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1、第二章 传声器的设计和应用传声器（microphone): 俗称话筒，麦克风，是声频技术系 统中第一个环节。传声器的拾音质量决定于内部因素：传声器的设计，和外部 因素：声学环境和拾音位置。第一节 传声器拾音概述传声器其实是个声电换能器, 它将声音信号转换成相应的 电信号。 过程：以声波形式表现的电 信号被传声器接受后，使换 能机构产生机械振动，有换 能机构输出电信号。第二节 传声器的设计原理根据换能方式的不同，分为电动式（振动式）和电容式（ 位移式）两大类。一、电动式传声器：应用电磁感应原理完成声电转换。动圈传声器(dynamic microphone)动圈传声器的音圈阻抗较低,一般在3050
2、之间间,可以使用 很长长的传声线而不会由于线间电容的存在产生高频分流效 应. 还装有一变压器，使音圈与放大器的输入阻抗相匹配 ，同时也起到使信号电压升高的作用。其构造特点使其具有较强的抗机械冲击能力，非常牢固。铝带传声器(ribbon microphone或band microphone)使用极薄的铝带做振膜。沿 其长度方向做成均匀波纹状 ，挂在强磁场中。当声波作 用于其前后两表时，形成声 压差，铝带随声波相应振动 ，切割磁力线，在铝带上下 两端间产生感应电动势，从 而产生与声波的振幅和频率 成比例的电流。 铝带即是声波接收器优势换能器。 铝带的阻抗很低，必须用一个升压变压器以使输出阻抗达 到
3、可接受的150600欧姆的范围内。 铝带传声器瞬态还原真实，音色自然，但抗机械冲击能力 较弱，在气流强劲的地方，必须对铝带严加保护。否则强 气流会将铝带吹弯不能复原。 另一缺点是难以小型化。 近期技术是印制型带式传声器的发展。振膜由聚酯薄膜制 成，上印有螺旋状铝带。二、电容式传声器电容式传声器工作在静电原理上而不是像电动式传声器那 样工作在电磁感应原理上.头部有两块金属板组成，一可 动一固定，两块板形成电容。声压变化引起的电容量变化使输出电压发生改变，从而得 到特定大小和方向的电流。由于电容传声器的输出电压与振动幅度成正比，因此又叫 位移传声器。根据给极板加极化电压的方式不同，可分为 直流方式
4、电容传声器和驻级体传声器。电容传声器（直流方式）(condenser microphone) 大多数电容传声器都使用 FET(场效应晶体管)来减 少阻抗,但也有使用电子管 放大器的设计方式,以获得 一种特殊的电子管音色.如 AKG公司的C12VR 电容传声器所需的极化电压通常是40200V的直流电压 ，现在使用FET 放大器的电容传声器，大多使用48V直流 电压，该电压可以由传声器内部电池供给，也可以从外部 电源如幻象供电得到。 电源除了供给极化电压外，也为前置放大器提供必要的电 压。 由电池驱动的电容传声器，通常使用1.59V的低压电池 电源。为了减小在高声压输入时所产生的失真，必须使用 高
5、的极化电压，因此在传声器内部有一个DC/DC变换器将 电池的低电压转换成高的极化电压，也有使用40V左右的 高电压电池的传声器。驻极体传声器(electret microphone) 将高分子绝缘物如聚四氟乙烯做成薄膜后夹在两个电极 之间，在高温条件下，对其施加很高的极化电压进行电晕 放电或用电子轰击，于是薄膜的分子在正电级一端出现负 电子，在负电子一端出现正电荷。这种电荷在薄膜内部均 匀分布，称为极化层。 高分子材料被极化后，即使外加电压降为零，薄膜中的电 场仍会继续保持不变，这种材料称为驻级体。 将该物质用于传声器的振膜或固定极板时，因其表面电位 的存在而不需要再加给极化电压，因而可以简化
6、电路，使 传声器小型化，降低造价。 与一般电容传声器相同，也需在极头后紧接阻抗变换放大 器，因此仍需通过电池或外接电源给放大器供电。第三节传声器的特性主要介绍传声器的指向性，近讲效应，幻象供电等特性。 一、指向性 指向性是指传声器的灵敏度与声波入射角的关系,入射角 是声波入射方向与传声器主轴(前方)的夹角.指向性特性决 定着传声器接受声波的多少，实际中非常重要的地位。 .传声器接收声波的方式通常可分为压力式,压差式和复合 式三种,由此得到的指向性是全指向性,双指向性和单指向 性.全指向性传声器(omni-directional 或 non- directional) 又叫无指向性,由压力式声波
7、方式获得.双指向性传声器(bi- directional 或 figure- 8directional)又称8字形指向性,由压差式声波方式获得.单指向性传声器(unidirectional 或 cardioid directional) 单指向性又称心形指向性, 由复合式即压力式和压差 式相结合的声波接受方式 获得,随着指向性角度的变 化还可成为超心形 (supercardioid)、锐心形 (hypercardioid)指向性.不同指向性传声器的应用比较 为了得到相同的混响感,指向性传声器需比无指向性传声 器离开声源的距离更远.无指向性传声器的距离是1时，八 字形，心型，超心型指向性传声器的
8、距离系数分别为1.73 ，1.73，2.对于抛物面集音器，这个系数大于3. 如果要获得更多的空间感,强调空间中的某种乐器的直达 声和反射声的融合效果,或者是不同乐器之间的融合效果, 可选用无指向性传声器. 如果要减少空间感,避免因空间造成的声音浑浊或因空间 声学缺陷带来的声染色,强调获得清晰、干净的声音,或者 在同一空间拾音时为了减少其他乐器的串音,可以选用指 向性传声器. 这种选择还应与拾音距离相协调,远距离拾音有利于拾取 到一件乐器或一个乐队的整体效果,在合适的位置上可以 获得自然的平衡,但同时也会更多地反应出拾音现场可能 存在的声学缺陷,设置的位置不合适还可能使混响过多,声 音浑浊而不清
9、晰. 近距离拾音可以有效的排除环境声，减少空间感，还能更 好的体现出乐器的质感，获得清晰干净的声音，但距离过 近有可能过分强调某种音色特点，或是某个音区，从而失 去了整体的平衡。 在实际中运用往往将全指向性与指向性传声器，远距离拾 音和近距离拾音结合起来使用。二、近讲效应：近距离拾音低频提升。 在实际录音中,近讲效应所引起的低频提升会使得声音的 清晰度降低.尤其是在语言录音中,为了避免低音过重,有些 传声器上有低频滚降滤波器开关,衰减由近讲效应产生的 低频声.三、幻象供电电容传声器工作时，需要给极板加直流极化电压。幻象供电：是指使用传输声频信号的电缆来传输直流极化电压。其在 同一根电缆里既包括
10、有声频信号电压,又有直流电源电压.第四节传声器的主要技术指标包括传声器的输出阻抗，灵敏度，频率响应，瞬态响应，动 态范围等。一、输出阻抗(output impedance) 输出阻抗又叫源阻抗,用来表明一个信号源对下级负载(输 入阻抗)呈现的信号提供能力.通常用1KHz信号测得，是传 声器对1KHz信号的交流内阻。单位是欧姆。 源阻抗在150600欧姆之间传声器是低阻抗型，在1K 5K欧姆之间的是中阻抗型的，在25K150K欧姆之间的 是高阻抗型的。 过去,高阻抗传声器用起来较便宜,因为电子管放大器的输 入阻抗很高,在使用低阻抗传声器时,电子管放大器需要较 贵的输入变压器。所有电动式传声器都是
11、低阻抗器件，那 些有高阻抗输出的电动式传声器使用了一个内置阻抗升高 变换器。 高阻抗传声器的缺点是它们的高阻抗电缆线容易拾取到静 电噪声,诸如发动机和荧光灯等引起的噪声,这就要求使用 带屏蔽的电缆. 另外，围绕屏蔽的导体会形成一个电容器，它实际上是跨 接在传声器的输出上。当电缆的长度增加时，电容量就变 大，直到68米时，电容量开始短路掉由传声器拾取的许 多高频信号。因此，使用高阻抗传声器应避免用长电缆来 连接,这种限制有时会给录音带来不便. 极低阻抗(50)传声器的优点是它的连接线对于拾取静电 噪声不敏感,但是,它对于拾取交流电源线产生的电磁场所 感应的噪声又是颇为敏感的.这种交流声的拾取可通
12、过使 用双纽绞线对来消除，因为纽绞线对于电磁感应产生的电 流方向相反，在调音台的传声器平衡输入端上互相抵消。 150-250的传声器信号损失低,可使用长到数百米的电 缆线.它们比50线路较不易拾取到电磁感应,但对静电噪 声的拾取相对明显.因此,使用纽绞线对电缆,并采用平衡 信号线而获得最低的噪声. 在这样的线路内,两条线运载信号,而屏蔽线接地. 其工作原理是在两条导线中声频信号的交变电流极性是相 反的,而任何静电的或电磁的拾音会同时以同极性感应在 相关的两条导线中. 输入变压器或平衡放大器只对两条导线间的差电压起响应 ,结果是感应的信号互相抵消,而声频信号不受影响. 大多数录音棚中所用的传声器
13、线是200欧的平衡线，屏蔽 线只在前置放大器端和传声器手柄上接地。 由于采用电压匹配的方式连接，要求负载的输入阻抗高于 传声器输出阻抗的5倍以上，因而负载阻抗多为1K欧。 高阻抗传声器使用的是不平衡电路，由一条信号线向负载 提供正电势，而第二条屏蔽线用来完成信号的回流电路。二、灵敏度(sensitivity) 灵敏度表示传声器的声电转换效率。在自由声场中，向传 声器施加一个声压为0.1的声信号时，传声器的开路 输出电压 从灵敏度可看出将传声器拾取的信号电平提升到线路电平 （-10或+4）所需的放大量这个值也使录 音师容易判断两个传声器输出电平的差异，相同声压级的 激励下，具有较高灵敏度的传声器
14、比较低灵敏度的传声器 产生的输出电压大 采用灵敏度高的传声器，可以对较低声压级的声音获得较 高的信躁比，有利于改善声音质量，但对于大动态的大声 压级的声音就容易产生失真灵敏度高的传声器有利于反 映出声源的细节，但同时也拾取到更多的噪声 在音色上二者也不同，灵敏度高的音色较明亮，色彩性强 ，灵敏度低的音色较暗，但有时也会使音色柔和，带来良 好的温暖感 灵敏度与声波入射角的关系反应出传声器的指向性全指 向性传声器对各个方向的声波灵敏度相同，字形指向性 传声器对主轴上的声音最为敏感，心形，超心形，锐心形 指向性传声器对主轴正前方声音最敏感，对主轴后方的声 音有所抑制三、频率响应(frequency
15、response) 频率响应指传声器灵敏度随频率变化的特征，即对于恒 定的不同频率输入信号传声器输出电压的大小 频率响应的范围是指传声器正常工作的频带宽度，又叫 带宽一只传声器的频率响应可以设计成平直的，也可 以根据需要对高，中，低频有适当的提升或衰减 传送声音信号的必要带宽随目的的不同而不同，高保真信 号的频率可达15KHz，18KHz甚至20KHz，对于音乐录音 ，频率响应最低也应达到40Hz-15KHz，但如果仅传送语 言信号，100Hz-8KHz的带宽就足够了。 带宽窄于信号会造成损失，过宽会拾取到信号外的噪声， 反而会降低声音的信噪比。 频率响应平直，反映出声源本身的频率特性。但大部
16、分的 传声器频率响应都不是完全平直的，除了设计上难以做到 外，也有许多是有意为之。 传声器的频率响应往往在高频段有所提升。由于在远距离 拾音时，反射以及空气的吸收高频会下降，传输中也会失 掉一部分，因而可以通过频率响应来补偿。 传声器的固有噪声，放大器噪声以及风和振动的环境噪声 低频成份较多，为了降低噪声电平，频率响应在低频适当 衰减。四、瞬态响应(transient response) 瞬态响应是指传声器的输 出电压跟随输入声压级急 剧变化的能力,是传声器振 膜对声波波形反应快慢的 量度,该响应能体现出不同 的音色. 电容式传声器的振动系统质量小，对声波的机械阻抗小， 瞬态响应好，音色清晰明亮。 电动式传声器的振膜很大，再加上线圈和芯体，质量较大 ，对声波的相应就慢，因而得到的声音较粗实。 相比之下铝带传声器的振膜就轻很多
