Condensor Microphone ว่องไวปานสายลม !

  จากที่ได้เกริ่นไปในโพสต์ Introduction to Microphone วันนี้เราจะมาทำความรู้จักกับไมโครโฟนชนิดสุดท้ายจากการแบ่งตามวิธีการทำงานหรือ Operating Principle ซึ่งก็คือ Condensor Microphone นั่นเอง

คำถามแรกคือ Condensor Microphone คืออะไร

Condensor Microphone หรือที่รู้จักกันในชื่อของ Capacitor เป็นไมโครโฟนที่ทำงานโดยการใช้หลักการเก็บและคายประจุไฟฟ้า

ก่อนที่จะรู้จักกับหลักการทำงานของมัน ต้องทำความเข้าใจกับกฎของเบนจามิน แฟรงคลินก่อนที่ว่า กระแสไฟฟ้าเกิดจากการไหลของอิเล็กตรอน หรือในอีกความหมายนึงคือ “เมื่ออิเล็กตรอนเคลื่อนที่ จะทำให้เกิดกระแสไฟฟ้า”



แล้ว Capacitor คือ อะไร??


        Capacitor คือ ตัวเก็บประจุไฟฟ้า โดยจะมี Plate 2 Plate ที่มีประจุไฟฟ้าคนละขั้วกันอยู่ระหว่างฉนวนไฟฟ้า เมื่อ Plate ที่มีอิเล็กตรอนมีการขยับ ทำให้อิเล็กตรอนเคลื่อนที่ จึงเกิดกระแสไฟฟ้าขึ้น ซึ่งการจะมีประจุไฟฟ้าต่างขั้วได้ ต้องอาศัยตัวส่งกระแสไฟฟ้าไปเลี้ยงที่ Plate (หรือที่เรียกว่า Polarizing Voltage) 

  ใน Capsule ของ Condensor Microphone มีหน้าที่เป็น Capicitor หรือตัวเก็บประจุไฟฟ้าโดย จะมีแผ่นโลหะนำไฟฟ้าอยู่ 2 แผ่น เรียกว่า Back Plate (Fixed Plate) และ Front Plate (Moving Plate) ระหว่างทั้ง 2 Plate คืออากาศ (ในที่นี้ถือเป็นฉนวนกันไฟฟ้า) โดย Condensor Microphone  จะอาศัยตัวส่งกระแสไฟฟ้า 48 V หรือ ที่เรียกว่า Phantom Power ในการส่งกระแสไฟฟ้าไปเลี้ยงที่ Back Plate และ Front Plate ของ Capsule โดย Back Plate ชาร์ตประจุบวก(โปรตรอน) และ Front Plate ชาร์ตประจุลบ (อิเล็กตรอน) 

  ในตอนนี้ Front Plate มีหน้าที่เป็น Diaphragm ซึ่งจะขยับตามแรงสั่นสะเทือนของโมเลกุลในอากาศ เมื่อ Front Plate ที่มีอิเล็กตรอนเลี้ยงอยู่ ขยับตามแรงสั่นสะเทือนของโมเลกุลในอากาศจึงทำให้เกิดกระแสไฟฟ้า เรียกเป็นศัพท์เท่ๆว่า Electrostatic Induction 

(Phantom Power อธิบายสั้นๆ ว่าเป็นไฟฟ้ากระแสตรง 48 V ส่วนรายละเอียดเพิ่มเติมสามารถติดตามได้ในลิงค์นี้ครับ
http://horsepowerproduction.blogspot.com.au/2015/03/phantom-power.html )

จากสูตร Q = CV  (สูตรอีกแล้วเหรอ!!!!)

Q คือ Charge หรือ กระแสไฟฟ้าที่ส่งเข้าไปเลี้ยงมีค่าคงที่

C คือ Capacitance ระยะห่างระหว่าง Front และ Back Plate (พื้นที่ในการเก็บประจุไฟฟ้า) เปลี่ยนแปลงไปเรื่อยๆ ขึ้นอยู่กับแรงที่มากระทำ รวมไปถึงพื้นที่ของ Plate ด้วย (จะอธิบายเพิ่มเติมในเรื่องขนาดของ Diaphragm นะครับ)

V คือ Voltage หรือ แรงดันไฟฟ้าที่เกิดขึ้นจากการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอน (การคายประจุไฟฟ้า)

อธิบายง่ายๆ ว่า 

ถ้าระยะห่างระหว่างทั้ง 2 plate(พื้นที่เก็บประจุ) เพิ่มขึ้นหรือห่างกันมากขึ้น = คายประจุไฟฟ้าน้อย 

ถ้าระยะห่างระหว่างทั้ง 2 plate(พื้นที่เก็บประจุ) ลดลงหรือใกล้กันมากขึ้น  = คายประจุไฟฟ้ามาก

เป็นข้อพิสูจน์ยืนยันตามหลักความเป็นจริงคือ 

เสียงเบา ได้กระแสไฟฟ้าน้อย = สัญญาณน้อย

เสียงดัง ได้กระแสไฟฟ้าเยอะ  = สัญญาณมาก

จากสมการนี้ ทำให้บางคนเรียกหลักการทำงานของ Condensor Microphone อีกแบบนึงว่า Variable Capacitance (การเปลี่ยนแปลงของพื้นที่เก็บประจุไฟฟ้า) อันนี้น่าจะเข้าใจง่ายกว่า 

อธิบายมาซะยาว เหมือนจะจบแล้ว...แต่...ยัง ! มันยังไม่จบ เพราะปริมาณกระแสไฟฟ้าที่ได้มันน้อยมากๆเนื่องจากต้องผ่านวงจรที่มีความต้านทานสูง เราจึงต้องอาศัยพระเอกของเราอีกรอบนั่นคือ Phantom Power ในการส่งกระแสไฟฟ้าไปให้กับวงจร Impedance Conversion Amplifier ที่อยู่ข้างในตัวไมโครโฟนถัดมาจากส่วนของ Capsule ซึ่งวงจรนี้มีหน้าที่แปลงสัญญาณที่ได้จากการคายประจุให้อยู่ในระดับสัญญาณที่เข้ากับภาค Input ของ Pre-amp ได้ ก่อนที่จะส่งออกจากตัว ไมโครโฟนไป

สรุปง่ายๆคือ Phantom Power สำหรับ Condensor มีหน้าที่ 2 อย่าง

1. Polarizing Voltage หรือ การส่งกระแสไฟฟ้าไปเลี้ยงที่ Front Plate และ Back Plate 

2. Powered Impedance Conversion Amplifier หรือการส่งกระแสไฟฟ้าไปเลี้ยงตัวแปลงสัญญาณ


ทำไมต้องใช้ Condensor ??

        อย่างที่เคยเขียนในโพสต์ Introduction to microphone ไปว่า คนเราต้องการที่จะแปลงจากพลังงานให้กลายเป็นข้อมูลที่สมจริงที่สุด ซึ่งในแต่ละครั้งพลังงานที่เราต้องการจะแปลงเป็นข้อมูลก็มีหลายรูปแบบ หลายลักษณะ แตกต่างกันไป เราจึงต้องมีตัวแปลงจากพลังงานเป็นข้อมูลหลายๆแบบเพื่อให้ตอบสนองต่อความต้องการที่จะได้ข้อมูล( เสียง) ที่ละเอียดละดีนั่นเอง เราจึงต้องมาทำความรู้จักกับลักษณะเด่นในการทำงานหรือ Performance Characteristics ของ Condensor ซึ่งได้แก่

1. ตอบสนองต่อ Transient ได้เร็วที่สุด 

Trasient คือ เสียงดังๆที่เกิดขึ้นในระยะเวลาสั้นๆ (High Attack + Short Decay)

2. ได้สัญญาณ Output จากไมค์มากที่สุด

3. Frequency Response กว้างที่สุด

4. ไวต่อการรับเสียงที่สุด 

เหตุผลที่ทำให้มันทั้งไวและดังก็เพราะว่า Diaphragm ของมันสั่นได้ง่ายกว่าไมค์ชนิดอื่นๆนั่นเอง

        บางคนอาจเคยได้ยินคำว่า "ไมค์คอนเดนเซอร์แบบที่เป็น FET" หรือ "แบบที่เป็น Tube" การแบ่งประเภทตามนี้ ก็คือการแบ่งมาจากชนิดของ Impedance Conversion Amplifier นั่นเอง สำหรับตอนนี้เรามารู้จักกันคร่าวๆกันก่อนนะครับ สำหรับ Impedance Conversion Amplifier ทั้งสองแบบนี้ ได้แก่

1. Solid State หรือ FET (Field Effect Transistor) เป็นวงจรที่อาศัย Transistor ให้เสียงที่สะอาดและเที่ยงตรง มีราคาถูกกว่า Tube

2. Valve หรือ Vacuum Tube เป็นวงจรหลอดสูญญากาศ ให้เสียงที่มีเอกลักษณ์, อุ่น แต่ในทางกลับกัน Tube ผลิตความร้อนออกมาเวลาทำงาน

ส่วนจะเลือกใช้แบบไหน...แบบไหนดีกว่า? ก็ขึ้นอยู่กับงบประมาณและจุดประสงค์ของการใช้งานครับ

สำหรับรายละเอียกเพิ่มเติมเกี่ยวกับ FET และ Tube จะขออธิบายในเรื่องของ Pre-amplifying นะครับ

       ในด้านการใช้งานเราแบ่งประเภทของ Condensor Microphone ตามขนาดของ Diaphragm ได้ 2 แบบดังนี้ คือ Small และ Large Diaphragm ซึ่งเหตุผลที่ต้องทำให้แตกต่างกันเพราะว่าใช้กันคนละจุดประสงค์ และแน่นอนได้เสียงที่แตกต่างกัน จากที่ได้เขียนไปในเรื่องของ Capacitance ว่าพื้นที่ของ Plate ก็มีผลต่อเสียงเช่นกัน ลองมาดูกันเลย
1.Small Diaphragm ส่วนใหญ่เป็น Front Address บางครั้งก็เรียกว่า Pencil Condensor เพราะรูปร่างคล้ายดินสอ มีความกว้างของ Diaphragm น้อยกว่า 1 นิ้ว ตอบสนองต่อความถี่ย่านสูงๆได้ดี และมี Trasient Response ที่เร็วกว่า Large Diaphragm ส่วนใหญ่นิยมใช้ในการอัดเสียงเครื่องดนตรีอะคูสติค, Percussion ,วงออเคสตร้า และใช้อัดเป็น Stereo matched pair เป็นต้น

(Matched Pair คือ ไมค์ที่ขายเป็นคู่ๆ ส่วนใหญ่เป็น Small Diaphragm นิยมนำมาใช้อัดแบบ Stereo Miking ซึ่งจะเอาอธิบายให้ฟังในโอกาสหน้านะครับ )

2. Large Diaphragm ส่วนใหญ่เป็น Side Address มีความกว้างของ Diaphragm มากกว่า 1 นิ้ว ตอบสนองต่อความถี่ต่ำได้ดีกว่าและได้สัญญาณที่มากกว่า เนื่องจาก Diaphragm หรือ พื้นที่ของ Plate มีขนาดใหญ่กว่า นิยมใช้อัดเสียงร้อง, เครื่องดนตรีที่มีเสียงเบา , กลอง, Overhead , room mic. หรือ Ambience สมัยก่อนใช้อัดเป็น Single mic. Technique ในอดีตมีแต่แบบที่เป็น Tube แต่ปัจจุบันมีทั้ง FETและ Tube


        ไมค์บางยี่ห้อ ขออนุญาตยกตัวอย่าง Neumann ของประเทศเยอรมัน ผลิตไมค์ที่มี Spec. เหมือนกัน แต่ทำออกมาทั้ง 2 แบบ (ตั้งชื่อต่างกัน) ทั้งแบบ Tube ชื่อ U67 และ FET ชื่อ U87

        ในปัจจุบันนี้ ก็มีไมค์ที่มีทั้งวงจร Tube และ FET อยู่ในตัวเดียวแล้ว สามารถเลือกปรับทั้งแบบ Tube และ FET ได้ ทำให้สามารถนำข้อดีของทั้ง 2 อย่างมาใช้ในเวลาเดียวกันได้ ยกตัวอย่างเช่นยี่ห้อ Lewitt รุ่น LCT 940 เป็นต้น (ไม่ขอพูดไปมากกว่านี้ เพราะเดี๋ยวจะหาว่าเป็นการโฆษณามากเกินไป เราเน้นเนื้อหา ไม่ขายของครับ ^^ )

บางคนอาจเคยเห็น ไมโครโฟนบางตัวเขียนว่า Electret Condensor...มันคืออะไร??

        Electret Condensor ต่างกันแค่ Diaphragm ของ Electret Condensor ไม่ต้องใช้ Phantom Power ไปเลี้ยงเนื่องจากที่Plateมีการเซ็ทประจุไฟฟ้าเอาไว้ตั้งแต่ขั้นตอนการผลิตแล้ว แต่ยังต้องใช้ Phantom Power สำหรับ Impedance Conversion Amplifier ที่จะพบเห็นบ่อยๆก็คือพวก Lavalier หรือ Lapel Microphone (ไมค์จิ๋วๆเค้าเอาไว้ใช้ติดให้กับนักแสดงหรือพิธีกรรายการ) แต่จริงๆแล้ว Electret Condensor ที่ใกล้ตัวเราที่สุดก็คือไมค์ในโทรศัพท์ของเรานั่นเอง! ปัจจุบัน ไมโครโฟนหลายยี่ห้อก็ได้ผลิต Electret Condensor ที่ใช้ในการอัดเสียงมากขึ้น เนื่องจากวงจรไม่ซับซ้อนและมีราคาที่ถูกกว่า Condensor ธรรมดาๆ

        ก่อนจากกันวันนี้...ขอให้เข้าใจไว้ว่า Condensor Microphone เป็นไมค์ที่ใช้หลักการเก็บและคายประจุไฟฟ้าจึงต้องอาศัย Phantom Power ในการทำงาน (ไม่งั้นก็ไม่ดัง) เนื่องจากไม่ต้องมีแม่เหล็กหรือขดลวดใดๆ จึงทำให้ Diaphragm สั่นได้ง่ายกว่าไมค์ชนิดอื่น จึงเป็นไมค์ที่ไวต่อเสียงและได้สัญญาณเยอะที่สุด อย่างไรก็ตาม ภายในตัวไมค์มีวงจรไฟฟ้าอยู่ เพราะฉะนั้น...ห้ามทำตก ! (ไม่ได้หมายความว่าDynamic Microphone จะทำตกได้นะครับ แม้มันจะไม่พังแต่เสียงจะเปลี่ยนไป แต่ถ้า Ribbon ก็ไม่ต้องพูดถึง แค่เป่าลมใส่แรงๆยังพังได้เลย)

        วันนี้เนื้อหาอาจจะเยอะนิดหน่อยนะครับ ถ้าหากใครมีข้อสงสัยหรืออยากแสดงความคิดเห็นใดๆ ก็สามารถ Comment กันมาได้เลยครับ

ไว้พบกันในโอกาสหน้านะครับ ขอบคุณที่ติดตามพวกเรา Horse Power Production ครับ :)

By Sound Guy

ขอขอบคุณข้อมูลอ้างอิงจาก 
หนังสือ Modern recording techniques 7th Edition - D. Huber, R Runstein
http://www.soundonsound.com/sos/feb98/articles/capacitor.html
และรูปภาพสวยๆจาก Neumann , Rode , Lewitt และลิงค์ด้านล่างนี้เลยครับ
http://www.thomann.de/gb/onlineexpert_page_large_diaphragm_microphones_large_and_small_diaphragms.html
http://www.electrovoice.com/sitefiles/product_images/RE92TX-trans.png
http://www.fullcompass.com/product/421894.html
http://www.thomann.de/gb/neumann_km184.htm
http://www.unityaudio.co.uk/news/105/richard-hawley-and-the-u47/
http://www.widex.pro/en/innovations/creating-the-best-sound/trusound-softener/