Bölüm 3. Mikrofonlar

Bölüm 3 Mikrofonlar Havada yayılan ses dalgalarının sahip olduğu enerji akustik enerji olarak adlandırılır. Akustik enerjiyi elektrik enerjisine dönüştüren araçlara mikrofon adı verilir. Mikrofonlar birbirini takip eden yüksek ve alçak basınç bölgeleri şeklinde yayılan ses dalgalarına koşut biçimde pozitif ve negatif yöne doğru salınan alternatif elektrik akımı meydana getirirler. Bu elektrik akımının genliği diyaframa çarpan ses dalgasının ses basınç şiddeti ile doğru orantılıdır. Mikrofon çıkışında meydana gelen elektrik akımı diyaframa çarpan ses dalgasınınbirebir elektriksel temsili olsa da kullanılan mikrofon, yapısına ve özelliklerine bağlı olarak çıkış sinyalini bir miktar şekillendirir. Bu davranışı o mikrofonun karakteristik tınısını ortaya koyar. Farklı ihtiyaçlara yönelik olarak çeşitli özelliklerde ve tiplerde üretilen mikrofonlar, çalışma prensipleri ve yönsel özellikleri bakımından birbirlerinden ayrılırlar. 3.1 Çalışma Prensiplerine Göre Mikrofonlar Müzik teknolojilerine yönelik uygulamarda sıklıkla kullanılan mikrofon tipleri çalışma prensiplerine göre aşağıdaki biçimde sınıflandırılabilir: 1. Elektromanyetik (a) Dinamik mikrofonlar (b) Şerit mikrofonlar 2. Elektrostatik (a) Kondansatör (kapasitif) mikrofonlar

34 Mikrofonlar (b) Elektret mikrofonlar 3. Piezoelektrik (kristal) mikrofonlar 3.1.1 Elektromanyetik mikrofonlar Elektromanyetik prensibe göre çalışan mikrofonlar dinamik mikrofonlar ve şerit mikrofonlar olmak üzere ikiye ayrılırlar. Dinamik Mikrofonlar Üzerinden elektrik akımı geçen bir telin çevresinde manyetik alan oluşur. Tersi biçimde manyetik alan içerisinde hareket eden bir iletken üzerinde elektrik akımı meydana gelir. Bu olaya elektromanyetik indüksiyon adı verilir. Dinamik mikrofonlarda ince ve oldukça hafif sentetik bir maddeden üretilmiş diyafram üzerine tutturulmuş iletken bir bobin bulunur. Diyafram ve bobinden meydana gelen bu sistem mikrofon içerisinde bulunan bir mıknatıs tarafından oluşturulan manyetik alan içerisinde salınabilecek biçimde düzenlenmiştir. Diyaframa çarpan ses dalgaları diyafram ve bobini kendi hareketlerine uyduracak biçimde titreştirir. Böylelikle manyetik alan içerisinde hareket eden iletken bobin üzerinde bir elektrik akımı meydana gelir. Çıkış uçları N Mıknatıs S Diyafram S N Bobin Şekil 3.1: Dinamik mikrofon çalışma prensibi Dinamik mikrofonlar canlı seslendirmelerde sıklıkla tercih edilirler. Sağlam yapılı olan bu mikrofonlar özellikle yoğun hareketli geçen sahne performanslarında elde taşınmaya oldukça uygundur. Dinamik mikrofonların frekans yanıtı üst-orta frekanslarda ve 5 khz civarındaki varlık (presence) bölgesinde bir miktar artış gösterirken 8-10 khz frekansın üzerindeki bölgede belirgin bir düşüş sergiler. Bunun nedeni diyafram ve bobinden meydana gelen hareketli sistemin geçiş tepkisinin düşük olmasıdır. Üst-orta bölgedeki frekans yanıtı, anlaşılabilirliği arttırması açısından dinamik mikrofonların vokal uygulamalarında tercih edilmesinin önemli bir nedenidir.

3.1 Çalışma Prensiplerine Göre Mikrofonlar 35 Şekil 3.2: Microtech Gefell MD100 dinamik mikrofon (Microtech Gefell GmbH izniyle Bir mikrofonun belirli bir ses basınç düzeyi karşısında üretebildiği çıkış gerilimi o mikrofonun hassasiyetini belirler. Dinamik mikrofonların hassasiyeti düşüktür. Bu nedenle çok yüksek seviyeli ses kaynaklarının önünde kullanılmaya oldukça uygundurlar. Dinamik mikrofonlarda kırpılma (clip) seviyesi yok denecek kadar yüksektir. Bas davul ve gitar amplifikatörleri önünde dinamik mikrofonlar sıklıkla kullanılırlar. Hemen her dinamik mikrofonda diyafram metal örgülü koruyucu bir başlık içerisinde bulunur. İç kısmı sünger ile kaplı olan bu başlık rüzgar gürültüsünü ve vokalistin ağzından çıkan havanın diyaframa çapması sonucu meydana gelen olumsuz etkileri (pop) en az seviyeye indirir. Şerit Mikrofonlar Şerit mikrofonlar, dinamik mikrofonlar gibi elektromanyetik indüksiyon prensibine bağlı olarak çalışırlar. Ancak bu mikrofonlarda diyafram ve bobin sistemi yerine iki mıknatıs arasında titreşen ince uzun şerit biçiminde iletken bir folyo bulunmaktadır. Diyafram olarak iş gören bu şeritin boyu katlanarak uzatılmış ve şerite daha esnek bir özellik kazandırılmıştır. Mıknatıs v N S Şerit Şekil 3.3: Şerit mikrofonun çalışma prensibini gösteren diyagram

36 Mikrofonlar Şerit mikrofonlarda diyafram görevi gören şerit dinamik mikrofonlarda bulunan diyafram ve bobin sistemine göre nispeten daha hafif olduğundan bu mikrofonların geçiş tepkisi daha yüksektir. Bu nedenle bu mikrofonlar 14 khz e kadar yanıt verebilmektedirler. Şerit mikrofonlarda frekans tepkisi eğirisi oldukça düzdür. Şekil 3.4: Beyer Dynamic BD M130 Şerit Mikrofon) 3.1.2 Elektrostatik Mikrofonlar Elektrostatik prensibe göre çalışan mikrofonlar kondansatör ve elektret kondansatör mikrofonlar olmak üzere ikiye ayrılırlar. Kondansatör (Kapasitif) Mikrofonlar İletken iki levha birbiriyle temas etmeyecek biçimde karşıklı olarak yerleştirildiğinde bir kondansatör elde edilir. Kondansatörler, üzerlerinde elektrik enerjisi depolayabilen araçlardır. Bir kondansatörün elektrik depolama kapasitesi onun sığası olarak adlandırılır. Kondansatörlerde sığa levhalar arasındaki uzaklık ile ters, levhaların birbirlerine bakan yüzey alanı ile doğru orantılıdır. Şarj edilmiş bir kondansatörün sığası düşürüldüğünde kondansatör üzerindeki fazla yükü devreye boşaltmak, sığası arttırılan bir kondansatör bağlıolduğudevredenyük çekmek ister. Kondansatör mikrofonlarda bir tarafı altın veya nikel ile kaplı myler malzemeden üretilmiş çok ince bir diyafram, arka plaka adı verilen sabit bir iletken levhaya santimetrenin yaklaşık 1/1000 i mesafede yerleştirilmiştir. Kapsül olarak adlandırılan bu sistem aynı zamanda bir kondansatördür. Kapsül, bir elektrik kaynağı tarafından şarj edilir. Bu kaynağa fantom gerilimi adı verilir. Diyaframa çarpan ses dalgaları diyaframın titreşmesine, böylelikle arka plaka ile diyafram arasındaki uzaklığın değişmesine neden olur. Bu uzaklık değişimiyle sığası değişen kondansatör devreye yük boşaltır veya devreden yük çeker. Bu-

3.1 Çalışma Prensiplerine Göre Mikrofonlar 37 nun sonucu olarak devreye seri bağlı olan R direnci üzerinde ses dalgalarına koşut biçimde yön değiştiren bir elektrik akımı meydana gelir (Şekil 3.5). Oluşan bu elektrik akımının genliği çok düşük olduğundan bir amplifikatör yardımıyla güçlendirilmesi gerekir. Kondansatör mikrofonlar içerisinde FET transistörler veya vakum tüpler ile çalışan bir ön yükseltici devre bulunur. Vakum tüplerin voltaj gereksinimleri yüksek olduğundan bazı kondansatör mikrofonları besleyebilmek amacıyla özel güç kaynakları üretilmektedir. arka plaka diyafram v R + fantom Şekil 3.5: Kondansatör mikrofonun çalışma prensibini gösteren diyagram Kondansatör mikrofonların geçiş tepkisi yüksektir. Bu nedenle yüksek frekanslara oldukça iyi yanıt verebilirler. Kondansatör mikrofonlar parlak, şeffaf ve varlıklı bir tınıya sahiptirler. Bununla beraber hassas yapılı kapsülleri darbelere ve kötü çalışma koşullarına karşı dayanıksızdır. Ucuz (hatta bazı pahalı olan) kondansatör mikrofonlarda aynı marka ve model iki mikrofon tutarsız bir frekans yanıtı sergileyebilir. Rutubet ve sıcaklık değişimi gibi faktörler kondansatör mikrofonların performansını etkileyebilmektedir. Elektret Kondansatör Mikrofonlar Kondansatör mikrofonların özel bir türü de elektret mikrofonlardır. Bu mikrofonlarda diyafram kalıcı olarak şarjlanmış elektret bir maddeden üretilmektedir. Böylelikle elektret mikrofonlar fantom gerilimine ihtiyaç duymadan çalışabilmektedirler. Küçük boyutlu ses kaydedici cihazlarda kullanılan mikrofonlar çoğunlukla bu türdendir. Bazı ucuz elektret mikrofonlar zaman içerisinde şarjlarını yitirebilmekte ve bir süre sonra kullanılmaz hale gelebilmektedirler. 3.1.3 Piezoelektrik (kristal) Mikrofonlar Kristal yapılı bazı maddeler üzerlerine basınç uygulandığında elektrik üretirler. Bu olaya piezoelektrik adı verilmektedir. Bu prensibe bağlı olarak çalışan

38 Mikrofonlar mikrofonlar piezoelektrik veya kristal mikrofonlar olarakanılırlar.akustikçalgıların üzerinde bulunan ve köprü altı manyetik olarak adlandırılan alıcılar bu türdendir. Her ne kadar günlük hayatta manyetik olarak adlandırılsalar da çalışma prensiplerinin elektro gitarlar üzerinde bulunan manyatikler ile bir ilgisi yoktur. Piezoelektrik mikrofonlar elektro davullarda tetikleyici olarak kullanılmakla beraber yüksek basınç altında çalışan pek çok su altı mikrofonu da bu türdendir. 3.2 Yönsel Özelliklerine Göre Mikrofonlar Bir mikrofonun yönsel özelliği diyaframına farklı açılardan gelen ses dalgalarına karşı gösterdiği duyarlılığı belirler. Bir mikrofonun yönsel özelliğini gösteren grafiğe mikrofonun kutupsal deseni (polar pattern) denir. Mikrofonlar yönsel özelliklerine göre aşağıdaki biçimde sınıflandırılır. 1. Bir yöne duyarlı mikrofonlar (Uni-Directional) (a) Kardioid (cardioid) (b) Süper-kardioid (super-cardioid) (c) Hiper-kardioid (hyper-cardioid) 2. İki yöne duyarlı mikrofonlar (Bi-Directional veya Figure-8) 3. Her yöne duyarlı mikrofonlar (Omni-Directional) 4. Çok desenli mikrofonlar (Multi-Pattern) 5. Yüzey mikrofonları (Boundary - PZM) 3.2.1 Bir Yöne Duyarlı (Uni-Directional) Mikrofonlar Bir yöne duyarlı mikrofonlar yönsel mikrofonlar olarak da adlandırırlar. Bu mikrofonlar kendi aralarında kardioid, süper-kardioid ve hyper-kardioid olmak üzere üç farklı çeşide ayrılır. Kardioid kelimesi yönsel mikrofonların kutupsal desenlerinin kalp şekline benzemesinden gelmektedir. Bu nedenle Türkçe bazı kaynaklarda yüreksel olarak da anılırlar. Bu mikrofonlarda yakınlık etkisi görülmektedir. Kardioid mikrofonlar tam karşıdan gelen ses dalgalarını (eksen-üstü 0 o açıda) yakalayacak şekilde tasarlanmışlardır.yanlardan gelen (90 o ve 270 o )sesleri6 db kadar düşürürken tam arkadan gelen (180 o )seslerekarşıoldukçaduyarsızdırlar (Şekil 3.6). Bu mikrofonlar çevresel sesler izole edilerekdoğrudan kaynağa odaklanılması gereken durumlarda özellikle tercih edilirler.

3.2 Yönsel Özelliklerine Göre Mikrofonlar 39 Şekil 3.6: Kardioid bir mikrofona ait kutupsal desen Süper-kardioid mikrofonlarda yanlardan gelen seslere karşı duyarlılık 8-9 db, 180 o de duyarlılık 15 db kadardır. Bu mikrofonlar arkadan gelen seslere karşı az da olsa duyarlıdırlar (Şekil 3.7). Hiper-kardioid mikrofonlarda ise duyarlılık yandardan gelen seslere karşı 12 db, arkadan gelen seslere karşı ise 6 db kadardır. Hiper-kardioid mikrofonlarda arka taraftan duyarlılık daha yüksektir. (Şekil 3.8). O halde mikrofonlarda yönsellik arttıkça arka taraftan gelen seslere karşı duyarlılık da artmaktadır. 3.2.2 İki Yöne Duyarlı Mikrofonlar (Bi-Directional) Figure-8 (8 Biçimli) olarak da anılan bu mikrofonlar (Şekil 3.9) önden ve arkadan gelen seslere karşı duyarlı, yanlardan gelen seslere karşı duyarsızdırlar. Yakınlık etkisi bu mikrofonlarda kardioid mikrofonlara oranla 6 db daha yüksektir. 3.2.3 Her Yöne Duyarlı mikrofonlar (Omni-Directional) İsminden de anlaşılacağı üzere bu mikrofonlar her yönden gelen seslere karşı aynı şekilde duyarlılık gösterirler (Şekil 3.10). Özellikle mekandan kaynaklanan akustik özelliklerin yakalanması gerektiği durumlarda bu mikrofonlar tercih edilirler.

40 Mikrofonlar Şekil 3.7: Süper-kardioid bir mikrofona ait kutupsal desen Şekil 3.8: Hiper-kardioid bir mikrofona ait kutupsal desen 3.2.4 Çok Desenli Mikrofonlar (Multi-Pattern) Bazı mikrofonların üzerinde mikrofonun yönsel özelliğini belirleyen bir düğme bulunur. Bu düğme aracılığı ile ihtiyaca göre mikrofonun yönsel özelliği değiş-

3.2 Yönsel Özelliklerine Göre Mikrofonlar 41 Şekil 3.9: İki yöne duyarlı (figure-8) bir mikrofona ait kutupsal desen Şekil 3.10: Her yöne duyarlı bir mikrofona ait kutupsal desen tirilebilir. Bu mikrofonlar çok yönlü mikrofonlar olarak adlandırılır.

42 Mikrofonlar Şekil 3.11: AKG C414 Kondansatör mikrofon (AKG nin izniyle) 3.3 Mikrofonlar ile İlgili Bazı Kavramlar Mikrofonların çalışma prensipleri ve yönsel özelliklerinin yanısıra tınısal karakterlerini belirleyen bir takım özellikleri ve davranışları bulunmaktadır. 3.3.1 Frekans yanıtı Her mikrofon ses kaynağı tarafından üretilen tüm frekanslara aynı biçimde yanıt veremez. Mikrofonun yapısal özelliklerine ve çalışma prensibine bağlı olarak bazı frekanslar daha fazla vurgulanırken bazıları bir miktar geride kalabilir. İlk bakışta olumsuz bir etki gibi görünen bu özellik farklı uygulamalarda pek çok fayda sağlamaktadır. Bir mikrofonun çeşitli frekanslara verdiği yanıtı gösteren eğiriye frekans yanıtı eğirisi adı verilir. Her mikrofona ait frekans yanıtı eğirisi mikrofonun teknik özelliklerini gösteren kılavuzda bulunur. Ses dalgaları bir mikrofonun diyaframına dik biçimde geliyorsa eksen üstü, belirli bir açıyla geliyorsa eksen dışı olarak adlandırılır. Mikrofonların eksen üstü ve eksen dışı frekans yanıtları birbirinden farklıdır. En düz frekans yanıtı eksen üstü olarak ölçülen frekans yanıtıdır. Eksen dışına doğru kayıldıkça frekans yanıtı eğirisinin biçimi değişir. Şekil 3.12: AKG D112 model mikrofonun frekans yanıtı eğirisi (AKG ninizniyle)

3.3 Mikrofonlar ile İlgili Bazı Kavramlar 43 3.3.2 Yakınlık Etkisi Yönsel özelliğe sahip bir mikrofon ses kaynağına doğru yaklaştıkça düşük frekanslı sesleri yakalama eğilimi artar. Bu duruma yakınlık etkisi adı verilir. Yakınlık etkisi radyo ve televizyon yayınlarında konuşmacının sesinin daha dolgun duyulmasını sağlamak amacıyla kasıtlı olarak kullanılmaktadır. Yönsel bir mikrofon ile çok yakın mikrofonlama yapılmasının gerekli olduğu durumlarda yüksek frekans geçiren bir filtre kullanılarak bu etki azaltılabilir. Bu tür bir filtre bazı mikrofonların üzerinde bulunmaktadır. 3.3.3 Geçiş Tepkisi Bir mikrofonun diyaframı kendisine çarpan ses dalgalarının basınçdeğişimlerine koşut biçimde ileri geri titreşir. Belirli bir kütleye sahip olan diyafram eylemsizliği nedeniyle yüksek frekanslı titreşimlere ayak uydurmaktazorlanır. Yüksek frekanslara daha iyi tepki verebilen diyaframların geçiş tepkisi yüksektir denir. Geçiş tepkisi düşük olan mikrofonlar çok yüksek frekansları yakalayamazlar. 3.3.4 Mikrofonlarda Hassasiyet Bir mikrofonun belirli bir ses basınç seviyesi karşısında üretebildiği elektriksel gerilim o mikrofonun hassasiyetini belirler. İki mikrofon aynı ses basınç seviyesi karşısında test edilir ve biri diğerine göre daha yüksek gerilim üretiyorsa o mikrofon daha hassastır denir. Hassasiyet bir mikrofonun hangi uygulamada tercih edileceğinin belirlenmesinde önemli bir rol oynar. Ses kaynaklarına yakın noktalarda ölçülen ses basınç seviyeleri yüksek, uzak noktalarda bu seviye daha düşük olur. Mikrofonların hassasiyetleriin ölçülmesinde genellikle 74 db SPL ve 94 db SPL ses basınç seviyeleri referans alınmaktadır. Bu değerler bir insanın normal konuşma seviyesinin 30 cm ve 2.5 cm uzaklıklardan ölçülen ses basınç değerleridir. Br mikrofonun hassasiyetinin ölçülmesinde hangi referans değerin kullanıldığı üretici tarafından yayımlanan kılavuzlarda belirtilmektedir. Bu referans değerlerin çeşitli basınç karşılıkları aşağıda görülmektedir: 94 db SP L = 1 Pascal = 10 microbars = 10 dynes/cm 2 74 db SP L = 0.1 Pascal = 1 microbar = 1 dynes/cm 2 Tipik bir dinamik mikrofonun hassasiyeti -75 dbv/microbar civarındadır. dbv birimi içerisinde bulunan "V" harfi referans değerin 1 volt olarak alındığını belirtmektedir. Negatif dbv değeri çıkış geriliminin 1 volt un altında olduğunu gösterir. Bu örnekte -75 dbv ile ifade edilen çıkış gerilimi 0.00018 volt a karşılık

44 Mikrofonlar gelmektedir. "Microbar " ise bu mikrofonun 74 db ses basınç seviyesi altında test edildiğini belirtmek amacıyla kullanılmıştır. Bu mikrofonun hassasiyetini 94 db SPL veya 1 Pascal ses basınç seviyesi altında ölçülmüş bir mikrofon ile kıyaslayabilmek için ölçülen değere basitçe 20 db eklemek gerekecektir. (ör. -75 + 20= -55 dbv/pascal)