Ozvučení akustické kytary pomocí elektretového mikrofonu - Akustická kytara

Následující obrázek znázorňuje kmitočtovou charakteristiku běžně dostupných elektretových kapslí, jejichž cena se pohybuje v rozpětí 5 – 50 Kč.

I přes svoji cenu nejsou tyto mikrofony nikterak méněcenné, z principu jde o kondenzátorový mikrofon, u něhož je elektrické pole, nezbytné pro funkci, vytvářeno elektretem, tedy nevodivou hmotou, která je permanentně elektricky nabitá. V rytmu pohybu elektretové membrány se mění kapacita kondenzátoru a tím i napětí mezi deskami. Změny napětí musejí být zpracovávány předzesilovačem s vysokou vstupní impedancí (zpravidla s tranzistory FET), který je proto součástí mikrofonu. Takový mikrofon tedy ve většině parametrů zpravidla není horší, než mnohonásobně dražší kondenzátorové mikrofony, s jeho použitím jsou však spojeny určité problémy:

vnitřní tranzistor FET musí být velmi kvalitní, zejména v šumových parametrech. Cenové rozdíly mezi jednotlivými typy mikrofonů jsou dány právě cenou tohoto tranzistoru.
vlastnosti vnitřního tranzistoru FET také ovlivňují dynamický rozsah mikrofonu. Kritická situace je zejména při velkých (hlasitých) signálech. Elektretové mikrofony byly původně navržené pro napájecí napětí 1,5 V, vnitřním zesilovačem s FET má téci 0,5 mA. Za těchto podmínek dochází k limitaci (clippingu) při akustickém tlaku (SPL, Sound Pressure Level) <90 dB, což je poměrně málo – např. při tlesknutí do mikrofonu dosahuje nebo známém "ááááá" signál snadno dosáhne hodnot, při nichž dochází k limitaci. Dynamický rozsah je tedy jediným parametrem, který je u těchto levných elektretových kapslí horší, než u studiových kondenzátorových mikrofonů – elektretový mikrofon tedy sotva vyhoví např. pro zpěv.
Dynamický rozsah mikrofonu lze zvětšit zvýšením napájecího napětí. Proud, tekoucí vnitřním tranzistorem FET, však nesmí přesáhnout 1 mA, jinak mikrofon zničíme. Maximální SPL se při napájení 18V (tj. napájíme ze dvou baterií 9V přes odpor 18 kohm) dostane přes 100 dB, výstupní napětí dosahuje až 1,6 V RMS. Problém tím však vyřešen není, protože nás zajímá i oblast signálů před limitací, tj. odpovídající SPL přibližně o 20 dB nižší, kde by se mohlo významněji zvýšit zkreslení. Dynamika signálu, produkovaného kytarou však není tak velká, krajních hodnot SPL dosáhneme pouze při velmi agresivním úderu trsátkem do strun, dřív však dojde spíš k drnčení strun, než ke vzniku slyšitelného zkreslení.
je třeba počítat s tím, že elektretový mikrofon odpovídá "malomembránovému" kondenzátorovému mikrofonu. Známý věrný "teplý" zvuk tedy mít nebude, bude však mnohem víc "akční" díky nepatrné hmotě elektretové membrány. To ovšem ve spojení s akustickou kytarou není nijak na závadu, spíš naopak.

Je patrné, že vyhoví většina z nich. Volba nakonec padla na MCE-2500 (Panasonic), který patří k nejkvalitnějším a bývá běžně dostupný např. v prodejnách GES. Rod Elliott, který vyvinul soupravu pro nahrávání či pro měřicí účely s tímto mikrofonem hodnotí výsledek takto: "It won't be the equal of a Neumann or other expensive studio microphone, but it won't set you back over $1,000 either :-)"

Umístění mikrofonu
Pokud je mikrofon umístěn vně kytary, snímá celé okolí. Hlavní nevýhodou je však skutečnost, že velkou roli hraje poloha mikrofonu a jeho vzdálenost od kytary. Pokud to dovolí okolnosti a můžete hrát vsedě, není to až takový problém, pokud máte kvalitní mikrofon s kardioidickou směrovou charakteristikou. Pokud ale musíte hrát vestoje, nemůžete třeba udělat úkrok stranou, pokles hlasitosti by byl takový, že to žádný kompresor nedorovná (nehledě k tmu, že kompresor velmi často není možné použít, hra ztrácí dynamiku). Různé svorky, připevněné na kraj kytary, ke kterým je fixován mikrofon (nejčastěji klipsový, kondenzátorový) buď na husím krku nebo na nějakém neohrabaném lešení, to také není to pravé. Taková "opičárna" může dost vadit, tu a tam do toho vrazíte, což provází nepěkný zvukový efekt, navíc nahození takto vyšperkované kytary na popruh poněkud připomíná oblékání potápěčského skafandru … ne, děkuji, zamítnuto. Vnitřní mikrofon je věc velmi zrádná. Většinou bývá upevněn na husím krku, což umožňuje určitou korekci polohy. Je však poměrně málo řešení bez zásahu do kytary a něco podobného, jako např. Miniflex Model 2 se mi nechtělo dělat a už vůbec ne kupovat. Cena tohoto řešení není úměrná, když si uvědomíme, že zvuk u Miniflexů snímají elektretové kapsle (popsané výše), které koupíte v každé lepší prodejně součástek po pětikoruně. Husí krky nedrží stabilní polohu, někdy mohou vibrovat a způsobovat nežádoucí pazvuky. Navíc je tu známý problém s "vazbením".

Při hledání vhodného řešení jsem narazil na US Patent 4748886 z roku 1988 "Sound pickup assembly for an acoustic string instrument and including a foam pad element supporting microphones" (stáhnout zde). Za tímto dlouhým názvem se skrývá jednoduchá finta – do ozvučného otvoru se nacpe kus molitanu, v kterém jsou v tomto případě zapíchnuty dva mikrofony. Jeden z nich míří směrem ke kobylce, druhý (na druhé straně molitanového bloku) opačným směrem. Každý z mikrofonů má svůj samostatný předzesilovač, výstupní signály lze sfázovat (příp. zapojit v protifázi) a tím dosáhnout např. prostorového efektu nebo naopak potlačit tzv. "koupelnový efekt" (ozvěnu uvnitř kytary) apod. Řešení dle uvedeného patentu vypadá takto:

Ozvučný otvor kytary je tedy "ucpán" molitanem, což se ukazuje jako velmi účinná prevence akustické zpětné vazby. Molitan je také ideálním držákem mikrofonu, který naprosto nemá šanci jakkoli vibrovat. Nemusíte shánět drahý mikrofon s kardioidickou charakteristikou, levné elektretové kapsle jsou všesměrové (omnidirectional, omni) a pokud je mikrofon utlumen z jednoho směru molitanem, bude výsledná směrová charakteristika celé soustavy "bramboroid", ať je mikrofon jakýkoli.

Otázkou je, jak (negativně) ovlivní molitan zvuk kytary. Situace kolem kmitání rezonanční desky je u skutečné kytary mnohem složitější, než se zdá, neboť rozložení amplitudy v jednotlivých částech desky je kmitočtově závislé a uplatňují se zde různé - příčné i podélné - módy vybuzení. Více informací najdete v diplomové práci Stephena M. Proberta na University of Washington v roce 2007 (stáhnout zde). Teoretický rozbor, obsahující mj. testování různých materiálů, počítačové analýzy a optimalizace a konečný návrh kytary lze najít v pracích Jonathana Hillera (stáhnout zde a zde). Následující obrázek, na kterém jsou holografické interferogramy (převzato z T. J. W. Hill et al..,"Acoustical Parameters for the Characterisation of the Classical Guitar," Acta Acustica United with Acustica 90 (2004), str. 335) napovídá, že budou částečně tlumeny pouze určité frekvence v okolí 350 Hz, což jde dorovnat ekvalizérem.

První zkoušky ukazují, že takto "upravená" kytara akusticky moc nehraje. Molitanová vložka je mnohem účinnější, než běžná tlumítka, která jsou k dostání v hudebninách. Instalace vložky s mikrofonem je však velmi snadná, jedinou nepříjemností je nutnost povolení strun. Jistou nevýhodou je však poněkud neestetický vzhled ucpaného ozvučného otvoru. Na jednom diskusním fóru jsem našel elegantní řešení, kdy je do kytary vloženo jakési molitanové mezikruží (chcete-li, trubka). Ta není na první, velmi zběžný pohled vidět, ale plní funkci držáku i antivazebního tlumiče stejně, jako blok molitanu. Jak to vypadá, ukazuje obrázek:

Výhodou je rovněž i snadnější vyvedení přívodních kabelů k mikrofonům. V diskusi bylo doporučováno jeden mikrofon umístit tak, aby mířil ke kobylce a druhý opačným směrem. Jiné doporučení se týkalo mikrofonů, umístěných v osách, svírajících úhel 90^o nebo 120^o. Optimální výška mikrofonů, tj. vzdálenost mezi koncem podkobylkového bloku a osou mikrofonu je 2,5 cm.