MIKROFON (PART1)

Mikrofon penghapus kebisingan (noise cancelling microphone) telah dikembangkan untuk aplikasi percakapan yang berjarak dekat dalam lingkungan yang berisik, misalnya komentar olahraga, paging dan telepon tipe khusus. Suatu perangkat genggam pita-sisi klasik yang didesain kembali pada tahun 1930-an namun masih cukup populer pada reporter radio dan komentator olahraga. Menggunakan suatu pita transduser dengan sebuah batang penghalang depan untuk memastikan bahwa mulut pengguna berada pada jangkauan kerja 63 milimeter. Efek dekat pada jarak ini adalah suara dikeraskan secara alami dan mesti disamakan yang berarti steep bass-cut filter (filter pemotongan kecuraman bass) yang dapat dialihkan pada tiga pengaturan untuk menyesuaikan suara individu. Setelah difilter, respon tehadap suara mendekati level kurva sedangkan kebisingan luar secara drastis berkurang. Memang kebisingan sangat jauh berkurang dimana teknisi akan sering menambah satu alat atau lebih yang memisahkan ‘atmosfer’ mikrofon untuk mengembalikan suasana acara tersebut.

Radio Mikrofon (wireless) menggunakan transmisi radio FM ketimbang kabel mikrofon biasa dan seringkali dipakai dalam pertunjukkan panggung dan televisi, dan aplikasiyang lain dimana kebutuhan kebebasan gerakan yang terpenuhi.radio mikrofon sendiri biasanya hanya berukuran sangat kecil dan dilampirkan atau disembunyikan dalam pakaian. Versi perangkat genggam lebih besar yang tersedia juga memiliki pemancar yang terpasang dalam handgrip yang disispkan suatu antena pendek. Pada model pemancar yang lebih kecil ditempatkan pada suatu bagian yang terpisah yang seukuran dengan kalkulator saku dan terhubung pada mikrofon dengan kabel sekitar 1 meter yang mungkin juga berfungsi layaknya antena. Sinyal audio dari mikrofon merupakan frekuensi modulasi pada radio pembawa. Alokasi pita frekuensi dan peraturan perizinan berbeda dari satu negara dengan negara yang lain, dengan 2 bidang VHF dan UHF yang digunakan dan pengukuran desain yang rumit untuk mengatasi masalah praktis dalam mempertahankan tingkatan sinyal yang konsisten dan kualitas suara ketika artis bergerak mengelilingi panggung atau seluruh studio TV. 8 dan 2 meter bidang VHF, dengan panjang gelombang yang relatif panjang, tanpa kehilangan efek halangan namun memerlukan antena yang panjangnya proporsional (hingga 75 cm). Bidang UHF hanya memerlukan antena yang pendek (10-20 cm) tetapi mudah terhalang oleh rintangan dalam jalurnya. Akhirnya pemilihan bidang gelombang mungkin saja dipengaruhi oleh regulasi lokal dan resiko interferensi radio dari sumber yang telah diketahui seperti taksi atau ambulan yang lewat. Pertunjukkan musik yang cukup besar mungkin saja memerlukan suatu sistem yang terdiri dari 30 mikrofon atau lebih dengan pengalihan konstan diantara kanal transmisi yang tersedia sebagai hasil dari pertunjukan.

Kebanyakan model lama yang ketinggalan zaman daripada radio mikrofon sebenarnya yang telah dijelaskan ialah mikrofon RF kondenser. Dirancang sebelum tersedianya Head-Amplifier yang berkualitas tinggi dan masih cukup dikenal. Mikrofon secara sendiri tersusun dari rangkaian osilator RF (8 Mz) dan rangkaian modulator serta demodulator FM. Mengubah kapasitansi yang sesuai untuk getaran diafragma menghasilkan sinyal audio yang dibutuhkan yang memodulasi frekuensi RF seperti dalam siaran FM, dan sinyal yang dihasilkan di-demodulasi untuk memberikan output standar pada kabel yang terhubung. Stabilitas dan ketahanan yang tinggi diakui dan biasanya tegangan polarisasi yang tinggi berkurang menjadi sekitar 10 volt.

Mikrofon 2 arah (two-way microphone) mengandung elemen diafragma/transduser yang terpisah untuk melindungi frekuensi tinggi dan frekuensi rendah, dikombinasikan melalui persilangan jaringan frekuensi yang selektif seperti pada pengeras suara  dua arah. Tujuan utamanya yaitu menghasilkan pola direktivitasyang lebih konsisten dan frekuensi respon yang tinggi dibandingkan yang biasanya diperoleh ketika diafragma tunggal telah melindungi lebar bidang (bandwidth) audio secara penuh.

Mikrofon (otomatis) yang diaktifkan oleh suara (voice-activated microphone) dipakai dalam berbagai kondisi seperti pada ruangan konferensi, gereja dan monitor penyusup sistem keamanan. Dalam desain dasar, output mikrofon dinonaktifkan oleh suatu rangkaian gerbang level sensitivitas (level sensitive gating) sampai pada tingkat ambang batas tekanan suara yang telah ditentukan. Sebagai contoh, pada suatu diskusi tertutup, tiap pembicara dapat memakai mikrofon secara terpisah, namun secara normal kebingungan diawali oleh kebisingan sebagai latar belakang dan kesalahan beberapa fase dengan seluruh mikrofon yang terbuka secara permanen dapat dihindari. Tiap mikrofon akan menjadi hidup hanya ketika berbicara secara langsung dari dalam sudut penerimaan (‘jendela’). Suatu pengembangan yang lebih lanjut dari skema ini menggunakan 2 kapsul mikrofon kardioid kembali untuk menghindari keperluan pengaturan yang tepat dari tingkat ambang batas. Kapsul bagian belakang secara terus-menerus mengawasi tingkat suara yang berubah sementara bagian depan kapsul utama dikatifkan setiap kali beberapa tingkat diferensial (katakanlah 10 dB) terlampaui dengan ucapan langsung.

Mikrofon kontak (contact microphone), seperti namanya secara fisik dilekatkan pada sumber suara dan merespon getaran mekanis lebih cepat dibandingkan tekanan gelombang udara. Oleh karena itu, semuanya tidak secara tepat mikrofon berbicara, tetapi termasuk pada golongan transduser mekanis/elektris yang mana meliputi pengukur regangan, mikrofon pick-up gitar dan akselerometer dipakai untuk mengukur getaran. Prinsip transduser yang paling umum digunakan ialah kumparan bergerak dan kondensor/elektret. Bagian bisa diikat atau ditempelkan pada papan suara atau bodi setiap instrumen musik akustik –string, angin atau perkusi, dan tentu haruslah ringan.

Keuntungannya ialah bebasnya gerakan yang terpenuhi bagi musisi, pemisahan suara yang bagus dari suara instrumen lainnya atau suara-suara dan penolak kebisingan yang tidak beraturan (misalnya penonton). Pada suatu desain, prinsip elektret dipakai dalam bentuk strip yang kira-kira hanya 1 mm tebalnya, 25 mm lebarnya dan sekitar 75 sampai 200 mm panjangnya.

Mikrofon bawah air (underwater microphone) digunakan sebagai peningkatan dengan menangguhkan mikrofon standar, berjenis kumparan bergerak, di dalam pelindung yang kedap air. Versi terbaru seringkali berjenis piezoelectric yang tersedia sebagai rakitan bebas korosi dengan jadi satu dengan amplifier dan kabel khusus yang kedap air sehingga dapat dipakai pada kedalaman air hingga 1000 meter.

Mikrofon untuk Stereo (Microphone for Stereo)

Permulaan yang agak meragukan pada tahun 1950-an, stereophony dua kanal secara besar-besaran mengambil alih metode standar dalam rekaman musik dan studio penyiaran. Suara mono kanal tunggal tentu tidaklah benar-benar hjilang, contohnya pada radio AM dan sebagian besar program Televisi, namun stereo asli dan bahkan surround sound sekarang menjadi lebih umum di bioskop dan video.

Ilusi Stereo (The Stereo Illusion)

Stereophony berasal dari kata Yunani untuk ‘solid (padat)’, adalah suatu upaya untuk mereproduksi suara sedemikian rupa sehingga pendengar  memiliki perasaan yang sama tersebar pada sebelah kiri dan sebelah kanan pada area depan, dan kemampuan yang sama untuk menentukan arah dari suara individu maupun instrumennya, seperti dia pada saat menonton pertunjukkan langsung. Perbedaan penting yang harus diperhatikan antara arah pendengaran alami dan ilusi dari arah yang terbuat dalam rekaman dan reproduksi stereophonik. Seorang pendengar pada suatu sistem stereo dua pengeras suarayang terpisah sebenarnya mendengar segelanya dua kali, semenjak suara dari kedua pengeras suara mencapai kedua telinga (gambar 2.21). Penggandaan sinyal yang tidak nyata ini menetapkan batas untuk mengetahui sejauh mana stereo 2 kanal dapat dengan tepat membuat pengalaman suara langsung. Efek stereo diperoleh dengan mengirimkan  kedua sinyal pengeras suara kiri-kanan yang berbeda satu sama lain dalam beberapa cara yang menciptakan suatu ilusi suara panggung yang diperluas melewati busur imajiner yang menggabungkan 2 pengeras suara. Gambar 2.21 menunjukkan tata letak standar untuk pendengaran stereo yang menempatkan pendengar dan 2 pengeras suara pada sudut-sudut suatu segitiga sama sisi. Hal ini berarti sudut reproduksi 60⁰ besarnya.

 Gambar 2.21. pengeras suara stereo: pada tata letak konvensional a=b=c dan umumnya berjarak antara 2 dan 4 meter. Perhatikan bahwa suara dari tiap-tiap pengeras suara  mencapai kedua telinga, dengan sedikit waktu tunda ke lokasi telinga yang terpencil.

Pada praktiknya, pencitraan busur suara khayalan yang diperlukan dapat dibentuk dengan menggunakan sepasang mikrofon (atau melewatkan suatu sinyal mono tunggal melalui panpot, sebagaimana dijelaskan di bawah) sehingga membuat sinyal dari pengeras suara berbeda dengan jumlah intensitas yang kecil, waktu atau keduanya. Secara tradisi, ‘intensitas stereo’ dianggap sebagai yang paling efektif. Hal ini diilustrasikan pada gambar 2.22 dimana tingkat sinyal mengumpankan pada suatu pengeras suara agar dapat dilemahkan. Lokasi sumber suara yang jelas kemudian akan bergerak secara maju dari posisi pusat (ketika tingkatnya sama) terhadap pengeras suara yang tidak terlemahkan. Prinsip yang sama membentuk dasar dari suatu panpot, atau potensiometer panoramik, yang menggunakan sepasang atenuator variabel yang masing-masing bekerja searah jarum jam dan berlawanan arah jarum jam untuk menggeser suatu sumber mono pada tiap titik yang diperlukan diantara kedua pengeras suara.

Gambar 2.22. Intensitas stereo: (a) pelemahan satu pengeras suara menyebabkan ilusi pencitraan untuk bergerak yang lebih maju daripada yang lain; (b) jenis pelemahan (dalam desibel) untuk posisi pencitraan yang melewati tingkatan stereo.

Mengganti suatu perangkat penunda variabel waktu untuk pelemahan pada gambar 2.22 akan menghasilkan suatu gerakan yang serupa dari pencitraan suara jauh dari posisi pusat. Sumber suara yang akan muncul ditempatkan dalam satu pengeras suara atau pada yang lain saat perbedaan waktu telah mencapai waktu sekitar 2 milidetik. Sejak kedua telinga mendengar 2 pengeras suara, tetapi akan ada beberapa hal yang membingungkan karena tingkatan pola secara fisik dan perbedaan waktu, karena jarak telinga, dan gangguan yang berasal dari pengeras suara itu sendiri. Pada intensitas stereo ini perbedaan dimensionalyang tetap memperkuat efek yang diinginkan, tetapi pada waktu tunda stereo dapat diawali dengan efek fase yang aneh. Tentu saja memungkinkan untuk mempertemukan kedua jenis perbedaan sinyal kiri/kanan secara sengaja, ketika efeknya akan menjadi bertambah.

Dasar Blumlein (Blumlein Basic)

Suatu pengaturan yang sangat umum dari sepasang mikrofon telah terkait dengan nama A.D. Blumlein yang telah mematenkan secara komprehensif paten No. 3934325 (14.6.1993) meliputi hampir setiap aspek pada stereo 2 kanal sebagaiman yang tel;ah ada sekarang. Dia menyadari bahwa intensitas stereo yang sederhana akan memberikan semua petunjuk arah yang diperlukan oleh telinga manusia dan menjelaskan beberapa pasang mikrofon untuk menghasilkan efek yang diharapkan, termasuk jarak mikrofon, omnidireksional dengan sebutan jaringan ‘seretan(shuffling)’ dan pengaturan M-S (tengah-dan-samping), yang keduanya akan dibahas nanti.

Pemasangan khusus yang sekarang dianggap sebagai dasar dari Blumlein terdiri dari 2 mikrofon identik 8 mikrofon yang diatur pada sudut ±45⁰ menuju sumbu depan (gambar 2.23). dua diafragma ditempatkan sedekat mungkin pada titik yang berjarak sama, setidaknya sejauh bidang horizontal yang bersangkutan, untuk mengeliminasi setiap perbedaan waktu kedatangan. Menggunakan mikrofon yang terpisah pasti hanya akan memberikan perkiraan secara kebetulan (gambar 2.23 (b)) namun mikrofon stereo yang khusus dengan kapsul kembar kiri-kanan dapat memperbaiki masalah dan memberikan perubahan termasuk sudut dengan memutar bagian atas kapsul (gambar 2.24).

  Gambar 2.23. Pemasangan bersama (intensitas) stereo: (a) dasar Blumlein; (b) lokasi kedua  diafragma untuk menyamakan bidang horizontal.

Sudut ini termasuk 90⁰ dan menghasilkan pencitraan yang sangat baik pada kuadran depan dimana jaraknya sendiri dari sumber, sebaik sebaran suara seragam yang bergaung diantara kedua pengeras suara. Nyatanya output dari kedua mikrofon berada pada fase yang berlawanan pada kedua sisi kuadran, memberikan masalah dengan pantulan sisi dinding sebagai contoh. Juga sumber suara yang terletak pada kuadran kanan-belakang akan disusul oleh lobus belakang-kiri mikrofon dan sebaliknya menyebabkan suara ini jadi terpancarkan oleh pengeras suara yang salah (cross channelled). Mikrofon modern yang memiliki diafragma kecil biasanya dipilih karena mereka dapat ditempatkan lebih dekat bersamaan. Mereka juga dinilai memiliki respon berdekatan yang lebih konsisten adripada jenis yang berukuran lebih besar. Hal ini sangat penting karena mikrofon tidak ditujukan secara langsung pada pusat solois sebagai contohnya, dan banyak sumber mungkin juga terletak berdekatan.

Sudut 90⁰ mengkombinasikan penerimaan sudut yang dihasilkan oleh pengaturan dasar Blumlein mungkin terlalu sempit untuk menyeimbangkan dengan tepat beberapa sumber suara yang menyebar. Hal ini dapat diubah dengan mengubah sudut timbal balik antara mikrofon atau membuatnya lebih lebar, mungkin untuk memperbolehkan posisi mikrofon lebih dekat, dengan mengganti mikrofon bidireksional dangan kardioid ataupun hiperkardioid. Ini memberikan suatu dasar yang meliputi sudut sampai 180⁰ dan 120⁰ secara tepat.

 

Gambar 2.24. Contoh desain mikrofon stereo yang memungkinkan sudut timbal balik diantara dua kapsul yang diatur dengan memutar bagian atas kapsul (AKG C422 dan C34).

M-S Stereo

Pengaturan lainnya dua mikrofon secara sesuai tercakup dalam paten Blumlein yang terdiri dari satu mikrofon, dimana bisa jadi tiap pola direktivitas, menunjuk ke depan (tengah) untuk memberikan suatu sinyal (L+R), dan jenis bidireksional lainnya pada sudut sebelah kanan (samping) memberikan sinyal (L-R). Pasangan tengah-dan-samping ini atau pasangan M-S memiliki sejumlah kelebihan namun memerlukan suatu matriks penjumlahan dan pengurangan jaringan untuk membuat sinyal konvensional kiri dan kanan. Akibatnya jaringan ini mengirimkan penjumlahan sinyal:

(M+S) = (L+R)+(L-R) = 2L, ke kanal sebelah kiri

(M-S) = (L+R)-(L-R) = 2R, ke sebelah kanan.

Pemilihan pola direktivitas komponen M memberikan berbagai perspektif stereo yang dapat diperluas dengan mengatur  sensitivitas relatif dari kanal M dan S. Ini juga memiliki keuntungan bahwa suatu penambahan sinyal turunan sederhana memberikan sinyal mono yang sesuai sepenuhnya: yaitu (M+S)+(M-S) =2M. Hal ini penting bagi penyiar yang pada umumnya memiliki keduanya baik pendengar mono maupun stereo agar dapat dipertimbangkan. Sinyal mono dapat menjadi berkualitas tinggi, tidak bergantung pada warna sumbu dan fase yang berubah dibuat dengan metode X-Y lainnya.

Mikrofon yang Tidak Bersesuaian/Berjarak (Non-Coincident Microphone)

Penggunaan mikrofon berjarak bagi stereo telah ada selama metode pasangan bersesuaian Blumlein. Hal ini akan disadari, bagaimanapun, bahwa menempatkan mikrofon berjarak di depan sumber suara akan berarti bahwa gelombang mencapai mikrofon kiri dan kanan berbeda dalam waktu kedatangannya atau fase sebaik intensitas. Ini dapat digunakan untuk menghasilkan efek yang membuka perlahan namun mungkin memberikan sedikit pencitraan yang konsisten lebih jauh, pusat pencitraan yang samar dan hasil dari mono yang tidak bisa diprediksi. Bila jarak terlalu besar, suatu efek ‘lubang di tengah’ dapat diperoleh dimana musisi pada sisi yang lain di pusat menjadi padat secara bersamaan dengan pengeras suara. Hal ini dapat dibersihkan dengan menambah mikrofon ketiga di tengah, yang tingkat pengaturannya relatif dan kemudian bisa menjadi seperti kontrol yang ‘lebar’.

Mikrofon Hampir Bersesuaian (Near-Coincident Microphone)

Dalam beberapa tahun terakhir ini, teknisi di bidang penyiaran dan rekaman telah mengembangkan berbagai macam konfigurasi mikrofon stereo yang mana menghindari keterbatasan utama baik kesesuaian maupun metode berjarak lebar. Secara umum susunan yang hampir berdekatan ini memakai sepasang mikrofon bersudut kardioid 16-30 cm secara terpisah. Mereka memberikan gambaran petunjuk arah yang jelas pada frekuensi tinggi dan berperilaku layaknya pasangan bersesuaian yang ideal pada frekuensi rendah.

Tipe khusus dari susunan hampir bersesuaian dipakai untuk rekaman binaural dimana sepasang mikrofon diatur pada jarak yang sama seperti pada telinga manusia, biasanya dipasang di kepala atau penyekatnya (gambar 2.25). Hasilnya dapat menjadi luar biasa realistis, saat mendengarkan pada headphone dan setiap telinga menerima sinyal secara terpisah dari suatu kanal.  Hal ini telah berhasil dipakai untuk drama radio dan dokumenter namun tidak dikembangkan lebih jauh karena tidak menerjemahkan pengeras suara dengan baik tanpa adanya adaptor jaringan yang disertakan.

 

Gambar 2.25 Rekaman binaural: menggunakan kepala atau penyekatnya agar dapat menghasilkan suara stereo yang realistis pada headphone, namun memerlukan suatu adaptor jaringan utnuk mendengar pengeras suara.

Suara Disekeliling (Surround Sound)

Sementara reproduksi secara stereo dapat memberikan suatu sebaran suara yang realistislebih dari busur standar 60⁰ pada bidang horizontal, banyak penelitian telah melakukan perluasan ini untuk surround sound berskala penuh 3 dimensional, barangkali dengan tinggi informasi sebaik sudut 360⁰ sebaran horizontal. Hanya kemudian, harus diakui, dengan situasi pada kehidupan nyata menerima suara dari semua arah yang memungkinkan dapat dibuat.

Awal dari sistem yang disebut Kuadrafonik pada tahun 1970-an mengandalkan pemakaian 4 kanal mikrofon, dengan matriks jaringan untuk mengkodekannya pada 2 kanal bagi rekaman atau transmisi pada sistem stereo yang biasa. Kuadrafonik tidak berhasil, sebagian karena masyarakat menemukan hasil yang tidak konsisten dan mahalnya biaya pengeras suara dan amplifier ekstra, tetapi terutama karena tidak ada artian yang sebenarnya dari waktu, fase hamburan dan arah kumandang dari gelombang suara.

Sistem Inggris yang dikenal dengan nama Ambisonik memecahkan sebagian besar masalah tersebut dan menawarkan ‘hierarki’ skema pengkodean dari format stereo UHJ yang cocok, dimana beberapa perusahaan rekaman siap menggunkannya. Semua cara bagi periphony memberikan pemutaran ulang secara penuh dari susunan pengeras suara yang cocok. Inti dari sistem Ambisonik ini ialah menggunakan 4 kapsul mikrofon area khusus yang ditemukan pada mikrofon Calrec Soundfield (gambar 2.26). Empat diafragma yang diatur sebagai suatu susunan tetrahedron utama, contohnya suara sekeliling(surround sound) seperti jika pada permukaan bola dan menghasilkan tekanan suara pada pusat secara efektif. Empat kanal output mewakili satu omni (tekanan) elemen dan tiga sinyal bidireksional (gradien tekanan) di sebelah kiri/kanan, dapen/belakang, dan atas/bawah bidang.

Suara di sekeliling (surround sound) menjadi populer pada bioskop dan ditularkan ke siaran televisi dan yang berkaitan dengan video kaset maupun cakram. Sistem bioskop Dolby Surround terdengar baik saat diputar ulang melalui 3 range penuh di belakang  layar pengeras suara  dan susunan yang berbentuk U yang menempatkan pengeras suara di sekitar setengah bagian belakang teater dan kadangkala ditambahkan pengeras suara bass. Teknik mikrofon untuk film suara di sekeliling secara umum sama dengan yang dipakai untuk suara mono dan stereo, menggunakan panpot kuadrafonik untuk mengarahkan suara, musik, dan efek suara yang dibutuhkan. Dialog terkonsentrasikan di bagian depan-tengah dan sekeliling pusat ditunda secara singkat untuk mempertahankan kesan bahwa suara sebagian besar berasal dari area layar.

 

Gambar 2.26. Mikrofon Soundfield (laporan Calrec /AMS)