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干货!如何选择全指向麦克风最合适的传声器

不同类型的指向特性(有指向的拾取模式)同样有各自的优点和缺点。在进行进一步探讨之前,先来回顾一下常见的传声器指向特性。

1  指向特性概览

全指向麦克风传声器对从所有方向传来的声音具备相同的灵敏度;单一指向传声器则只对从一个方向传来的声音灵敏度最高(如从传声器前方传来的声音灵敏度高,而对从侧面或后方传来的声音灵敏度较低);双指向传声器对于从两个方向传来的声音灵敏度最高——前方和后方,但对从侧方传来的声音进行衰减。图8所示为不同类型的传声器指向特性。

单一指向传声器器可以细分为三个子类型:心形、超心形和混合心形。心形指向传声器对前方较宽角度范围内的声音灵敏度较高,在侧面的灵敏度衰减幅度为6 dB,后方的灵敏度衰减幅度为15 dB~25 dB。超心形指向传声器对侧向声波的衰减为8.7 dB,并在轴向125︒区域出现两个零拾取区域。混合心形指向传声器对侧向声波的衰减为12 dB,并在轴向110︒区域出现两个零拾取区域。   

由于单一指向传声器和双指向传声器可以隔离来自后方和侧向的声波,所以能够帮助用户去除不需要的声音,例如房间反射声、反馈或声泄露(来自位于传声器偏轴区域的其他乐器)。这些传声器能够在各声轨之间保持良好的声隔离或分离度。

在混合心形传声器的声腔前端安装开缝管(波干涉管)之后就成为超指向传声器,例如枪式传声器或线性指向传声器。这些传声器通常用于电影制作、电视制作和新闻采访时对语音信号进行远距离拾取。

2  近讲效应

当与声源的距离非常近的时候,大多数单一指向传声器和双指向传声器都会出现低频部分提升的现象。最常见的就是歌手在距离传声器很近的距离演唱时,声音会变得较为浑厚。这种由于距离声源较近而导致低频部分得到提升的现象被称为近讲效应。这种现象通常出现在single-D类型的单一指向传声器上,这类型传声器的振膜与前端和后端的声波入口距离固定。

近讲效应可以使鼓的声音变得更加温暖和饱满。但在大多数录音应用当中,近讲效应会导致乐器的声音或人声过于浑浊、不自然。为了降低近讲效应的影响,一些采用特殊设计的Multiple-D类型传声器开始出现;其他类型的传声器则通过内置的低频滚降开关对低频提升现象进行增益补偿。当然,用户也可以使用调音台上的均衡器来对过多的低频能量进行衰减,同时也可以衰减传声器拾取到的声泄露当中的低频能量。

3  选择指向特性最合适的传声器

全指向传声器的一些特性使其非常适合在某些特定场合使用。

在以下应用场合,使用全指向传声器是较好的选择:

  • 全向拾音;

  • 拾取房间的混响声;

  • 希望降低pop声(爆发性的呼吸声)对声音拾取的影响;

  • 较低的机械噪声;

  • 无近讲效应;

  • 扩展的低频响应(电容传声器);

  • 相对来说较低的成本。

   

 在以下应用场合,使用单一指向传声器是较好的选择:

  • 有选择性的声音拾取;

  • 避免房间混响声、背景噪声和声泄露的影响;

  • 近讲效应对声音质量有帮助时;

  • 与扩声系统配合使用时,获取更好的反馈前增益;

  • 同步立体声拾音。

  

  以下应用场合,使用心形指向传声器是较好的选择:

  • 对传声器前方较宽的区域对声源进行拾取;

  • 对来自传声器后方的声音进行最大程度的隔离。

    

在以下应用场合,使用超心形指向传声器是较好的选择:

  • 需要实现前半区和后半区声音拾取差异最大化;

  • 寻求在隔离来自后方的声音(来自地面返送扬声器)和随机突发的声音(来自主扩声系统扬声器)之间的适当的平衡点。

   

 在以下应用场合,使用混合心形指向传声器是较好的选择:

  • 希望通过单一指向传声器实现侧向隔离最大化;

  • 对房间混响、声泄露、反馈和背景噪声实现最大化隔离。混合心形传声器拥有最佳随机能量效率(对随机出现的突发性声音具有最佳隔离度)特性。

    

在以下应用场合,使用双指向传声器是较好的选择:

  • 需要同时拾取传声器前方和后方的声音信号,同时还需要对侧向的声音进行隔离(如面对面访谈);

  • 以轴向向下倾斜、吊装的方式拾取交响乐团坐席声音信号时,实现对侧向声音的隔离;

  • 布鲁姆林立体声拾取方式。

   

 在以下应用场合,使用枪式传声器是较好的选择:

  • 从较远的距离拾取所需的声音信号;

  • 在电影、电视和新闻制作中进行远距离拾音;

  • 希望对背景噪声和房间反射声进行最大化隔离。

    

需要注意的是,无论是电容传声器还是动圈传声器,都可以被设计为任意指向特性(除了双指向动线圈设计外)。带式传声器或是双指向设计,或是混合心形指向设计。图9是根据换能器类型和指向特性划分的传声器分类表。


4  指向特性是如何形成的

在传声器振膜后方设置不同类型的气孔、气管和阻尼材料,通过这种方式可以使传声器对来自不同方向的声音的响应发生变化。

全指向传声器(电容或动圈)只在振膜前端采取开放式设计,因此,振膜只对来自外界的压力产生响应。从所有方向到达振膜前端的声波压力都是相等的,因此,对于从任意角度到达振膜前端的声音信号来说,传声器的输出电压是相同的,也就是说,传声器对来自所有方向的声音信号具有相同的响应特性。但是,在高频部分全指向传声器的指向特性会变成双指向,这是由于对于声波的高频部分来说传声器本身就是一个障碍物。

与之相反,单一指向传声器(电容或动圈)在振膜的两侧都采用开放式设计。振膜通过其正反两面的压差驱动。在振膜的后端入口带有一个声学相位偏移网络(RC或RLC低通滤波器)。这个滤波器在其拐角频率以下会产生一个恒定的延时。这个恒定的延时就是使传声器产生单一指向特性的原因:声波不但从前端挤压振膜,同时也从后端入口挤压振膜,声波到达前端和后端的时间差异和后端入口处的相位偏移网络会产生相位偏移。因此,振膜同时受到到达前端的声波以及经过相位偏移的后端声波挤压,见图10。由于相位偏移在振膜正反两侧产生的瞬时压差驱动振膜进行振动。

从后方传来的声波通过两个路径到达传声器的振膜位置:①绕过传声器腔体后到达振膜前端入口,②通过后端入口和相位偏移网络。声音信号被加入了由于声波辐射需要绕过传声器腔体所产生的外部延时和相位偏移网络产生的内部延时,见图11。

在心形指向传声器设计中,内部延时被设置为与外部延时相等,因此,声波同时到达振膜前端和后端。由于从前方传来的声波和从后方传来的声波极性相反,因此产生抵消现象,从而使得从后方传来的声波不会产生或产生非常小的输出电压。这就是心形指向传声器隔离后方声音信号的原理。

相位偏移网络仅对中高频以下的频段起作用。对高于中高频段的声音信号来说,传声器腔体本身就是一个物理上的障碍物,可以对来自后方的高频信号进行隔离。

通过外部延时和内部延时的比例调整(通过调整声波入口的空间尺寸和声学优化),可以形成其他类型的指向特性。每一种指向特性都有一个特定的角度,在这个角度上两个延时相等(产生抵消)。双指向传声器的最佳抵消角度在侧面(偏离轴向90o),心形指向传声器的最佳抵消角度在后端(180o),混合心型指向传声器的最佳抵消角度为110o。

一般来说,传声器的指向特性可通过下列等式计算得出:

通过上面的等式可以得出以下结果: 

需要注意的是,对于双指向传声器来说A = 0,因为这一类型的传声器没有相位偏移网络;对于全指向传声器来说B = 0,因为这一类型的传声器振膜的后端位于密封舱体。对于心形指向传声器来说,A/B = 1。


5  全指向传声器的优势

全指向传声器的优势使其在常规应用场合成为第一选择。由于结构简单(没有后端入口或相位偏移网络),全指向传声器的价格通常会低于指向性传声器,并且能够提供更为平滑的频响曲线。此外,全指向传声器对机械噪声和pop噪声的灵敏度比单一指向传声器低15 dB~20 dB。原因在于,全指向动圈传声器的共振频率大约在500 Hz~1 000 Hz范围内,并有针对性地采取了大幅度阻尼衰减处理;而单一指向传声器的共振频率大约在150 Hz,并且阻尼衰减处理幅度较小,因此,低频机械冲击较容易导致振膜振动。

对任何尺寸的全指向电容传声器来说,振膜部分的刚度都被控制在共振频率之下(通常来说在8 kHz~10 kHz)。振膜的速率在到达共振频率之前都保持每倍频程提升6 dB的特性,见图12。由于振膜位移产生的是层速度,因此振膜位移幅度在低于共振频点时与频率变化为恒定关系。输出电压与振膜位移呈正比,因此在低于共振频点时输出电压也与频率变化保持恒定关系。

换句话说,全指向电容传声器在低于共振频率的频段能够提供平滑的频响曲线(有意对低频进行滚降处理除外),这一特性是所有尺寸规格的传声器的共性(尽管对于扬声器来说,较小的尺寸意味着低频响应受到限制,但即使是微型全指向传声器,也可以在低至约20 Hz的频段内提供平滑的频响曲线)。图13所示为一个微型全指向电容传声器的振幅/频率响应曲线。

与之相反,采用指向性设计的传声器通常在低频部分出现滚降的趋势,特别是当距离声源只有几英尺时。这是因为,采用指向性设计的传声器振膜依靠振膜前端和后端的压差来驱动。对于声波中的低频部分来说,在振膜前端和后端形成的压力同相。由于作用于振膜两侧的瞬间压力几乎相等,因此,振膜的振动幅度非常小,也就意味着输出电压非常低。

此外,全指向传声器相对于单一指向传声器来说,在离轴区域的声染色程度较低。全指向传声器在离轴方向出现声染色的表现为在高频部分出现滚降。振膜尺寸越大,高频能量滚降幅度越大。单一指向传声器的离轴区域声染色,除了同样具备高频滚降的特征,还会在整个频响范围内出现波峰和波谷。这是由于到达振膜前端和后端的声波之间的相位关系与频率变化不一致所导致的。