Co je a jak se projevuje proximity efekt u mikrofonů
Proximity efekt lze jednoduše popsat jako jev, kdy při přiblížení mikrofonu ke zdroji zvuku (bodovému nebo liniovému) dojde k nárůstu basových frekvencí. V tomto článku si připomeneme některé základní informace a zároveň se na proximity efekt podíváme z poněkud pokročilejší perspektivy.
únor 2023
Většina zvukařů proximity efekt velmi dobře zná. V okamžiku, kdy si zpěvák přiloží mikrofon blízko k ústům, ve zvuku zesílí podíl basových složek. Jakmile mikrofon od úst oddálí, zvuk se ztenčí.
Proximity efekt se obecně projevuje u všech směrových mikrofonů (gradientní princip), ať už mají osmičkovou, hyperkardioidni, superkardioidní, nebo kardioidní a samozřejmě vším, co je mezi tím. Čím více se směrovost mikrofonu blíží tzv. osmičce, tím více se ve zvuku vliv proximity efektu nárůstem hloubek projevuje. Proximity efekt je také nejsilnější v ose mikrofonu. Pokud mikrofon natočíte tak, že je zdroj zvuku mimo osu, tento jev zeslábne.
Níže je vyobrazeno působení proximity efektu u mikrofonů se dvěma různými směrovými charakteristikami: osmičkovou a kardioidní (tzv. ledvinou). Oba mikrofony jsou umístěny v ose před bodovým zdrojem zvuku.
Je třeba si uvědomit, že některé mikrofony (například zpěvové mikrofony) jsou záměrně zkonsturovány tak, že s proximity efektem počítají a neutrální zvukovou odezvu mají právě v těsné blízkosti zvukového zdroje. U jiných je možné zaznamenat vyrovnaný frekvenční průběh naopak ve větší vzdálenosti, například 1 metr od zdroje zvuku (mikrofony pro snímání vzdálených nástrojů apod.). Proto, pokud máme u gradientních mikrofonů tuto vlastnost správně vyhodnotit (například podle technických specifikací), potřebujeme, aby výrobce vždy uváděl vzdálenost mikrofonu od zdroje, ve které je jeho frekvenční charakteristika neutrální (jinými slovy: křivka jeho odezvy je rovná a plochá).
Nezapomeňte, že u tlakových mikrofonů (všesměrové, s kulovou směrovou charakteristikou) se proximity efekt neprojevuje. Je to proto, že zvuk dopadá pouze na přední stranu membrány. Tlakový mikrofon je totiž v podstatě membrána před uzavřenou komoru.
Zdroje zvuku
Proximity efekt závisí na zdroji zvuku a jeho povaze. Bodový zdroj generuje sférické zvukové pole, kde hladina akustického tlaku (SPL) s každým dvojnásobkem vzdálenosti klesá o 6 dB. Gradientní mikrofon v blízkosti bodového zdroje (<1 m) vykazuje proximity efekt. Pokud je však zdrojem zvuku (nekonečný) plošný zdroj nebo bodový zdroj v určité vzdálenosti (>1 m), prakticky žádný proximity efekt neexistuje.
Obrázek č. 2: Bodový zdroj je v podstatě bezrozměrnou pulzující koulí. Vzniká zde určité množství zvukové energie, která se od tohoto bodu šíří rovnoměrně všemi směry. S rostoucí vzdáleností od bodu se zvuk ředí, protože se zvuková energie rozprostírá do větší plochy. Při každém dvojnásobku vzdálenosti mikrofon zaznamená o -6 dB slabší signál.
U bodových zdrojů při každém dvojnásobku vzdálenosti SPL klesne o 6 dB.
U zdrojů liniových při každém dvojnásobku vzdálenosti klesne SPL o 3 dB.
U plošných zdrojů při každém dvojnásobku vzdálenosti SPL klesne o 0 dB.
Při pohledu na tato čísla bychom mohli lehce nabýt dojmu, že svět musí být extrémně hlučným místem, pokud v něm existují zdroje, jejichž akustický tlak nikdy neklesá. To by ovšem platilo pouze v případě, že plošné zdroje budou nekonečně velké, což nejsou. Každý plošný zdroj se totiž na dálku chová jako zdroj bodový. Níže si uvedeme praktický příklad tohoto jevu:
Zvukovým zdrojem je studiový monitor, jehož reproduktor je vybaven koaxiálními membránami, které vyzařují basové, středové a vysoké frekvence. Dělící (cross-over) frekvence jsou 500 Hz a 3 kHz.
Reprodukovaným signálem je růžový šum.
Měřené vzdálenosti: 64, 32, 16, 8, 4, 2 a 1 cm.
Při posunu z 64 na 32 cm nebo z 32 na 16 cm se akustický tlak zvýší o 6 dB na všech frekvencích. Pokud se však přesuneme ze vzdálenosti 8 cm na 4 cm nebo ze 4 cm na 2 cm, nízké frekvence zůstanou téměř nezměněny, zatímco vysoké frekvence se stále zesilují. Při přechodu ze 2 cm na 1 cm (z červené křivky na modrou) dojde k zesílení pouze u frekvencí nad 3 kHz. Tato měření byla provedena s pomocí všesměrového mikrofonu (tedy bez působení proximity efektu).
Proč se to děje?
Už víme, že proximity efekt (efekt blízkosti, chcete-li) se projevuje pouze u gradientních mikrofonů (pro zjednodušení řekněme směrových). Vysvětlení je nasnadě: U gradientních mikrofonů je akustický tlak (zvuk) přiváděn na přední i zadní stranu membrány (na zadní straně membrány je vpust). Pohyb membrány tak vzniká jako reakce na rozdíl tlaku mezi přední a zadní částí (gradient). Vzdálenost mezi přední a zadní částí se pohybuje v rozmezí od 1 do 2 cm. Při nízké frekvenci (s vlnovou délkou několika metrů) je rozdíl tlaku v 1 až 2 cm zvukové vlny malý. U vyšších frekvencí se tento rozdíl zvětšuje. (viz článek „Microphone technology – basics“, obr. 4 a 5).
K tomuto primárnímu gradientu se při přiblížení zdroje k mikrofonu (na vzdálenost ≤1 m) přidává další dodatečný rozdíl tlaku, který se odvíjí od vzdálenosti. Je-li zdroj zvuku vzdálen od přední strany membrány 2 cm, pak je vzdálenost k zadní části membrány delší, řekněme například 4 cm. Vzdálenost k zadní straně je tedy v tomto případě dvojnásobkem vzdálenosti ke straně přední. Jestliže je zdrojem zvuku bodový zdroj, pak je rozdíl akustického tlaku na přední a zadní části membrány 6 dB (na zadní části je o 6 dB slabší). Tento rozdíl je třeba považovat za tzv. dodatečný gradient. Účinkuje však pouze u nízkých frekvencí, neboť primární gradient je při daném rozsahu slabý.
Z toho vyplývá: Pokud se mikrofon nachází v blízkosti bodového zdroje, dojde k zesílení basů.
„V ose“ versus „mimo osu“
Vzdálenost mezi přední a zadní stranou membrány se u zvukové vlny mění rovněž se sklonem mikrofonu. Pokud mikrofon míří ke zdroji zvuku přímo, dosahuje tato vzdálenost maxima. Nepřichází-li zvuková vlna v ose, rozdíl vzdáleností se zmenšuje a zmenšuje se tak i účinek proximity efektu. Pokud zvuková vlna urazí stejnou vzdálenost k přední i zadní části membrány, k žádnému proximity efektu nedochází. V případě kardioidního mikrofonu tato situace nastane, když je úhel „dopadu“ přesně 90 stupňů. Pokud mikrofon vytočíte z jeho neutrálního úhlu, proximity efekt se znovu projeví. Je-li mikrofon v pozici zcela mimo osu (tedy přibližně 180 stupňů), proximity efekt bude opět zde.
Kdy se to děje?
K proximity efektu dochází, vychází-li zvuk z bodového nebo liniového zdroje a je-li použit mikrofon gradientního typu (směrový), který směřuje přímo ke zdroji zvuku. Proximity efekt se neprojeví, pokud je zdrojem zvuku plošný zdroj, pokud je použitý mikrofon tlakový, nebo mikrofon směřuje do strany. Mezi těmito konkrétními podmínkami ovšem existují různé odchylky.
U hudebních nástrojů se povaha (ekvivalent) zvukového zdroje jen těžko předvídá či definuje.
Níže najdete několik příkladů.
Trubka
V některých případech se proximity efekt neprojeví „vinou“ frekvenční odezvy nástroje. Ačkoliv lze například trubku v principu definovat jako bodový zdroj, její frekvenční rozsah nezasahuje do basového pásma. Při nahrávání trubky proto není blízkost mikrofonu problematická. (DPA 4011)
Klavír
Klavír (respektive prostor těsně nad strunami) je považován za plošný zdroj, třebaže jednotlivé struny lze pokládat za něco jiného. Je-li mikrofon umístěn ve výškách 2, 4, 8 a 16 cm, úrovně akustického tlaku zůstávají relativně konstantní. Neprojevuje se tu žádný proximity efekt (nic, co by zdůrazňovalo basové frekvence).
Akustická kytara
Akustická kytara se při blízkém snímání (mikrofony jsou v tomto případě umístěny těsně za kobylkou ve středové ose dřevěné ozvučné desky) chová jako plošný zdroj. V této poloze mikrofonů vůči nástroji nicméně není frekvenční spektrum kytary poslechově příliš atraktivní, proto zvukaři obvykle upřednostňují jinou metodu snímání, především kvůli silnějšímu zvuku z ozvučnicového otvoru.
Kopák / velký buben
Dalo by se očekávat, že blána kopáku bude s ohledem na svůj velký průměr odpovídat vlastnostem plošného zdroje. Chová se ale spíše jako zdroj bodový. Blána bubnu není „čistokrevným“ plošným zdrojem v žádné vzdálenosti, proto je třeba počítat s přítomností proximity efektu a věnovat pozornost výběru vhodného mikrofonu. Ten by neměl být příliš závislý na gradientní složce.
Nový model DPA 4055 pro ozvučení kopáku je gradientním mikrofonem, jehož směrová charakteristika odpovídá „otevřené kardioidě“ – tedy pomezí mezi tzv. širokou kardioidou a kardioidou. To v praxi znamená menší proximity efekt než u kardioidního mikrofonu a také to, že DPA 4055 vykazuje plnou nízkofrekvenční odezvu i na větší vzdálenost. Zvukaři tak klidně mohou mikrofon umístit dostatečně daleko, aby se ho vibrující blána nedotýkala.
Mikrofon rovněž zvládá nadměrné úrovně hlasitosti jaké bývají v okolí bubnu a zejména uvnitř bubnu. Navíc nemusí nutně směřovat přímo na rezonanční blánu, otvor rezonanční blány nebo k místu, kam na úderovou blánu dopadá palička šlapky. DPA 4055 zvukařům dovoluje experimentovat s umístěním mikrofonu vně i uvnitř bubnu, tak aby v každé situaci docílili správné razance.
Metoda měření
Každý hudební nástroj byl nahráván několika mikrofony současně. Po té byly signály analyzovány pomocí analyzačního FFT programu: spektrum, 1/3oktávové pásmo, doba průměrování >1 minuta.
Data (spektra) všech záznamových vzdáleností (64, 32, 16, 8, 4, 2, a případně i 1 cm) byla převedena do tabulkového procesoru. U každé vzdálenosti došlo k odečtení dat nahrávek všesměrového mikrofonu z dat mikrofonu kardioidního. Výsledná křivka tedy ukazuje rozdíl mezi oběma mikrofony. Pokud by mezi nimi nebyl žádný rozdíl, blížila by se křivce vodorovné. (Rozdíl v citlivosti byl kompenzován.) Tam, kde se projevil proximity efekt, došlo k nárůstu nízkých frekvencí.
Související články – mohlo by vás zajímat:
Potřebujete poradit s výběrem vhodného mikrofonu na zpěv nebo na ozvučení hudebního nástroje? Přijd'te si je k nám vyzkoušet.