الگوی قطبی میکروفن چیست؟

درک الگوهای قطبی میکروفن در نگاه اول ساده به نظر می‌رسد. نمودارهای دایره‌ای که برای نمایش نحوه دریافت صدا توسط میکروفن استفاده می‌شوند، معمولاً با شکل‌های مختلفی مانند دایره برای الگوی همه‌جهته، قلب برای الگوی کاردیوید، شکل قارچ برای الگوی سوپرکاردیوید و عدد ۸ برای الگوی دوطرفه نمایش داده می‌شوند.

اما شناخت واقعی این الگوها تنها با مشاهده نمودارها کامل نمی‌شود. تفاوت الگوهای قطبی را می‌توان با بررسی نحوه دریافت صدا در مقابل میکروفن و در زوایای مختلف، یعنی صدای روی محور و خارج از محور، بهتر درک کرد.

در این بررسی، ویژگی‌های هر یک از الگوهای قطبی و تأثیر تغییر زاویه منبع صوت نسبت به میکروفن بررسی می‌شود تا تفاوت آن‌ها در دریافت صدا و میزان حساسیت به صداهای خارج از محور به‌صورت دقیق‌تر مشخص شود.

انواع الگوی قطبی میکروفن

نمودارهای الگوی قطبی، نمایشی دقیق از میزان حساسیت میکروفن در زوایای مختلف ارائه می‌کنند؛ با این حال، این نمودارها معمولاً رفتار میکروفن را به‌صورت دوبعدی نمایش می‌دهند، در حالی که عملکرد واقعی آن در یک فضای سه‌بعدی شکل می‌گیرد.

برای نمونه، در یک میکروفن همه‌جهته (Omnidirectional)، الگوی دریافت صدا به‌طور ایده‌آل باید در تمام جهات یکنواخت باشد؛ به این معنا که تغییر موقعیت منبع صوتی در اطراف میکروفن، در حالت ایده‌آل نباید تأثیر قابل‌توجهی بر میزان دریافت صدا داشته باشد. با این حال، در میکروفن‌های واقعی، پاسخ آن‌ها لزوماً در تمام جهات کاملاً یکسان نیست و طراحی و ساختار فیزیکی میکروفن می‌تواند بر نحوه دریافت صدا در زوایای مختلف تأثیر بگذارد.

از این رو، برای درک دقیق الگوهای قطبی، بررسی نمودار به‌تنهایی کافی نیست. شنیدن نحوه تغییر صدا با تغییر زاویه نسبت به میکروفن، دیدگاه دقیق‌تری درباره عملکرد واقعی هر الگوی قطبی ارائه می‌دهد.

پیش از بررسی این تفاوت‌ها، ابتدا مفهوم الگوی قطبی میکروفن و نحوه عملکرد آن را مرور می‌کنیم.

مبانی الگوهای قطبی

الگوهای قطبی اصلی میکروفن به چند دسته تقسیم می‌شوند که میزان حساسیت هر یک نسبت به زاویه ورود صدا، بر حسب درجه مشخص می‌شود. مهم‌ترین الگوهای قطبی عبارت‌اند از:

• همه‌جهته (Omnidirectional)
• دوطرفه یا شکل ۸ (Figure-8)
• کاردیوید (Cardioid)
• سوپرکاردیوید (Supercardioid)
• هایپرکاردیوید (Hypercardioid)
• ساب‌کاردیوید (Subcardioid)
• لوبار یا شاتگان (Lobar / Shotgun)

منظور از «درجه» چیست؟

در این مبحث، منظور از درجه، زاویه قرارگیری منبع صوتی نسبت به محور اصلی میکروفن است؛ به عبارت دیگر، این زاویه مشخص می‌کند صدا از چه جهتی به میکروفن می‌رسد.

اگر منبع صوتی مستقیماً در مقابل میکروفن قرار داشته باشد، زاویه ۰ درجه (0°) است. این موقعیت که با عنوان On-Axis شناخته می‌شود، در امتداد محور اصلی دریافت میکروفن قرار دارد.

با حرکت منبع صوتی به‌صورت مستقیم به یکی از طرفین میکروفن، زاویه به ۹۰ درجه (90°) می‌رسد. در صورتی که منبع صوتی مستقیماً در پشت میکروفن قرار گیرد، این زاویه ۱۸۰ درجه (180°) خواهد بود.

این زوایا مبنای بررسی الگوی قطبی میکروفن هستند و نشان می‌دهند حساسیت میکروفن نسبت به صدا، با تغییر جهت منبع صوتی چگونه تغییر می‌کند.

تعریف انواع الگوهای قطبی میکروفن

الگوی قطبی همه جهته (Omnidirectional)

الگوی قطبی همه‌جهته (Omnidirectional) که به اختصار Omni نامیده می‌شود، یکی از ساده‌ترین الگوهای قطبی برای درک نحوه دریافت صدا است. در این الگو، میکروفن صدا را تقریباً از تمام جهات اطراف خود دریافت می‌کند و جهت منبع صوتی تأثیر قابل‌توجهی بر میزان دریافت آن ندارد.

میکروفن‌های مورد استفاده در تلفن‌های همراه نمونه‌ای رایج از میکروفن‌های همه‌جهته هستند. این ویژگی برای مکالمات و جلسات ویدئویی کاربردی است، زیرا امکان دریافت صدای چندین نفر در اطراف دستگاه را فراهم می‌کند. با این حال، همین ویژگی باعث می‌شود صداهای ناخواسته محیط نیز به‌سادگی وارد ضبط شوند؛ از صدای حیوانات خانگی گرفته تا صداهای پس‌زمینه مانند هواپیما، قطار و خودرو. در واقع، میکروفن همه‌جهته میان صداهای مطلوب و نامطلوب بر اساس جهت آن‌ها تمایز قائل نمی‌شود و هر صدایی را که از اطراف دریافت کند، ثبت خواهد کرد.

در حالت ایده‌آل، یک میکروفن همه‌جهته باید تمام فرکانس‌ها را با حساسیتی یکسان از تمام جهات دریافت کند. با این حال، این ویژگی در میکروفن‌های واقعی همیشه به‌طور کامل برقرار نیست و پاسخ میکروفن می‌تواند بسته به فرکانس و زاویه ورود صدا تغییر کند.

از نمونه‌های میکروفن‌های دارای الگوی قطبی همه‌جهته می‌توان به میکروفن‌های کندانسر دیافراگم کوچک و برخی میکروفن‌های Earset اشاره کرد.

الگوی قطبی Figure-8

الگوی قطبی Figure-8 که معمولاً در میکروفن‌های ریبون دیده می‌شود، صدا را به‌صورت یکنواخت از جلو و پشت میکروفن دریافت می‌کند، اما در دو طرف میکروفن حساسیت آن به حداقل می‌رسد.

دلیل این ویژگی به نحوه عملکرد میکروفن‌های گرادیان فشار (Pressure-Gradient) بازمی‌گردد. در میکروفن ریبون، عنصر حساس به اختلاف فشار هوا میان دو طرف ریبون واکنش نشان می‌دهد. اگر فشار هوا در دو طرف ریبون یکسان باشد، حرکتی در ریبون ایجاد نمی‌شود و در نتیجه سیگنال قابل‌توجهی تولید نخواهد شد.

برای درک این موضوع، می‌توان یک آزمایش ساده را در نظر گرفت: اگر یک برگ کاغذ را به‌صورت عمودی مقابل دهان قرار دهید و روی آن بدمید، فشار هوا در سمت نزدیک به دهان بیشتر از سمت دیگر خواهد بود و کاغذ حرکت می‌کند. اما اگر کاغذ را ۹۰ درجه بچرخانید و از لبه آن به آن بدمید، فشار هوا در دو طرف تقریباً یکسان می‌شود و کاغذ حرکت نمی‌کند.

عنصر ریبون نیز بر اساس همین اصل عمل می‌کند. بنابراین، هنگامی که منبع صوتی در زاویه ۹۰ یا ۲۷۰ درجه نسبت به میکروفن قرار داشته باشد، فشار ایجادشده در دو طرف ریبون تقریباً برابر است و میکروفن عملاً حساسیت بسیار کمی نسبت به آن منبع خواهد داشت. به همین دلیل، در نمودار الگوی شکل ۸، در طرفین میکروفن نقاط Null یا نواحی با کمترین حساسیت مشاهده می‌شود.

در این نقاط، صدا صرفاً ضعیف‌تر نمی‌شود؛ در حالت ایده‌آل، تقریباً به‌طور کامل حذف می‌شود. اگر در زاویه دقیق ۹۰ درجه همچنان صدایی از یک میکروفن ریبون دریافت شود، این صدا می‌تواند ناشی از بازتاب‌های محیطی باشد که از طریق جلو یا پشت میکروفن به عنصر حساس می‌رسند.

میکروفن‌های ریبون از نمونه‌های رایج میکروفن‌های دارای الگوی قطبی شکل ۸ هستند.

الگوی قطبی کاردیوئید (Cardioid)

الگوی قطبی کاردیوئید (Cardioid) بیشترین حساسیت را در بخش جلویی میکروفن دارد و با افزایش زاویه منبع صوتی نسبت به محور اصلی، میزان دریافت صدا کاهش پیدا می‌کند. به بیان ساده، میکروفن کاردیوید صداهای روبه‌روی خود را بهتر دریافت می‌کند و نسبت به صداهای جانبی و پشت میکروفن حساسیت کمتری دارد.

این الگو یکی از رایج‌ترین الگوهای قطبی در کاربردهای زنده (Live) است؛ زیرا امکان دریافت صدای خواننده یا ساز مقابل میکروفن را فراهم می‌کند و هم‌زمان به کاهش دریافت صدا از مانیتورهای صحنه و سازهای مجاور کمک می‌کند.

به همین دلیل، الگوی کاردیوید برای اجراهای زنده و موقعیت‌هایی که کنترل صداهای ناخواسته اهمیت دارد، کاربرد گسترده‌ای دارد.

الگوی قطبی سوپرکاردیوئید (Supercardioid)

الگوی قطبی سوپرکاردیوئید (Supercardioid) از نظر ساختار کلی مشابه کاردیوئید است، اما ناحیه دریافت آن در بخش جلویی باریک‌تر و متمرکزتر است. در نتیجه، میکروفن نسبت به صداهایی که از طرفین وارد می‌شوند، حساسیت کمتری نشان می‌دهد.

در الگوی سوپرکاردیوئید، بیشترین میزان حذف صدا معمولاً در نواحی پشتِ کناره‌های میکروفن، در حدود ۱۲۰ درجه خارج از محور (Off-Axis) رخ می‌دهد. این ویژگی باعث می‌شود سوپرکاردیوئید در مقایسه با کاردیوئید، کنترل بیشتری بر صداهای جانبی داشته باشد.

بااین‌حال، این افزایش تمرکز در بخش جلویی یک ناحیه دریافت در پشت میکروفن ایجاد می‌کند. در زاویه ۱۸۰ درجه، حساسیت دوباره افزایش می‌یابد و مقدار مشخصی از صدای پشت میکروفن دریافت می‌شود. بنابراین، هنگام استفاده از میکروفن سوپرکاردیوئید، محل قرارگیری منابع صوتی و به‌ویژه مانیتورهای صحنه باید با دقت بیشتری در نظر گرفته شود.

Shure Beta 58A نمونه‌ای رایج از میکروفن‌های دارای الگوی قطبی سوپرکاردیوئید است.

الگوی قطبی هایپرکاردیوئید (Hypercardioid)

الگوی قطبی هایپرکاردیوئید (Hypercardioid) نسبت به سوپرکاردیوئید، باریک‌تر و متمرکزتر است و حساسیت بیشتری را در راستای محور اصلی میکروفن حفظ می‌کند.

در مقابل، ناحیه دریافت صدا در پشت میکروفن در این الگو بزرگ‌تر و مشخص‌تر است؛ بنابراین، اگرچه هایپرکاردیوئید صداهای جانبی را با شدت بیشتری کاهش می‌دهد، نسبت به صداهایی که از بخش پشتی وارد می‌شوند، حساسیت بیشتری دارد. برای مثال می توان به میکروفن Audio-Technica AT2040 USB اشاره نمود.

الگوی قطبی ساب‌کاردیوئید (Subcardioid)

الگوی قطبی ساب‌کاردیوئید (Subcardioid) را می‌توان نوعی الگوی همه‌جهته (Omnidirectional) با کاهش جزئی حساسیت در بخش پشتی در نظر گرفت. این الگو همچنان امکان دریافت صدا از طیف گسترده‌ای از جهات را فراهم می‌کند، اما در مقایسه با الگوی همه‌جهته، حساسیت بیشتری به صداهای مقابل میکروفن دارد.

ساب‌کاردیوئید زمانی کاربرد دارد که دریافت نسبتاً گسترده و طبیعی صدا از محیط موردنیاز باشد، اما در عین حال بخواهیم جهت جلوی میکروفن تا حدی در اولویت قرار گیرد.

الگوی قطبی شاتگان یا لوبار (Shotgun / Lobar)

الگوی قطبی لوبار (Lobar) که در میکروفن‌های شاتگان (Shotgun) استفاده می‌شود، برای دریافت بسیار جهت‌دار صدا طراحی شده است؛ به همین دلیل در موقعیت‌هایی مانند ضبط دیالوگ در فیلم‌برداری و محیط‌های پرنویز کاربرد زیادی دارد.

میکروفن شاتگان بیشترین حساسیت را در مقابل خود دارد و با افزایش زاویه نسبت به محور اصلی، حساسیت آن در طرفین به‌سرعت کاهش پیدا می‌کند. بااین‌حال، در نمودار قطبی آن معمولاً لوب‌های فرعی کوچکی در بخش‌های جانبی و پشتی نیز دیده می‌شود که نشان‌دهنده دریافت محدود صدا از این نواحی است.  از نمونه‌های رایج این نوع میکروفن می توان به Pixel MC650، Audio-Technica AT8035 و Audio-Technica BP4029 اشاره کرد.

میکروفن‌های چندالگویی (Multi-pattern Microphones)

در برخی میکروفن‌های دارای دو دیافراگم، می‌توان خروجی دو دیافراگم را به روش‌های مختلف با یکدیگر ترکیب کرد و در نتیجه، طیف گسترده‌ای از الگوهای قطبی را در اختیار داشت. این الگوها می‌توانند شامل همه‌جهته (Omnidirectional)، کاردیوئید (Cardioid)، سوپرکاردیوئید (Supercardioid) و شکل ۸ (Figure-8) و همچنین حالت‌های مختلف بین این الگوهای اصلی باشند.

برای مثال، Audio-Technica AT2050 یک میکروفن کاندنسر چندالگویی است که امکان انتخاب سه الگوی قطبی کاردیوید، همه‌جهته و شکل ۸ را فراهم می‌کند. این قابلیت باعث می‌شود بتوان از یک میکروفن، بسته به نوع منبع صوتی و شرایط ضبط، با الگوهای دریافت متفاوت استفاده کرد.

در مقابل، Audio-Technica AT2020 یک میکروفن با الگوی قطبی کاردیوید است و قابلیت تغییر میان چند الگوی قطبی را ندارد. بنابراین، نمونه‌ای مناسب برای مقایسه با میکروفن‌های چندالگویی محسوب می‌شود.

در بسیاری از میکروفن‌های دو دیافراگمه، یک کلید یا انتخابگر برای تغییر میان چند الگوی قطبی استاندارد در نظر گرفته شده است. در مدل‌های پیشرفته‌تر، امکان تنظیم تدریجی بین این الگوها نیز وجود دارد. در این حالت می‌توان میزان دریافت صدا از بخش پشتی و کناری میکروفن را به‌صورت دقیق‌تر کنترل کرد.

برای مثال، می‌توان الگو را از حالت همه‌جهته آغاز کرد و با کاهش تدریجی حساسیت بخش پشتی، آن را به سمت الگوهای جهت‌دارتر تغییر داد. همچنین می‌توان محل و میزان نقاط کمینه حساسیت در بخش پشتی و خارج از محور را تنظیم کرد تا الگوی دریافت با شرایط ضبط هماهنگ شود.

این قابلیت به‌ویژه زمانی اهمیت دارد که شرایط آکوستیکی محیط، محل قرارگیری منابع صوتی یا میزان صدای ناخواسته، نیاز به کنترل دقیق بر جهت دریافت میکروفن ایجاد کند.