на которую внимание практически никогда не обращается:
    *** Equivalent noise level (CCIR 468-3) = 30 dB
    Ух, ты! А это ещё что такое? :)
Шумы микрофонов, являющихся преобразователями акустических колебаний в электрический сигнал, как и вообще всех преобразователей, удобнее измерять не в вольтах, , в отличие от шумов электронного тракта, а в уровнях самой преобразуемой величины - что мы в данном случае и видим.
    Что же означают эти 30 децибел? А означают они то, что при ПОЛНОМ ОТСУТСТВИИ слышимого ухом звука - на выходе микрофона будет такой же уровень электрического сигнала, который был бы при звуковом давлении аж в 30 dB.
Гм... Звука - нет, а что же это тогда за сигнал такой здоровенный?!
    Да очень просто - ШУМ.
Ещё немного арифметики:
    Вспоминаем, что ранее мы вычислили тот уровень напряжения, который, по идее, должен был бы создавать микрофон при звуковом давлении в "0dB", и эта величина составляла (-126dBu). Теперь добавим к ней этот самый "Equivalent noise level", величиной в 30db, и получим:
    (-126) + (30)= (-94)dbu.
Это - уровень выходного шума самого микрофона.
    Типовой же уровень входных шумов большинства микр. предов составляет величину порядка (-129)...(-126)dBu.
    Т.е. получается, что шумы _только_ микрофона - уже на добрых децибел тридцать БОЛЬШЕ, чем шумы микрофонного предусилителя!
    А поэтому - шумами оного предусилителя можно с абсолютно чистой совестью просто пренебречь, настолько ничтожен их вклад в общий уровень шума.
Неожиданно, правда?... :о))
   Теперь - ещё "до кучи" немного практики.
Открываем "Справочник по акустике" на стр.28, и читаем:
    ***Шёпот средней громкости на расстоянии 1метр -> Уровень громкости 20фон.
Вот же эка незадача! У нас-то везде были децибелы, а тут - какие-то фоны...
Однако, ничего страшного.
    Опять смотрим в параметры микрофона, и видим ещё одну величину:
    ***Equivalent noise level=20 dBA
    При оценке уровня сигнала путём взвешивания его частотных составляющих псофометрическим фильтром с кривой "А" - со вполне достаточной для практики точностью можно считать, что "20 dBA" идентичны уровню громкости в 20 фон.
    И в результате - мы видим, что величины громкости данного шёпота и уровня шума микрофона практически одинаковы.
    А отсюда с грустной очевидностью вытекает тот безрадостный факт, что при попытке сделать такую запись - уровень полезного сигнала и уровень шумов будут, в сущности, почти одинаковы... :(( М-дя....
Безрадостно, однако!
    Конечно, здесь разобран совсем крайний случай, но даже если такой шёпот будет не на расстоянии в метр, а на двадцати сантиметрах, соотношение уровней шумов тракта и полезного сигнала всё же останется недостаточно хорошим.
    С похожей ситуацией сталкиваются очень многие. И, как (надеюсь!) теперь станет понятно, никакими чисто техническими ухищрениями кардинально улучшить ситуацию никак невозможно.
    Наилучший способ - это взять, да и пригласить нормального профессионального диктора, с хорошо поставленным голосом. Но в большом количестве случаев - это, увы, нереально.
    Поэтому единственный вариант - заставить записываемого диктора как минимум хотя бы просто ГОВОРИТЬ, а не шептать себе под нос. А вот если бы ещё и заставить его говорить ГРОМКО! Но - как, собственно, это можно сделать?
    Не секрет, что в тихом помещении - большинство людей чисто инстинктивно начинают говорить и вести себя очень тихо. А помещение, в котором производятся записи - как раз таковым, к несчастью, и является. И с этим ничего не поделаешь...
Но выход, тем не менее, есть.
    Методика: на голову диктору одеваются максимально звукоизолирующие наушники, и голос туда подаётся еле-еле, буквально на пороге слышимости.
    Если есть муз. сопровождение - то ещё лучше, оно заглушит ещё и остатки костной проводимости. Если же никакой фоновой музыки нет и не предвидится, то можно подать в наушники просто шум - например, от неиспользуемого канала, разогнав в нём усиление на максимум.
И ни в коем случае не делать диктору уровень его микрофона в наушниках громче!
    Поскольку такой диктор чаще всего не спец в технике, то скажите ему, что у вас везде всё усиление на максимуме, и что это надо просто ему самому громче говорить.
    Эффект - 100%! :)

Cпециально для сайта SOUNDIFO.ORG         
Автор - Михаил Чернецкий, ака LONG         

Эту статью вы можете обсудить на форуме или прислать свои отзывы и замечания на адрес внизу: