Mikrofon Nedir?

Elektronik

Mikrofon nedir?

Sesin havada yarattığı akustik dalgadan faydalanılarak gerçekleştirilen olay sonucu ses elektriğe çevrilir. Mikrofon, ses dalgalarını elektriksel titreşimlere çeviren, elektro akustik bir cihazdır. Mikrofon ses dalgalarına göre sinyal gerilimi verdiği için hoparlörü tamamlayan bir elemandır. Elektriğin sese çevrilmesi de hoparlörler ile gerçekleştirilir. Bu çeviri özelliklerinden dolayı mikrofon ve hoparlöre ses transduser denir. Transduser dönüştürücü anlamındadır. Bir ses dalgasındaki titreşimlerin elektriksel benzeri olan sinyali üretmeye yarayan birçok fiziksel prensip vardır.

Bunlar, bağlantı direncinin değişimi, piezo elektrik, elektromanyetik ve manyetostriksiyon (mıknatıslandığı zaman bir cismin boyunda meydana gelen değişiklik) prensiplerini içine alır. Bütün bu prensipler ve diğerleri yıllarca denenmiş, ancak sonunda piezo-elektrik, elektromanyetik, elektro statik ve kapasitif prensipleri uygulamaya konmuştur.

Mikrofon Yapısı ve Çalışma Prensibi

Bütün microfon yapıları ses dalgalarına tepki gösteren çeşitli şekillerde yapılmış diyafram veya benzeri bir elemana sahiptir. Mikrofona gelen ses dalgaları diyaframa çarpar ve ses basıncındaki değişikliklere göre diyafram içe veya dışa doğru hareket ederek mekanik titreşim yapar. Bu titreşimler sonucunda mikrofonun çıkış uçlarında bir gerilim meydana gelir. Çıkış uçlarında meydana gelen gerilim, hareket eden parçanın ya hızı ya da titreşimlerinin genliği ile orantılıdır.

Mikrofon Çeşitleri

Genel olarak aşağıdaki mikrofon tipleri kullanılır:

• Dinamik mikrofon
• Şeritli (ribbon mikrofon) mikrofon
• Kapasitif (Kondansatörlü) mikrofon
• Karbon mikrofon
• Kristal mikrofon
• Elektret mikrofon
• Telsiz mikrofon
• Elektrodinamik mikrofon
• Manyetik mikrofon
• Elektrikli mikrofon
• Elektromanyetik mikrofon

Mikrofon üreticileri tarafından ev stüdyosu sahiplerinin bütçelerine uygun olarak iki diyafram tipinde mikrofon imalatı yapılır. Kapasitif (Condenser/Kondansatör) ve Dinamik (Bobinli).

Dinamik Mikrofon

Dinamik mikrofonda bir mıknatıs çevresine sarılı bir bobine yapışık bir membran mevcuttur. Membran üzerine çarpan ses dalgalarının

titreşimiyle bobini mıknatıs çevresinde hareket ettirir, bu da bobinin uçlarına elektrik sinyali olarak iletilir. Dinamik mikrofonlar yapılarından dolayı şoka dayanıklı oldukları için canlı performanslarda sahnede tercih nedenidir.

Ancak ses frekans karakteristikleri homojen değildir, yani ses kaynağı membrandan uzaklaştıkça sesin içindeki bas frekans bileşenlerine dinamik mikrofonun duyarlılığı azalır, bundan dolayı çıkışlarındaki sinyalin sesin orijinal karakterine olan yakınlığı membranın ses kaynağına ne kadar yakın olduğu ile ilgilidir. Bu karakteristiğin yararları da vardır, ideal mesafenin dışındaki frekanslara sağır oldukları için geri beslemeye isteksiz olurlar, bu nedenle özellikle sahne performanslarında tonlamada ses ayırımına yardımcıdırlar.

Dinamik mikrofon özellikleri;

• Boyutları küçük, sağlam yapılı, hafif ve çok iyi frekansları vardır. (60-10000Hz)
• Çalışması için yardımcı gerilim kaynağı olmadan çalışan dinamik mikrofonların kullanım alanları geniştir.
• Güçlü çıkışına rağmen sadakati (fidelity), yani ses frekansını takibi o kadar iyi değildir.

Dinamik Mikrofon Yapısı

Dinamik mikrofon şu bölümlerden meydana gelir.

• Diyafram
• Diyaframa bağlı hareketli bobin
• Bobinin içinde hareket ettiği sabit mıknatıs
• Empedans uygunluğu sağlayan küçük bir transformatör

Dinamik Mikrofon Nasıl Çalışır?

Ses dalgalarıyla titreşen diyafram, bağlı olduğu bobini, sabit mıknatıs içinde ileri-geri hareket ettirir. Sabit mıknatısın kutupları arasında Φ manyetik fluks ‘u (manyetik alan hatları) mevcuttur. Bobin iletkenleri hareket sırasında bu manyetik alan hatlarını keser. Lenz ve faraday kanununa göre, bir magnetik alan içerisinde “v” hızıyla hareket eden “ı” boyundaki bir iletkenin uçları arasında  E=I/V değerinde bir gerilim meydana gelir. Bu kurala uygun olarak devamlı ileri-geri titreşim durumunda bulunan bobinde de ses frekansına uygun olarak değişen bir gerilim (AF AC – Audio Frequency Alternating Current) meydana gelir.

Mikrofon bobini uçlarında meydana gelen gerilim, bir ses frekans yükseltecine verildiği zaman, hoparlörden aynı frekansta çıkış alınır. Bu durumda mikrofona yapılan konuşma veya melodi kuvvetlendirilmiş olarak sese dönüştürülür. Dinamik mikrofon bobininin direnci küçüktür, birkaç ohm kadar. Yükselteçle aralarında bir empedans uygunluğu sağlama bakımından, genel olarak mikrofon gövdesi içine, 50, 250, 600 Ohm çıkışlı küçük bir transformatör yerleştirilir. Bundan dolayı kullanılacak yükseltecin giriş direncine uygun bir mikrofon seçildiğinde yükselteç verimi artar ve daha güçlü bir çıkış sağlanır. Dinamik mikrofon kullanılırken elektriksel alandan uzak tutulmalıdır.

Dinamik mikrofonlara verilen adlar;

• Magnetik mikrofon (Magnetic Microphones)
• Hareketli bobinli mikrofon (Moving Coil Microphones)

Dinamik mikrofon fiyatları pahalı değildir. Frekans karekteristiği 20.000 dir. Ses kaydı yapılırken dinamik mikrofonlar kalın sesler için kullanılır. Condenser mikrofonlara nazaran ses şiddetine karşı dayanıklıkları daha fazladır. Bu sebeple ses kaynaklarına yakın yerleştirilir ve ses seviyesi yüksek ses kaynaklarında rahatlıkla kullanılır. Alt ve üst frekans alımları az olan, elektrogitar, trampet vs kayıtlarda kullanılan dinamik mikrofonlar fazla ayrıntılı değildir. Çalışırken 48 V’ luk yardımcı gereksinimi olan condenserler piyano, keman vs kayıtlarda kullanılır.

Şeritli Mikrofon

Şeritli (Ribbon mikrofon) mikrofon da dinamik mikrofon gibi, sabit mıknatısın manyetik alan etkisinden faydalanılarak geliştirilmiştir. Bir sabit mıknatısın iki kutbu arasına bir alüminyum şerit yerleştirilerek iki ucundan çıkış alınır. Ses bobini ile ileri-geri titreşen alüminyum şeridin manyetik alan çizgilerini kesmesi sonucu iki ucu arasında bir AC gerilim meydana gelir.

Şeritli Mikrofon Özellikleri

Şerit mikrofonlar çok hassas yapılıdır, sarsıntıdan, hava akımından, etkilenirler ve gürültülü çıkış verirler. Bu sebeple, şerit mikrofon kullanırken fazla sarsılmamalıdır. Rüzgarlı havalarda, açık havada kullanılmamalıdır. Düşük gerilim ürettiğinden, hem kuvvetlendirici, hem de empedans uygunluğu sağlayıcı olarak transformatörlü şerit mikrofon imalatı yapılır. Hassas olmasından dolayı, düşük frekanslı sesleri (bas) bile kolay alır ve frekans karakteristiği geniştir. Bu sebeple müzik nakli için uygundur.

Kapasitif Mikrofon

Condenser mikrofon

Kapasitif (Condenser) mikrofon da aralarında bir dielektrik levha bulunan biri sabit diğeri hareketli iki iletken levha mevcuttur. Bu üç faktör bir kondansatör meydana getirirler. Ses dalgalarının çarpması ile hareket eden hareketli levha bu kondansatörün kapasitesinin değişmesine neden olur. Eğer bu kondansatörün uçları arasına bir voltaj tatbik edilirse bu voltajın akımında kapasite değişmeleri doğrultusunda dalgalanmalar olacağı için bu bilgi değerlendirilerek titreşimler ses sinyaline çevirilir.  Radyo yayıncılığında (Broad-casting) en çok kullanılan mikrofondur.

Kapasitif Mikrofon Avantajları

• 50 – 15000 Hz arasında bir frekans karakteristiği vardır.
• Distorsiyon azdır.
• Empedansı büyüktür. (10 – 50 MegaOhm)

Kapasitif Mikrofon Dezavantajları

• Diğer mikrofonlardan farklı olarak, bir besleme kaynağına gereksinimi vardır.
• Yükselteç ile mikrofon arası kablonun kapasitif etkisi mikrofon kapasitesini etkileyerek parazite sebep olur.
• Bu etkiyi azaltmak amacı ile mikrofon içerisine bir yükselteç yerleştirilir.

Kapasitif Mikrofon Yapısı ve Çalışma Prensibi

Kapasitif mikrofon iki kondansatör plakasından meydana gelir. Bu iki plaka arasında bir izole madde veya hava aralığı mevcuttur. Birinci plaka, alüminyum gibi esnek bir maddeden yapılır. Yapılarından dolayı Condenser mikrofonlar harici bir çalışma voltajı olmadan sesi elektrik sinyaline çeviremezler. Bu voltaja Phantom Power (Gizli Güç) denir, Endüstri standardı +48 Volttur. Ancak farklı voltajlar ile çalışan modeller de vardır (örneğin; dış mekan çekimlerinde kullanılan bir veya iki kalem pille çalışan modeller gibi). Bu voltaj profesyonel kayıt sistemlerinde mikrofonun bağlandığı mikrofon preamplisinden sağlanır.

Kapasitif mikrofonun çalışma prensibi, kondansatör özelliğinden faydalanarak sağlanır. Bilindiği üzere bir kondansatörün iki plakası arasındaki gerilim: “V=Q/C “dir. Q: Kondansatör yükü, C: Kapasite

Ses basıncı ile plakalar titreştikçe “C” kapasitesi değişir. Bundan dolayı, değişik “V” gerilimi üretilir.

Kapasitif mikrofonlar dinamik mikrofonların aksine frekans karakteristiği olarak mesafeye bağlı değişimler göstermezler. Yani, ses kaynağı kondansatör mikrofonun membranından uzaklaştığı zaman mikrofonda frekans aralığının herhangi bir bölümüne karşı bir sağırlık oluşmaz, sadece ses sinyalinin genel seviyesi düşer. Dolayısıyla bu özellikleri Condenser mikrofonları, stüdyolarda vazgeçilmez kılar.

Kapasitif Mikrofon Özellikleri

Kapasitif (condenser) mikrofon naziktir, sarsıntıya ve neme gelemezler, ayrıca condenser mikrofon imalatındaki ayrıntı nedeniyle condenser mikrofon fiyatları pahalıdır (ses kalitesi/fiyat oranlamasında), bunların yanı sıra ses alış karakteristiklerindeki aşırı duyarlılık dolayısıyla canlı sahne performanslarında belli bazı durumlar dışında arada bir kullanılırlar.

Karbon Mikrofon

Karbon mikrofon, bir kapsül içine doldurulan kömür tozlarından meydana gelir. Kapsül, diyaframa bağlı hareketli bir kapakla kapatılır. Diyafram ses basıncı ile titreştikçe, kömür tozları  sıkışıp gevşer. Kömür tozları sıkıştığında direnci küçülür, gevşediğinde büyür. Bu durumda ön yükselteç “beyz” akımı artar ve eksilir. Gerekli yükseltme sağlanır. Empedansları küçüktür (50 ohm). Bunların ön yükselteç empedansına uyum sağlaması için, ön yükselteçlerin beyzi ortak yapılır. Bu halde de akım kazancı düşer. Kömür tozlarının zamanla tortulaşır ve özelliklerini kaybederler bundan dolayı günümüzde pek  kullanılmamaktadır. Ancak birçok telefonun mikrofon kapsülü, halen karbonlu mikrofon yapısındadır.

Kristal Mikrofon

Kristal mikrofonlar, piezoelektrik olayından faydalanılan mikrofonlardır. Bir kristale, basınç uygulandığı zaman iki tarafına tutturulan elektrotlar arasında bir gerilim meydana gelir. Bu olaydan osilatörler de faydalanılır. Bu amaç için kullanılan kristaller, Quartz ve Roşel (Rochell) tuzlarıdır.

Kristal Mikrofon Özellikleri

• Kristal mikrofon sağlam yapılıdır.
• Hassaslıkları oldukça iyidir.
• Frekans karakteristiği geniş değildir. 50-10000 Hz arasındadır.
• Kristal mikrofonların ürettikleri gerilim yeterli büyüklükte olmadığından mikrofon içi yükselteç ile kullanılır.

Kristal mikrofonlar kullanım alanları;kayıt sistemleri , telsiz mikrofon, amatör haberleşme de kullanılır. Radyo yayıncılığına pek uygun değildir.

Kristal mikrofon Yapısı ve Çalışma Prensibi:

İki yüzeyine ince metal iletken yapıştırılan kristal orta yerinden bir lastik ayak üzerine oturtulur. İki ucuna bağlı Y şeklindeki bir çubukla, ince alüminyumdan yapılmış olan konik bir diyaframın merkezine bağlantı yapılır.

Ses basıncı ile diyaframda meydana gelen titreşimi, bağlantı çubuğu ile kristale iletilir. Titreşen kristalin iki yüzü arasında meydana gelen “AF-AC” gerilimi, bağlantı iletkenleri ile mikrofon yükselticisine iletilir.Kristal mikrofonların da, kapasitif mikrofonlar gibi çıkış direnci çok büyüktür. Ancak, kristal mikrofonlar da, kapasitif mikrofonda olduğu gibi, yükseltecin, mikrofon gövdesi içerisinde bulunmasının bir avantajı yoktur. Ana yükselteç içinde de bulunabilir. Bu halde dış etkilerden kaçınmak için, mikrofon ile yükselteç arasındaki uzaklık 10 metre ‘den fazla olmamalıdır. Ayrıca ekranlı (shielded – şildid) kablo kullanılmalıdır. Bunların yanında, kristal aşırı sarsıntıdan dolayı tahrip olabileceği için, bir yere çarpmamalı ve düşürülmemelidir.
Mikrofonu kullanırken, kristali gereği gibi etkilemek için, mikrofon mümkün olduğu kadar ağıza yakın tutulmalıdır. Kristal rutubet ve sıcaktan (direkt güneşten) etkilenir. Kristal yerine yeni geliştirilen seramik elemanlar  kullanılarak olumsuzluklar giderilmektedir.

Elektret Mikrofon

Elektret mikrofon, kristal mikrofon benzeri mikrofondur. Rondela biçimindeki, ince bir yarı iletken maddenin iki yüzü, elektrostatik bir yöntem ile, moleküler bir aranjman yapılarak  pozitif ve negatif  yüklenir. Bu yarı iletkenin özelliği, elektrik yüklerini devamlı korur. Bu tür yarı iletkenlere elektret (electret) denir. Elektret kapsül, kristal mikrofonlarda olduğu gibi bir yöntemle diyaframa bağlanır.

Diyafram titreştiği zaman, titreşen elektret kapsülünün moleküler yapısı değişir. Bu değişim sonunda da iki yüzündeki elektrotlar arasında bir AF-AC gerilimi meydana gelir. Elektrot gerilimi, bir ses frekansı yükseltecine verilerek kuvvetlendirilir. Elektret mikrofon yüksek dirençli bir mikrofondur. Yüksek frekanslı mikrofonlar da blendajlı kablo kullanılmalı ve kablo boyu çok uzun olmamalıdır.

Elektret Mikrofon Özellikleri

• Elektret mikrofon imalatı kolay ve fiyatları ucuzdur.
• Frekans karakteristiği geniş ve düzdür.
• Elektret mikrofon boyutları küçük olduğu için kolay kullanılır.(Mesela yakaya takılıp, yaka mikrofonu (kablosuz mikrofon) olarak kullanılabilir.)
• Önlem alındığında distorsiyonsuz (Distorsiyon, bir nesnenin şeklinin değişime uğramasıdır) bir çıkış yapılabilir.
• Elektret mikrofon da özel besleme gerilimine gerek yoktur.

Telsiz Mikrofon

Bir elektret mikrofon kullanılarak, basit bir FM vericisi ile 1km ‘ye yakın mesafeye, yine bir FM alıcı ile alınabilecek yayın yapılabilir.
Verici, özel beslemesi ile, 15 cm boyunda yalıtkan tüpe montajı yapılır. Tüpün bir ucuna mikrofon diğer ucuna 15 cm uzunluğunda anten vardır.

Mikrofon Karakteristikleri

Mikrofon seçiminde dikkat edilecek etkenler, mikrofonun kullanıldığı yere ve amaca göre yedi bölüme ayrılır. Bu etkenler;

• Directionality (Yönsel)
• Frequency Responce ( Frekans Tepkisi)
• Transient Responce (Geçiş Tepkisi)
• Sensitivity (Duyarlılık – Hassasiyet)
• Equivalent Noise Rating (Mikrofonun kendi dip gürültü oranı)
• Impednce (Empedans)
• Max SPL (Maksimum ses basınç seviyesi)

Directionality (Yönsel Özellik)

Direction İngilizce yön demektir. Directionality mikrofonun hangi yön veya yönlerden gelen seslere duyarlı olduğunu gösterir. Buna ses alma veya duyma şekli anlamına gelen pick-up pattern denir. Pick-up pattern in grafiğine ise polar pattern denir.

Mikrofonlarda üç farklı pickup pattern bulunur.

• Omnidirectional (Her yöne)
• Unidirectional (Bir yöne)
• Bidirectional (çift yöne)

Müzik kayıtlarında yaygın olarak kullanılan mikrofon tipleri

• Diyafram yapılarına göre dinamik mikrofon, kapasitif (condenser) mikrofon, ribbon mikrofon, piezo mikrofon, lavalier mikrofon,
• İçlerindeki sinyal işleyici elektronik devrelerine göre FET’li, transformatörlü, lambalı (valve),
• Ses alış hassasiyet diyagramlarına göre omnidirectional (heryönlü), unidirectional (tek yönlü), cardioid (kalp şeklinde), supercardioid, hypercardioid, bidirectional/figure 8 (iki yönlü/sekiz şeklinde) gibi farklı isimler alırlar.

Mikrofonların Alış Diyagramlarına Göre Sınıflandırılmaları;

( Cardioid kalp şeklinde demektir, mikrofonun diyafram çevresindeki ses alış paternini simgeler. Cardioid paternli mikrofon diyaframın önünde kalp şeklindeki bir alandan gelen sesleri alır, öbür kısımlara sağırdır.)

Omnidirectional (heryönlü/küresel)

Half-omnidirectional/hemispherical (yarı heryönlü/yarı küresel)

180° açıda her yönden eşit duyarlılıkta alır (PZM mikrofon paterni)

Her yönlü ( Omnidirectional) mikrofonların özellikleri:

• Genel amaçlı mikrofonlardır.
• Oda reverberasyonunu yakalamak için idealdir.
• Yakın mikrofonlama yapılmadığında izalasyonu yoktur.
• Seste nefes patlamalarına duyarlığı düşüktür.
•  “Proximity effect” denilen yakınlaşmada bas etkisi yoktur.
• Kondenser tip mikrofonlarda çok derin bir bas frekans cevabı vardır, körüklü org, grup/senfoni bas davulu kayıtlarında idealdir.
• Maliyeti düşüktür.

Tek yönlü mikrofonların özellikleri:

Unidirectional (cardioid, supercardioid, hypercardioid, hemispherical, half-cardioid, half-supercardioid)

• Seçici alış.
• Oda akustiğini, arka plan gürültülerini ve etraftaki ses kaynaklarından gelecek sızıntıları reddeder.
• İyi izalasyon – kanal kayıtlarında iyi ayırım sağlarlar.
• Yakın mikrofonlamada bas frekanslarında yüklenme yaparlar (proximity efekt) – Tutamağında delik bulunan modeller dışında
• Seslendirme sistemlerinde geri beslemeye girmeden ulaşabildikleri maksimum kazanç yüksektir.
• Çakışan (90°) veya neredeyse çakışan mikrofonlama için idealdirler.
• Mikrofonun önündeki ses kaynakları için geniş bir ses alış alanı.
• Mikrofona arkadan gelen sesler için ideal sağırlık.

Cardioid (Kalp şekilli)

Sadece önden gelen sesleri alır, arkadan gelenleri reddeder.

Supercardioid (süper kalp şekilli)

Cardiodid’den daha dar bir ön alış alanı vardır ancak tam arkada da dar bir alandan gelen sesleri alır, arkada iki ölü noktası vardır. Ana ses kaynağıyla birlikte mekandan yansıyan ambiyansı da hafifçe almak için idealdir.

• Ön yarıküre ile arka yarıküre alışı arasında maksimum fark (sahne mikrofonlaması için idealdir)
• Cardioid’den daha fazla izalasyon
• Cardioid’den daha az mekan yankısı (reverb) alışı

Hypercardioid (hiper kalp şekilli)

Supercardiodid’den daha dar bir ön alış alanı vardır ancak arkadan gelen sesleri alış alanı daha geniştir, arkada iki ölü noktası vardır.

• Tek yönlü mikrofonlar arasında en fazla yan ses reddi.
  • Maksimum izalasyon – maksimum reverb/sızıntı/geri besleme/arka plan gürültü reddi.

Half-unidirectional (Yarı tekyönlü)

Bidirectional/Cosine/Figure of 8 (çift yönlü/kosinüs veya 8 şeklinde mikrofon da denir).

Önden ve arkadan gelen sesleri alır, yanları reddeder.

• Önden ve arkadan gelen sesleri alır, yandan gelenleri reddeder (karşılıklı röportaj veya karşılıklı vokal gruplarının kayıtlarında idealdir)
• Overhead (başüstü) olarak yerleştirildiği zaman orkestra bölümlerinde maksimum izalasyon sağlar.
• Blumlein stereo mikrofonlama için idealdir (iki çiftyönlü mikrafon birbirini 90° kesecek biçimde yerleştirilir, biri sağ diğeri sol kanal, manyak bir stereo kayıt verir)

Diyafram Boyutunun Etkileri

Diyafram büyüdükçe;

• İç gürültü (Self Noise) azalır
• Frekans aralığı (Frequency range) daralır
• Taşıyabileceği ses şiddeti seviyesi (SPL Handling) değeri azalır.
• Dinamik aralığı (Dynamic range) azalır.
• Hassasiyeti (Sensitivity) artar

Transformerli ve transformersiz mikrofonların karşılaştırması

(Transformerli/Transformersiz)

• Hassasiyet (Sensitivity): Düşük / Yüksek
• Gürültüye bağışıklık (Noise immunity): Yüksek/Düşük
• Kablo sürebilme kapasitesi (Cable drive capacity): Uzun/Kısa
• Alt frekans taşıyabilme (Low frequency handling): Daha Az Hassas/İyi