不同应用场合话筒振膜的选择

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不同应用场合话筒振膜的选择


在某些应用场合当中，大振膜（振膜直径超过1 cm）比小振膜有更多的优势，反之亦然。

1  选择合适的振膜尺寸

在以下应用当中，选择大振膜传声器是较好的选择：

希望采用指向性设计的传声器能够提供扩展的低频响应（通常来说）；

降低对风噪和pop噪声的灵敏度；
获得更高的灵敏度；
获得更低的本底噪声；
获得更高的信噪比。
后面三个特性是相互关联的：振膜尺寸越大，换能器越能够提供比传声器本身电器元件所产的本底噪声能量更高的音频信号。   

在以下应用当中，选择小振膜传声器（微型传声器）是较好的选择：

不希望传声器影响视觉效果（用夹子固定在新闻广播员身上或乐器上）；
对持续移动的声源进行稳定一致的拾取（用夹子固定在新闻广播员身上或乐器上）；
最小化离轴声染色对音质的影响（对一个宽角度声源进行拾取，例如大型合唱团或鼓组中的镲片）；
在对声源采用界面拾取方式时，希望获得扩展的高频响应；
在对声源采用界面拾取方式时，希望在整个频率范围内获得一致的指向特性。
2  微型传声器的优势

对于尺寸较大的同类传声器来说，小型全指向传声器的离轴声染色程度较低（高频滚降）。原因在于：由于衍射的原因，轴向上的高频能量出现提升，而在离轴区域则不会出现提升。

当振膜直径等于波长时，相对应的频率能量提升最大。对于小振膜传声器来说，最大能量提升现象发生在可闻频段之上；大振膜传声器的高频能量最大提升现象通常发生在11 kHz～18 kHz，因此，对于大振膜传声器来说，轴向和离轴区域的高频响应变化更容易被察觉。此外，小振膜传声器在离轴区域的相位差小于大振膜传声器，因此，在其离轴区域的高频部分产生的抵消更少。简单的说，换能器尺寸越小，离轴区域的高频滚降幅度越小。

小型指向性传声器在离轴区域的声染色程度低于大尺寸指向性传声器。原因是：大尺寸传声器的指向特性在低频部分是通过相位偏移网络实现的，在高频部分则通过衍射实现；而小尺寸传声器的指向特性即便是在非常高的频段也是通过相位偏移网络实现的。

由于使相位偏移网络产生的相位差与通过衍射产生的相位差相等非常困难，因此，大尺寸传声器的指向特性会随着频率的变化而发生变化。对于小尺寸传声器来说，指向特性在大部分可闻频段内都可以通过相位偏移网络进行控制，因此，其指向特性与频率之间的关系能够保持相对恒定。由此产生的结果就是，小尺寸传声器在离轴区域的声染色程度低于大尺寸传声器。

图1显示了一支振膜直径为1.19英尺（约3 cm）的心形指向传声器的指向特性随频率变化而发生变化的情形。图2显示了一支微型混合心形指向传声器在同样条件下的指向特性变化情况。从图中可以清楚地看到，尺寸较小的传声器的指向特性在频率变化时保持了较高的一致性，尤其是在前半区。



图1  心形指向传声器在不同频率下的指向特性



图2  微型混合心形指向传声器在不同频率下的指向特性

在被安装在一个反射面作为界面传声器使用时，小尺寸传声器能够提供比大尺寸传声器更平滑的高频响应特性。原理如下：在一些界面传声器的结构当中，传声器的换能器的轴线与边界平面平行，振膜的中轴略高于边界平面。因此，界面反射声到达振膜的时间晚于直达声，也就是说反射声与直达声之间存在时间差，见图3。



图3  反射声与直达声之间的时间差示意图

当直达声和反射声在振膜中心点进行融合时，会在高频部分出现相位干涉现象。振膜尺寸越小，延时也越小，并且产生最大抵消的频率越高。如果振膜直径为1 cm或更小时，产生最大抵消的频率就会出现在可闻频谱之上，因此，采用这种结构设计的界面传声器在高频部分的频响曲线相对来说较为平坦。

在其他使用条件相同的情况下，小尺寸传声器在被水平放置在平面上时，相较于大尺寸传声器所产生的高频滚降幅度较小。

当传声器被向下指向安装时（换能器指向反射平面），会在振膜和平面之间形成一个细缝和复合腔体。这个细缝和腔体在声学上会构成一个RLC网络（低频滤波器），导致在高频部分出现滚降现象。传声器尺寸越小，声学腔体越小、细缝越短，因此，在可闻频段内的高频滚降幅度也越小。

在作为界面传声器使用时，微型传声器在高频区域的指向特性的一致性优于大尺寸传声器。对于大尺寸传声器来说，由于界面反射产生的相位抵消发生在可闻频段内，同时这种相位干涉也会影响指向特性。

3  微型传声器的缺点

微型指向性传声器会在低频区域出现滚降现象，主要是由于对于小尺寸换能器来说，需要较低的振膜振动阻尼来获得合适的灵敏度。但这个问题可以通过在传声器电气部分加入校正均衡（提升低频）或借助近讲效应来获得更平滑的频响曲线。因此，对于近距离拾音的乐器来说，低频部分的声音信号能够被真实地还原。

传声器的灵敏度与振膜面积成正比。因此，相对来说小尺寸换能器的信噪比低于大尺寸换能器。小尺寸换能器的等效噪声通常为28 dBA～33 dBA，大尺寸换能器的等效噪声通常为14 dBA～18 dBA。

在实际应用当中，微型传声器较低的信噪比并不会产生明显的问题。安装距离非常近的微型传声器会接收到乐器的非常高的输入声压，因此能够有效提高拾取信号的信噪比。另一个办法是将换能器安装在反射界面，直达声与反射声的耦合叠加会提供额外的6 dB输入声压。换句话说，表面安装方式可以有效地将信噪比提高6 dB。

节选自《演艺科技》2017年第12期  文/[美]Bruce Bartlett 翻译/金磊《通过了解设计原理选择合适的传声器（二）》，转载请标注：演艺科技传媒。更多详细内容请参阅《演艺科技》。

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