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1、第七章 传声器的原理及使用技巧 传声器，俗称话筒，又称麦克风(Microphone)，是一种将声音信号转换为电信号的音响设备。 专业传声器是指用于专业音响系统的传声器。归纳起来，专业传声器的特点有四多，即“数量多、使用多、种类多、弱点多”。传声器是专业音响系统中配备数量最多，使用最频繁的信号源设备。它是声音处理过程中的第一个环节，同时，受目前技术条件的制约，它也是声音处理过程中最薄弱的环节。传声器在音响系统中起着重要作用，无论扩音还是录音都离不开它，在一些重要会议和大型文艺演出中，其作用更是举足轻重。因而，传声器被称为影响音响系统的“瓶颈”。所以，了解传声器的结构，学会选择传声器，掌握其正确的
2、使用方法，对音响技术人员是十分必要的。一、传声器的分类 传声器的种类很多。各式各样的音源有它们自己不同的声音特点，目前还没有一种传声器能把所有的声音特性都完美地拾取下来。为此，音响工程师们设计出各种不同类型的传声器，以适应不同音源特性的需要。传声器是有不同的分类方法。可按换能原理、指向性、传输方式、用途、使用功能等作如下之分：按换能原理分：动圈式传声器、带式传声器、电容式传声器、驻极体传声器按指向性分：全指向传声器、双指向传声器、单指向传声器、强指向传声器按传输方式分：有线传声器、无线传声器按用途分:会议传声器、演唱传声器、录音传声器、测量传声器按功能分：单声道传声器、立体声传声器、混响传声器
3、按输出阻抗分类高阻传声器(2050k12)、低阻传声器(200600g2)二、换能器原理动圈传声器：这种传声器有一个贴在振膜上并悬于两磁极之间的线圈。声波通过空气振动振膜，使线圈在两磁铁间运动。当线圈切割磁力线时，在线圈里便产生了微小的感应电流，这种电流与声波直接相关，可以说是声波的电“图像”。这一“图像”，能够经过调音台或放大器的调节器进行调整，然后通过放大器和扬声器再还原成声音。EB1V式中 B磁感应强度；I导线长度；V声质点速度。这类传声器的第一代产品称作“压强传声器”。之所以称作“压强传声器”，是因为在这种传声器中，声压仅仅作用在振膜的一面上，而振膜的另一面则被一个隔声壳体挡住。（图7
4、-2）这就使它具备了全向响应。换句简单的话说，这种传声器同等地拾取来自各个方向的声音。现在，这种压强传声器只用于某些场合。一般来说，受欢迎的还是单向传声器，因为它只拾取来自一个或两个特定方向的声音，而不拾取来自其它方向的声音。图7-1图7-2带式传声器产生电压，不一定要移动整个线圈，只移动一段线就可以达到这一目的。带式传声器就是应用一条金属带子，这种传声器中的线圈是为了增加输出电压用的。带式传声器曾经广泛地代替过早期昂贵的、笨重的而且使用起来很不方便的电容传声器。但是，这种结构中的钨带子太娇气，必须经常更新或调整，而且使用寿命很短。就是在更结实的型号制造出来后，带式传声器也还解决不了附加变压器
5、的问题，而这个附加变压器又是提升特性上微弱的输出电压所必需的。带式传声器不是靠线圈或振膜产生电压，而是使用一条金属带子。这条带子在强磁铁的两极间可以自由运动，并能对声音的振动作出迅速反应，这样就产生了电压。不过，由于带子的尺寸很小，所以产生的电压也很低，这就需要有一个变压器。带子的低电阻意味着即便提升率很高，也不会产生不适宜的阻抗。它可以和一只200欧姆的电动传声器匹配。但是，产生强磁场所需要的笨重磁体使带式传声器无法轻型化，不便于携带，也不能提高传声器的音响特性。电容传声器这种传声器是迄今为止最理想的换能器。尽管高精密度的工艺制造过程和使用的特殊材料，使电容传声器的价格比较昂贵，但是，它的原
6、理是简单的。由于对舞台音响效果的要求提高了，加上较廉价的驻极体电容器的出现，使电容传声器的普及性已大大提高。这类传声器依靠的是电容量，即贮存或通过电荷的能力。图7-3是一只电容传声器的剖视图。它的顶部是一片金属振膜，有时振膜也用被金塑料制成。振膜的厚度不超过万分之几英寸，它在离一块固定的后极板约千分之一英寸的距离内运动。振膜和后极板构成了一只电容器的两个极板，当到达的声波振动顶部的振膜时，两极板之间的距离就会发生变化。从而改变了电容量C。图7-3C=0rA/d式中r相对介电常数（决定于材料）；0真空中的介电常数（等于8.8510-12法/米）；A极板面积；d极板之间距离U=Q0/C电容传声器中
7、有一个跨接在两个极板上的极化电压，声波的作用将使电容器上的电荷量Q0发生变化。48伏60伏的电压，可以从传声器内的电池（使用一个内装的提升电路）得到，也可以从一个外部电源，如幻路供电得到。这个电压经由一只几百兆欧的电阻馈给。图7-4a图7-4b驻极体电容传声器：由于这种传声器本身带电，所以它不需要极化电压。任何曾试图从唱片上清除灰尘的人，都知道静电效应。对驻极体传声器来说，一个永久性的办法是使振膜上有一层用特殊塑料做成的薄膜。或者，在后极板上覆盖这样的一层薄膜也行。由于驻极体电容传声器的振膜较厚、较重，所以它们的灵敏度较差。以至于有些人认为它们是演播室所用的传声器中劣质的一类。其实，这种偏见是
8、应该消除的。假如驻极体经过精心加工，按照精确的尺寸制作并经过认真调谐的话，那么当相应放大率符合标准时，就没有理由认为它们的特性不能与其它电容传声器的特性相匹适度。电容传声器极头的输出电压比电动传声器的高得多，但是它不能直接与一个常规的放大器前部连接。驻极体电容传声器的输出阻抗高，而放大器的输入阻抗低，由于电容的作用，可以看成是短路。因此需要一只前置放大器，将传声器的输出阻抗变换至200欧姆左右，这一数值是传声器输出阻抗的典型值。同时，这样做也避开了连接电缆自身电容所造成的一些问题，电缆的自身电容是会严重减弱信号强度的。前置放大器可以由传声器壳体内的电池供电。因为其工作电流小，电池能持续使用几百
9、个小时。前置放大器还有两种不同类型的外部供电方式。三、技术特性1、指向性图形（指向性传声器）有些时候，想听到你周围的每一种声音；而另一些时候，你只希望选取从一个方向上来的声音。在这方面，一只指向性传声器是能够帮助你达到目的的。指向性传声器的“听觉”形状，也就是说它收集声音的区域，称为指向性图形。这个图形可以在一个3600的坐标上表示出来。最通常的例子是一个具有心脏形（心形或卵形）的图形。这种指向性传声器百分之百地拾取正面来的声音，而侧面来的声音只拾取百分之五十，背面来的声音只拾取百分之十。图7-5说明了一只心形指向性传声器是如何工作的。它类似于将两个系统集于一体。图7-5（a）表示一只对四面八
10、方来的声音具有同等反应的压强传声器，图7-5（b）表示一个可以在两个方向上自由运动的振膜，它对来自前后两个方向上的声波都是灵敏的。但对来自侧面的声波则是不灵敏的，这些声波正好冲击在振膜的侧面。图7-6所表示的就是之种双指向性或称“8字形”图7-5图7-6图形。图7-7图7-8实际上，心形指向性传声器只有一个振膜，但它的作用却如同两个。背面的孔虽接收信号，但由于它与振膜的关系，使得这些信号是反极性的，最终要被从总的输出中减掉。这样一来，背面的一半信号被抑制，而前面的信号成分则被增强，使其具有心形指向性图形（见图7-7和图7-8）。由于全向和8字形部分需要互相调整，而且一只指向性传声器的指向性及灵
11、敏度特性应在较宽范围的保持不变，因此它的实际构造是复杂的。在全向系统中，灵敏度的降低将导致一种如图7-9所示的指向性图形，称为“超心形”。这种超心形还有另一种变化，即在1350和2250时灵敏度最低。2.声功率的集中图7-9一只传声器能够对它听目标进行聚焦的密集程度。它是依照一只全向传声器的相同的环境里所能拾取的功率多少进行度量的，因为声功率的集中是用一个比率来表示的。声功率的减少与工作距离的平方成比例。假如一只心形传声器的声功率集中为3，这就意味着它的工作距离是3的平方根，也就是说对于相同的直接声和反射声比率而言，心形传声器比全向传声器工作距离大于1.73倍。心形传声器被普遍采用，原因是它对
12、声音的接收角度宽，而且声隔离度好，它可以防止收集来自传声器背面的杂散声音。性能更好的还是超心形传声器，这种传声器的声功率集中是4，而且可以更加密集地对目标进行聚集，不过，对来自后面的声音，它还是有一点点灵敏度的。这种传声器能强烈抑制来自两侧的声音，这就使它成为音乐家们理想的选择物，因为音乐家们正是希望消除置于这些位置上的监听器所造成的反馈。枪式传声器是一种更特别的型号，这种传声器是把一个心形的极头和一根侧面有孔的管子连接在一起。这根枪式管子使传声器的指向性成为梨状图形，管子的长度确定了某个频率，在这个频率上开始套筒式的声音集中（见图7-10）。图7-10然而，枪式传声器并不适用于所有的场合。虽
13、然你可以用枪式传声器从远处拾取点声源，但是一定要十分注意传声器的置位问题。如果传声器放的位置不适当，那么来自墙壁、扬声器箱或拐角的杂散声反射将会干扰枪式传声器，并损害它的选择性。在声源单纯的场合或户外使用时，枪式传声器可以说是最适宜的。图7-11一只完美无缺的传声器，应该是对所有的频率都作出同样的响应，它既不抑制某些频率，也不过份加重另一些频率，从而产生一个逼真的，也就是与原始声无差异的声音。这就是线性响应。这种线性响应应该贯穿于传声器的整个指向性图形，或者，至少在声音拾取范围的前半部分（从传声器主轴算起900）应该如此，这是因为前半部分对于拾音来说是最主要的部分。如果不是这样的话，将会使来自
14、侧面的或稍微偏离主轴的声音与实际音色不符。无论在什么时候，从邻近乐器泄漏过来的声音总是十分令人不愉快的，尤其烦人的是鼓声。图7-11示出了一只高质量的舞台传声器在00、900和180时的频率响应。理想地说，后180拾音曲线也应该尽可能的平坦。这样，非所需声音才能通过传声器的配置被全面地抑制掉。由于技术上的原因，在频率范围高端的抑制曲线里出现某些提升是难以避免的。关于这一点，在舞台上是可能接受的，因为在舞台上，到达传声器背面的高频分量极少。3.灵敏度传声器的灵敏度，是在1千赫听频率上参照某个标准的额定声压级来确定的。例如，一个1帕的声压级，相当于大约一米远的距离上传来的普通说话声。同时，灵敏度是
15、在无负载的条件下测定的，也就是不把放大器的输入级接在传声器上。这样做，放大器的输入阻抗应是传声器阻抗若干倍，也就是说，对于一只200欧姆的传声器而言，放大器的输入阻为几千欧姆。先抛开复杂的问题不谈。当出现一个1帕的声压级时，一只低阻抗的电动传声器会产生1-3毫伏的电压（1毫伏=1/1000伏）。电容传声器能将1帕的声压级转换成5-12毫伏的电压。4.频率响应（邻近效应）一只理想的传声器的频率响应曲线图，应该是一条没有表示某些频率被提升或切削的峰点或谷点的直线。事实上，这种响应曲线是无法获得的，再说，稍有一点“不完美”也是有用的。语言的可懂度，可以通过提升中间频率（2千赫5千赫）加以改善。但提升
16、这个频率范围以上的频率，将会使声音更加尖利。还有一点要提及的，频率响应还取决于传声器与声源之间的距离。就一只全向传声器而言，它的反应式是简单的离声源越近声音就越大。指向性传声器的变化情形则要复杂得多。在较低的频率上，电平的变化最大；离声源越近，声音也越大。这对于声乐家来说，有一个特殊的用处，它们可以采用近距离工作的方法使声音获得外加的深度感和实体感。这就是所谓“邻近效应”。产生这种效应的原因是，从极头前面和后面进入的声音互相靠得非常近。当离开传声器2.55厘米时，传声器在低频端（50赫）的输出电平可以比1千赫时高7倍，这会有助于歌唱者形成他声音的音色。不过，在高音量时，会有一微小的缺陷，即它会使歌唱者唱
