Mô hình định hướng cơ bản (Basic Directional Patterns)
Hướng pickup (thu nhận sóng âm thanh) của âm thanh rất quan trọng để giảm thiểu sự thu nhận âm thanh của môi trường âm thanh chung quanh (hay ở cách xa) và tiếng vang của phòng, để giảm sự hồi tiếp (feedback) âm thanh, và để tách sự thu nhận các nguồn âm thanh khác cho phép kiểm soát sự pha trộn âm thanh tốt hơn. Bởi vì vài mẫu thiết kế micro cơ bản có khuynh hướng phô trương một số loại thu nhận định hướng cơ bản nhất định, ở đây nó có vẻ hữu ích để mô tả tóm tắt vài cơ chế microphone cơ bản, đó là tiền thân của micro moving coil và ribbon.
Trong microphone moving coil cơ bản được thể hiện trong hình 5.1, cấu trúc của nam châm và những vật lắp ráp chung quanh không cho phép sóng ảnh hưởng đến phía sau của màng chắn (diaphragm). Hãy nhớ rằng, sóng của một tần số nhất định sẽ có khuynh hướng dễ uốn cong chung quanh chướng ngại vật nhỏ hơn hay mỏng hơn chiều dài của nó. Đối với một vật mỏng như một microphone đương đại, điều này thường sẽ bao gồm hầu hết các phổ âm thanh-audio spectrum (để minh họa là một sóng 10KHz, có chiều dài khoảng 34 mm, hay 1-1/2”, xấp xỉ bằng đường kính của một micro điển hình). Vì vậy, khắp các tần số cao nhất của phổ âm thanh, khi đến hai bên và phía sau của loại microphone này, sẽ ảnh hưởng đến màng chắn giống như khi nó đang đến từ phía trước, bởi vì lực tác động không hủy bỏ hay gạt ra có thể ảnh hưởng trên mặt sau của màng chắn.
Kết quả là, một microphone như vậy có khuynh hướng chia đều sự nhạy cảm (sensitive) với âm thanh đến từ mọi hướng. Điều này được gọi là một mô hình thu nhận đa hướng (omni-directional pick-up pattern). (Ruột micro nhỏ hơn thì tần số thu sẽ cao và nó sẽ có khuynh hướng vẫn là đa hướng. Một microphone vô cùng nhỏ của loại này sẽ thu được omni (đa) ở tất cả các tần số. Trên 4kHz hay 5kHz là một loạt những giải tần gần nó, mà mô hình của một microphone đa hướng bắt đầu suy thoái, các bước sóng tiếp cận từ phía sau bị ít hơn khoảng hai hay ba lần đường kính của micro, và do đó việc uốn quanh hoàn toàn cấu trúc của nó khó hơn).
Các thiết kế cơ bản khác, như micro ribbon cổ điển đầu tiên, đặt các dải băng trong khe hở từ tính như trong hình 5.3-A. Dĩ nhiên bất kỳ âm thanh nào tiếp cận nó từ phía trước hay sau đều làm ruban rung động đồng bộ với âm thanh. Các phase liên hệ với đầu ra của microphone (+ hay -) phụ thuộc vào các âm thanh tiếp cận bên nào. Âm thanh tiếp cận các ruban ở bất cứ nơi nào trong mặt phẳng ngang ở giữa của nó sẽ có khuynh hướng gặp gỡ ruban có ảnh hưởng cân bằng trên cả hai mặt, làm cho ruban không chuyển động hay rất ít, do đó không có tín hiệu điện ở output (nói cách khác, nó triệt tiêu nhau khá hoàn toàn). Kết quả là một mô hình hình số tám như minh họa trong hình 5.4, 5.5, và 5.7 gọi là mô hình đôi hướng (bi-directional pattern).
Trong microphone đôi hướng (bi-directional), sóng âm thực ra uốn cong khá dễ chung quanh micro (ngoại trừ các tần số rất cao). Nhưng ảnh hưởng ra phía sau bị trì hoãn một phần tích tắc và hơi giảm cường độ, chỉ đủ để cho phép ruban được đưa vào chuyển động của sóng khác đang tới (nói cách khác, nó không hoàn toàn triệt tiêu nhau). Như âm thanh từ nhiều hướng tiếp cận gần hơn và gần hơn nữa với hai bên, mặc dù, các lực này cả hai, cường độ lẫn thời điểm tới trở nên gần như bằng nhau, quay ra triệt tiêu lẫn nhau để hình thành những khu vực vô giá trị trong mô hình hai chiều. Loại triệt tiêu này cung cấp cơ sở cho micro của mô hình đơn hướng (uni-directional) khác biệt. Bằng cách kết hợp một mô hình đôi hướng với một mô hình đa hướng theo tỷ lệ thích hợp, sẽ đạt được mô hình đơn hướng. (Vì độ nhậy phía sau của mô hình đôi hướng là những phase ngược hướng với phía trước, nó phá hoại sự cản trở vào phần phía sau của mô hình đa hướng, đó là các âm thanh cùng phase tiếp cận từ mọi hướng (xem hình 5.5).
Có thể thực hiện vài cách cụ thể về việc này. Ban đầu là một ruban và một phần tử moving-coil trên thật tế đôi khi sử dụng song song và output của nó trộn vào với nhau. Những thiết kế ban đầu khác có liên quan đến hệ thống lớn và vụng về, có nhiều ống và cổng để thu thập các sóng tần số khác nhau và chuyển chúng vào màng chắn có phase và biên độ cần thiết. Những kiểu thiết kế ban đầu có khiếm khuyết về âm thanh và thực dụng đáng kể.
Trong số những thiết kế hiện đại, một số sử dụng hai màng chắn (diaphragm) đặt đối xứng, với một mạch điện để cung cấp phase cần thiết và sự quan hệ về biên độ, nhưng có khuynh hướng rất đắt tiền, và chủ yếu được sử dụng trong phòng thu-recording studio (với ngoại lệ hiếm hoi). Hầu hết các thiết kế hiện đại, dùng cùng một nguyên tắc cơ bản kết hợp trong vỏ micro (microphone housing), dưới hình thức các khe nhỏ mở về phía sau của phần tử micro (đây là các micro thường dùng trong âm thanh pro). Các khe nhỏ được thiết kế để cho sóng âm đến từ phía sau đi vào thích hợp, cho nên nó triệt tiêu những sóng âm tương tự ở phía trước màng, trong khi vẫn cho phép các sóng từ phía trước gặp màng mà không cần triệt tiêu hoàn toàn các hướng kia. (Kỳ công này của thiết kế micro cơ bản là đáng chú ý vì để có đúng lượng giao thoa (interference), sự chậm trễ phải qua các khe này và cân bằng âm lực trên màng là cần thiết cho mỗi tần số liên tục trong hầu hết hay toàn bộ âm phổ). Không có vấn đề gì về phương pháp thiết kế, mặc dù, mô hình nào dẫn tới một thiết kế micro cơ bản luôn lộ khá rõ một hình thức kết hợp của đôi hướng và đơn hướng (xem hình 5.7).
Khi hãng sản xuất kết hợp một thiết bị omni (đa) với một bi (đôi) theo tỷ lệ xấp xỉ bằng nhau, thể hiện trong hình 5.5, kết quả là các mô hình micro đơn hướng (uni-directional) cơ bản có tên bắt nguồn từ hình vẽ giống trái tim nên gọi là mô hình hình trái tim (cardioid pattern). Cardioid lý tưởng đã loại bỏ tối đa âm ở 180 độ ngoài trục (trực tiếp phía sau)
Thêm một mẫu thiết bị đôi hướng (bi-directional) mạnh hơn trong một mô hình pickup hơi hẹp hơn cardioid, thường được gọi là super-cardioid. Khi tác động thêm ở hai hướng mạnh hơn nữa, mô hình trở này trở nên hẹp hơn, thường gọi là hyper-cardioid. Có một sự đánh đổi khi thực hiện điều này. Những mẫu pickup (thiết bị nhận sóng âm) trở nên hẹp hơn, sự khởi đầu của mô hình hai hướng tái xuất hiện trực tiếp ở phía sau. Những mô hình trở nên hẹp hơn, mạnh hơn và rộng hơn sau này trở nên nhạy hơn (sensitivity). Đồng thời, khi mô hình hẹp hơn, các góc hẹp của micro làm việc hữu ích hơn. Có phải sự thu nhận từ phía sau của một mô hình supercardioid hay hypercardioid nhất thiết phải là một khuyết điểm? Trong thật tế, không phải tất cả đều như vậy, nó có thể là một lợi thế, nếu micro được sử dụng có hiệu quả. Nói chung, điều này có nghĩa là giữ cho người sử dụng càng gần với trục trung tâm của micro càng tốt (trực tiếp ở phía trước). Trong số các mẫu micro cơ bản, một mô hình hypercardioid có khả năng cung cấp giảm hầu hết sự thu nhận ngoài trục tổng thể (xem hình 5.10). (Các trường hợp ngoại lệ đáng chú ý để thảo luận này là đường dốc (line gradient), hay microphone shotgun, sẽ nói sau. Những loại này thường có hình thể dài và rất tốn kém về tài chính, và không dự kiến để dùng gần).
Nhìn chung các mô hình hướng thường được tiêu biểu trên các loại đồ thị trình bày trong hình 5.7 được gọi là mô hình cực (polar pattern). Đây là loại đồ thị mô tả hướng thu mà thực ra là ba chiều, do đó, nếu xoay micro mà không thay đổi hướng trước ra sau của nó, các mô hình bình thường vẫn giữ nguyên.
Các lý thuyết lý tưởng của microphone đơn hướng sẽ bộc lộ một polar pattern giống nhau ở tất cả các tần số. Trong thật tế điều này không xảy ra (mặc dù mộtvài thiết kế đang đến gần điều này). Polar pattern được hiển thị trong hình 5.8 trình bày các đặc tính định hướng một microphone ở các tần số khác nhau trong âm phổ. Đây là loại đồ thị cho phép người dùng có được một ý tưởng gần đúng về cách thức đáp ứng này được cho là có thể thay đổi ở góc độ khác nhau ngoài trục (off axis).Vì thế, có thể đưa ra đánh giá của các góc làm việc hữu ích của micro trong các ứng dụng quan trọng, cả về việc thu nhận nguồn âm thanh mong muốn và loại bỏ cácâm thanh không thích.
