O que torna um microfone melhor que outro, e como eu faço o meu?

Estou curioso sobre microfones e tenho algumas perguntas.

1. Qual é o componente chave neles que torna um melhor que outro?
2. O que é preciso para construir um microfone de alta qualidade sozinho? Estou querendo comprar um bom microfone e estava olhando o Blue Yeti como um exemplo, então isso me fez pensar. Sei que é melhor que o microfone da minha loja do dólar, mas quero saber o porquê.
3. Só para brincadeiras, comprei um microfone condensador barato (2,2K Ohm, 1,5V) para brincar, mas tenho pouca ideia sobre seus limites. Para que um microfone como este seria útil?

Perguntar o que torna um microfone melhor que outro é como perguntar o que torna um carro melhor que outro. Este é um assunto enorme que eu só posso dar uma visão geral. Mas aqui vai:

Diafragma

Claro que o diafragma é o mais importante (mas apenas por pouco). Esta é a parte que se move em resposta ao som e de alguma forma converte o som em sinais elétricos. Esta é a parte que determina se o seu microfone é dinâmico, condensador, fita ou outro tipo de microfone.

Para obter uma boa resposta de frequência, o diafragma deve ser muito leve. Quanto mais leve, melhor. Mas quanto mais leve é, mais frágil é. Portanto, é necessário tomar medidas para torná-lo mais robusto e / ou para protegê-lo contra danos.

Um bom diafragma também resistirá a danos ambientais. Principalmente umidade, mas também fumaça, temperaturas extremas, choque, etc.

Construir um diafragma é super difícil e requer materiais e máquinas especializados. Isso está além de quase todo hobby, e até da maioria das empresas. As probabilidades são de que mais de 75% das marcas de microfone vendidas em locais como o Guitar Center não produzem seus próprios diafragmas - e pode chegar a 90%.

É possível fazer um diafragma em sua casa, mas não vai parecer nada bom. Você teria sorte de fazer um que tenha "qualidade de telefone".

Às vezes, o diafragma é chamado de "cápsula do microfone", mas isso às vezes pode ser enganoso.

Mecânico

As propriedades mecânicas do microfone não devem ser subestimadas. Por coisas mecânicas, quero dizer tudo o que não é o diafragma ou elétrico. O corpo do microfone, a grade, o posicionamento do diafragma dentro do microfone e até o clipe do microfone.

É principalmente o design mecânico que determina se o microfone é cardióide, omnidirecional ou hipercardióide. Provavelmente, mais ao ponto, é o projeto mecânico que determina quanto ruído não intencional é rejeitado. Isso é feito através da colocação do diafragma e do design da grade.

Outra tarefa importante do projeto mecânico é reduzir o ruído de manuseio - ruído causado por alguém segurando, movendo ou ajustando o microfone. Em microfones realmente ruins, apenas flexionar a mão enquanto segura o microfone será claramente ouvido.

O design mecânico também ajuda a proteger o microfone do vento, respiração, cuspe, fumaça, cerveja, etc.

Elétrico

A maioria dos microfones, principalmente os de condensador, possui componentes eletrônicos para aumentar o sinal do diafragma antes de emiti-lo. Alguns microfones também possuem filtros passa-altas selecionáveis ​​e simples, que reduzem ainda mais o manuseio e o ruído relacionado ao vento.

É claro que a eletrônica deve ser silenciosa e, ao mesmo tempo, ser capaz de lidar com uma enorme faixa dinâmica sem distorção. Mesmo que esses circuitos sejam geralmente muito simples, é mais fácil falar do que fazer com alta qualidade.

Isso fica ainda mais difícil para os USB-Mics que estão sendo lançados. Criar um microfone USB para consumidor não é muito difícil, mas um microfone USB para estúdio é difícil devido aos componentes eletrônicos extras.

Consistência

Fazer as coisas acima consistentemente é super importante para um fabricante de microfones. Depois de ter o equipamento de fabricação caro, é relativamente fácil criar um microfone de qualidade. Porém, é difícil fabricar dois microfones de qualidade que se encaixam no nível de saída, resposta de frequência, resposta transitória etc.

Isso é super importante se você precisar de um par de microfones para gravações estéreo. Se o microfone esquerdo tiver uma resposta de frequência ligeiramente diferente do microfone direito, a gravação parecerá estranha. Quase todas as empresas de microfones vendem "pares correspondentes" de microfones, onde passam por um lote de microfones e encontram dois que são muito próximos. Outras empresas nem se incomodam, pois têm dificuldade em criar 2 iguais.

Construindo um microfone de alta qualidade em casa

This is super difficult, but depends on how much you want to do yourself. Making one from scratch is almost impossible because it requires skills and equipment that is rarely found in one person (vapor deposition, electronics, metal fabrication, plastic and/or rubber injection molding, etc.).

Você pode realizar uma dessas tarefas e reconstruir um microfone existente com essa tarefa. Por exemplo, você pode pegar um microfone chinês barato e reconstruir ou reprojetar os componentes eletrônicos nele. Ou compre um torno e uma fresadora de metal e redesenhe o corpo de um microfone existente.

Certamente é possível, com uma pesquisa e planejamento cuidadosos, pegar um microfone de US $ 75 e fazê-lo funcionar como um microfone de US $ 500.

Mas não se preocupe em criar seus próprios diafragmas se a qualidade do áudio for o seu objetivo. Por todos os meios, faça alguém apenas para aprender coisas, mas não espere que pareça bom.

Cápsulas de Microfone Condensador El-Cheapo

Isso não é muito útil quando se trata de áudio profissional. A qualidade simplesmente não existe: ruído, resposta de freqüência, faixa dinâmica etc. Os condensadores profissionais têm um diafragma de 0,5 a 1,0 polegadas de diâmetro para serem sensíveis e ter uma melhor resposta de frequência. Os baratos são geralmente inferiores a 0,25 polegadas e possivelmente 0,10 polegadas.

Matrizes de microfone

Uma área emergente da pesquisa de microfone hoje é o uso de matrizes de microfone. É aqui que muitos microfones baratos são usados ​​e combinados de maneiras úteis. Normalmente, as matrizes de microfone são usadas para criar um microfone super-direcional para teleconferência e aplicações similares. Essa é uma área em que alguém em casa pode jogar com mais facilidade e possivelmente criar algo que funcione melhor do que o que está disponível comercialmente.

Q1

Algumas coisas que vêm à mente são:

• Faixa dinâmica - a faixa entre os níveis mais baixo e mais alto de SPL com o qual o microfone pode lidar. Por exemplo, microfonar folhas farfalhar exigirá um bom desempenho de baixo nível, e microfonar um bumbo exigirá um bom desempenho de alto nível (ou seja, sem distorção).
• Resposta em frequência - achatamento na largura de banda (por exemplo, 20Hz - 20kHz) é geralmente desejável, mas pode ser projetado para, por exemplo, uma melhor resposta de graves.
• Relação sinal-ruído (SNR) e auto-ruído - A relação sinal-ruído é a proporção de um sinal de referência em relação ao ruído produzido pelo microfone sem a presença de som (auto-ruído). Portanto, um alto SNR é bom e um baixo ruído próprio é bom. Os microfones de condensador geralmente são muito sensíveis, mais fáceis de obter um bom desempenho de SNR e, portanto, bons para áudio de baixo nível.
• Diretividade - como o ângulo do som afeta a resposta. Diferentes tipos de microfone têm padrões diferentes. Isso é afetado pelo tipo de elemento (dinâmico, condensador, faixa de opções etc.) e o design do gabinete:

Aqui estão os padrões de resposta de direção (conhecidos como padrões polares ) para um típico microfone cardióide (esquerda) e espingarda (direita)

Geralmente eles são dados em 2D, mas para quem é novo para eles, pode ser mais fácil entender se podemos ver uma representação 3D - eis o mesmo padrão cardióide em 3D:

Destas, podemos ver que, por exemplo, se você precisar captar apenas o som de uma direção específica, a espingarda é um bom microfone para usar.

• Impedância - quão fácil é combinar o microfone com vários tipos de equipamento e também quão sensível pode ser o ruído (por exemplo, microfones piezo, geralmente usados ​​em instrumentos acústicos são muito sensíveis a vibrações). Por exemplo, um microfone de baixa impedância é melhor para uso com cabos longos (evite pegar hum)
• Durabilidade - com que facilidade o microfone pode ser danificado. Os microfones de fita do IIRC são bastante frágeis e devem ser manuseados com cuidado. Elementos condensadores profissionais também são muito fáceis de danificar. Tipos menos frágeis incluem dinâmico (bobina móvel) e carbono.
• Preço - como em muitas outras coisas em áudio, isso nem sempre é ditado pelo desempenho. Uma cápsula de eletreto barata (~ £ 1) quando polarizada corretamente pode ter uma resposta de frequência muito melhor do que, por exemplo, um microfone condensador de válvula antigo que pode ter centenas. Aqui (da Elliott Sound Products) há uma discussão e um exemplo do uso de uma cápsula de eletreto barata (geralmente difamada, mas isso geralmente ocorre devido ao design inadequado e não à própria cápsula) para criar um microfone de teste com desempenho comparável aos modelos profissionais.
  Para uma discussão ainda mais detalhada e excelente, esta tesecompara um microfone de teste construído com uma cápsula de eletreto de ~ £ 1 (custo total em torno de £ 15) com uma instalação de microfone profissional que custa ~ £ 500. O microfone barato supera ou combina com o microfone profissional na maioria das áreas. Por exemplo, aqui está o piso de ruído para os dois microfones:

Q2

Se você deseja projetar a cápsula em si, a construção de um microfone de qualidade será bastante difícil, dada a natureza frágil e complicada de muitos tipos. Eu provavelmente usaria algo como um microfone condensador ou eletreto largish - você deve conseguir o material de filme certo ou pode obter um mylar e aplicar uma carga permanente usando um suprimento de alta tensão (procure alto-falantes eletrostáticos para ideias)
Em seguida, verifique alguns esquemas para o circuito de pré-amplificador que são necessários em microfones condensadores (devido à sua alta impedância).
Não espere que seus resultados sejam ótimos, mas se você pesquisar bastante e não se apressar, nunca saberá. Certamente será um projeto de aprendizado divertido.

Se você quiser pegar uma cápsula existente e montar um microfone em volta dela, seria muito mais fácil obter bons resultados. Certamente é possível usar componentes e ferramentas prontamente disponíveis. A leitura cuidadosa da tese acima seria um excelente ponto de partida.

Q3

Para a terceira pergunta, é difícil dizer sem ver as especificações / folha de dados, mas provavelmente será útil como um microfone de fala / música de uso geral (não para níveis muito altos).
A qualidade deve ser adequada para qualquer uso do consumidor, mas provavelmente ficam aquém dos padrões "pro audio" (embora veja a nota acima sobre preço, nada é certo)

A página do Wiki sobre microfones é boa, muito boa introdução a muitos tipos diferentes - vale a pena ler.