
音頭的正確選擇及其使用
音頭(換能極頭)作為傳聲器的核心部件,直接決定傳聲器的性能指數。如何正確選擇和使用,是我們最關注的話題。
人類靠耳朵來感知聲音,而電聲技術中則靠傳聲器來接收一切聲音信息。譬如錄音、播音、通訊、助聽等等其實無一不是依靠傳聲器來拾取聲音。甚至有人說,沒有傳聲器就不會有電聲技術。由于傳聲器往往總是工作在音響、電聲系統的第一個環節,其質量的優劣實際上就是聲源的保真程度。所以,傳聲器在電聲技術,尤其是高保真技術中是一道關鍵環節,我們在生產傳聲器及有關拾音的電子產品的時候,正確地認識音頭和選擇音頭將會讓你獲得事半功倍的收益!
傳聲器的種類和工作原理
傳聲器是一種把聲信號轉換為電信號的換能器件。在過去,有很多種類,其中根據換能方式分為碳粒式、半導體式、壓電式(晶體式、陶瓷式、高聚物式)電動式(動圈式和鋁帶式)、和電容式(包括電容式,駐極電容式和硅微駐極式)等?,F代科技尤其是電聲科技在高速發展,人們對聲音質量的要求越來越高,其他種類的傳聲器已經逐斬淘汰。今天,在音響和通訊領域中實際使用的傳聲器主要是動圈式和電容傳聲器兩種。其中電容傳聲器換能性能好,特別是頻率響應平直,音質保真,不但性能價格比高而且能滿足每一個領域的不同使用要求。它是各類傳聲器之中最優良的一種形式。
電容傳聲器(Condenser Microphone)的換能原理和特點
音頭的正確選擇及其使用
振膜和背極形成一個儲能系統,當聲波振動時,由于空氣介質的作用,振膜會發生振動位移,電容量隨之變化,電容儲存的電荷量也就發生變化。在負載電阻兩端獲得隨聲壓變化的交流電壓,完成聲電轉換過程。這就是電容傳聲器的基本原理。
為了使電容傳聲器能正常工作,必須給它提供極化電壓。極化電壓通常為48-200V。
電容傳聲器最大的優點是靈敏度高、頻率響應平直、動態范圍大、瞬態響應好、音質優美,常常用于高質量的拾音場合。缺點是價格偏高,必須外加電壓,許多地方使用不方便。
駐極式電容傳聲器(Electret Condenser Microphone)
駐極式電容傳聲器和電容傳聲器從名稱的區別是多了駐極式三個字。它是在電容傳聲器優良的基礎上融合了現代化工技術而誕生的新一代電容傳聲器。它應用了高聚物材料的永久性儲存電荷的特性,從而省略了傳統電容傳聲器的外加電壓,即圖中的E。
駐極體電容傳聲器具有傳統電容傳聲器的一切優點外,而且省略了傳統電容傳聲器的外加極化電壓,適合了高品質,低造價,微型化的發展方向。尤其是背極式傳聲器,近年來得到了蓬勃的發展,已迅猛地占領了傳聲器需求總額的90%以上的市場位置,已是當今的主流。
駐極式電容傳聲器又分為振膜駐極式和背極駐極式兩種形式。振膜駐極式電容傳聲器是早期的產品,它在振膜上直接進行電荷極化,特點是生產工藝簡單,成本比較低廉。由于振膜肩負著接受聲波和儲存電荷雙重任務,薄有利與接收聲波,厚有利于儲存電荷。而事實上駐極振膜無法同時滿足這樣的要求,只能在二者之中兼顧選擇。所以這類傳聲器通常音質偏低,穩定性也比較差。主要用在對音質要求不高的場合使用。
背極駐極式電容傳聲器是針對振膜駐極式電容傳聲器的不足而進行優化的升級產品。將駐極體材料與振膜分開,振膜采用純金屬薄膜或者非常薄的電鍍塑料薄膜。而將儲存電荷的駐體極材料采用特殊的工藝設置在背極上。這樣,振膜就完全可以選擇音頻特性好的材料而不受其他問題制約,由于駐極體設置在傳聲器里面的背極板上,不暴露于外界空氣中,儲存電荷的穩定性也大大提高,經過測試傳聲器靈敏度的衰減特性達到0.1dB/10年的水平。
硅微駐極式電容傳聲器(SiliconElectretCondenserMicrophone)
駐極式電容傳聲器還有一種硅微傳聲器,是最新研發的科技產品。以集成電路的工藝技術MEMS為基礎,通過現代工藝將駐體極材料設置在作為背極的硅襯底上,振膜則通過氧化等手段生成。硅微傳聲器的音質比常規背極駐極式電容傳聲器略差,但更加容易趨向超微型化發展,非常適合微型電子產品使用。
傳聲器的性能參數
衡量傳聲器性能通常用客觀的測量和感觀的聽音兩種方法。由于聽音是一種感覺上的東西,而且與聽音者的藝術素養、心情、環境等有關,會常常引起許多爭議。常用數據來表征。
(A)靈敏度(B)頻率響應(C)固有噪聲(D)等效噪聲級
(E)諧波失真(F)輸出阻抗(G)最大聲壓級(H)動態范圍
(I)信噪比(J)瞬態響應
正確配備音頭和使用傳聲器
由于傳聲器用途各異,聲源,使用環境,效果要求不盡相同,因而音頭的設計也各有不同,各有特點。所以,當您設計傳聲器產品或者需要使用傳聲器的時候,您最好事先對傳聲器的用途,要求,使用環境了解清楚,然后根據實際情況,所配備的音響器材等合理地選擇音頭或者傳聲器產品。
錄音傳聲器的選擇
錄音有高保真藝術錄音和實況錄音和業余錄音幾種情況。藝術錄音(是一門技術和藝術的學課,通常要經過專業的學習。)藝術錄音通常在聲場條件比較好的錄音室內進行,采用耳機監聽。不需要考慮聲回授問題。人聲拾音可選用頻率響應平直,瞬太好的全向性大振膜電容傳聲器或者背極駐極式電容傳聲器。全指向性傳聲器工作在壓強梯度,不存在軸向偏差,有利于保真。音頭的口徑較大,振膜初始應力比較低,對聲音全息中的諧波分量比較容易接收,音質有具有充沛的深度感。但是口徑較大會造成動態范圍變小,信噪比變低。器樂拾音要復雜一些,器樂有許多種類,有弦樂,管樂,打擊樂等數十種之多。每種樂器都有本身特有的頻譜,如頻率范圍,各頻率的聲強幅度,動態范圍等。文藝節目中會同時用到多種樂器,如果要分類錄音的話,就要根據每種樂器的特性來選擇合適的傳聲器。如果是集中錄音可以選擇心形的中小口徑的背極駐極式電容傳聲器。
實況錄音,這種情況下通常陣容比較大,聲學環境差,聲源能量小,噪聲大。如果在室內還存在反射聲的影響??梢赃x擇接收角度小的超心形或者超指向性背極駐極式電容傳聲器;如果聲源混沌可以選用PZM結構的上述音頭的傳聲器,并應對低頻作適當的衰減(高通濾波器),用以盡量保證聲音的快速語言傳輸指數性能要求(可懂度)。
攝錄設備、新聞采訪、遠距離拾音這種情況與實況錄音基本類似,有所區別的是通常一般不存在較大的聲音反射問題??梢赃x擇接收角度小的超心形或者超指向性背極駐極式電容傳聲器。
公共廣播傳輸、電臺演播室內、調度這種情況聲學條件相對良好。選擇大振膜或者中振膜心形背極駐極式電容傳聲器。如果其他器材配備精良,能達到很高的音質量水平。
現場擴聲中傳聲器的選擇
首先我們來了解一下表征擴聲系統音質的幾個參數:
(A)總噪聲(B)系統噪聲(C)傳輸頻率響應(D)傳聲增益
(E)聲場不均勻度(F)系統諧波失真(G)最大聲壓級
(H)快速語言傳輸指數(RASTI)
擴聲與錄音最大的區別是后者不存在而前者存在著聲回授,也即常說的嘯叫。在現場擴聲中,尤其是室內都會存在聲回授,它是擴聲系統正反饋而產生的震蕩。一旦出現聲回授,就會破壞了系統的正常工作,甚至還會損壞人的聽力或者器材。聲回授是擴聲系統必然存在的問題,只要KU>1,同相位,足夠的時間就會形成聲回授。然而對于一套優質的擴聲系統,最根本的是應有足夠的傳聲增益,(發生聲回授之前所能貢獻的聲音功率),低的噪聲和系統諧波失真,以及良好的RASTI性能。也即是:合適的響度、滿意的清晰度、全場有均勻的效果、沒有音質缺陷和噪音干擾等。當然構成理想的擴聲系統涉及到前期建筑,音響設備配搭,以及傳聲器性能水平幾方面的問題。在這里我們重點介紹傳聲器對整個擴聲系統的影響和如何針對各種場合正確選擇音頭和傳聲器產品
擴聲系統按其聲源性質、工作環境、、聲道、擴聲的用途、功率放大器輸出方式和音箱分散式擴聲和集中式擴聲。
1)語言擴聲、音樂與語言兼用擴聲
語言擴聲系統著重考慮清晰度、可懂度的要求,頻率響應通常達到250-4500Hz,聲壓級達到75dB一般就能滿足。音樂擴聲的要求相對比較高,比如,通常頻率響應不少于80-12500Hz,聲壓級不少于80-85dB。對于音樂而言清晰度是聲音層次感、力度及聲象定位的保證。此外對聲場不均勻度、系統諧波失真等也有較高的要求。熱而,語言擴聲關鍵考慮采用指向性指數好的心形指向性的背極駐極式電容傳聲器。音樂擴聲則還有考慮符合樂器的頻率特性的要求。
2)室外擴聲與室內廳堂擴聲
室外擴聲系統的特點是:反射聲少、有回聲干擾、擴聲區域條件復雜、噪音大和音質受氣候條件影響。室內擴聲系統的特點是對音質要求高,存在混響干擾,擴聲質量受房間的建筑聲學條件的影響較大。通常選擇應選擇指向性指數優良的心形背極駐極式電容傳聲器。
3)分散式擴聲和集中式擴聲
分散式擴聲,傳聲器與揚聲器的距離比較遠,聲場功率分配比較均勻,反射聲相對較少。一般可選擇心形指向性的背極駐極式電容傳聲器,也可以考慮采用無指向傳聲器。集中式擴聲由于存在嚴重的聲反射、聲溢射、高頻(4000HZ以上)段聲音隨傳送距離增加而衰減,等現象。應選擇指向性指數優良的心形或者超心形的背極駐極式電容傳聲器。
4)單聲道擴聲與雙聲聲道擴聲無線傳聲器音頭的選擇
文藝節目和比較大的管場通常采用雙聲道擴聲,雙聲道擴聲帶來的麻煩比較多些。針對小型語言擴聲系統,如果能滿足功率要求,采用單聲道擴聲,往往效果更加好。
5)無線傳聲器音頭的選擇
無線傳聲器使用方便,可以任意靠近聲源,如果用于播音,擴聲中還能明顯地提高系統的整體水平。因而無線傳聲器越來越受到電聲界的青睞。無線傳聲器有幾種形式
1、手持式無線傳聲器
通??蛇x擇口徑14、16毫米心型、超心型的背極駐極式電容傳聲器音頭。但必須指出,手持式無線傳聲器利用高頻載波來傳輸音頻信號,由于換能電容極頭阻抗甚高,換能過程中必然會受到載波信號干擾。是不能將電容音頭直接上機使用的,必須設置一隔離匹配電路。另外,傳聲器在離聲源比較時使用會產生近講效應,在設計傳聲器時也應考慮。
2、領夾式、桌面式和頭戴式無線傳聲器
領夾式可選擇中、小口徑的超心型背極駐極式電容傳聲器音頭,拾音距離放在首位考慮,同時由于衣服(柔軟物體)對高頻(3500-6000Hz)有明顯的吸收,視情況選擇有高頻提升的音頭,就會有良好的清晰度。如果在比較寬闊的場合也可以考慮使用超小口徑(4mm以下)的全指向音頭有會有意想不到的效果;桌面式無線傳聲器的情況與領夾式相似,還有一個有利的條件,利用桌面反射特性做成PZM形式的無線傳聲器,大大提升拾音能力;頭戴式傳聲器似乎比較容易達到使用要求,但有注意近距效應的影響,以免造成低頻過沖,影響了清晰度的要求。
3、KTV娛樂傳聲器
卡拉OK房間的空間通常較小,尤其是Hi房,常規的傳聲器在此很容易產生嘯叫。這種情況要選擇指向性好和阻抗低的傳聲器。音樂的掩蔽效應嚴重,保真不是重要,頻率響應范圍在150-4000Hz就可以,由于人聲的能量集中在低端,提升低頻段的增益(150-400Hz附近)可使人聲豐滿洪亮。KTV設備一般配置有激勵器,其再生的高頻成分一般已可以滿足娛樂的要求。
傳聲器的應用無處不在,還有許多種使用形式,譬如,聲學測量傳聲器、軍事上的超強抗噪、防水、水下傳聲器,仿生學和醫學上用的傳聲器等。