易科國際——通過了解設計原理選擇合適的傳聲器(一)

　　對于某個特定應用來說，什么類型的傳聲器最合適?我們應該選擇電容傳聲器還是動圈傳聲器，是選擇全指向還是心型指向傳聲器，選擇頻響曲線平坦的還是擁有特定頻響特性的?

　　本文將會探討各種類型話筒的優點和缺點，并將這些優/缺點與各種類型的應用場景關聯起來，通過了解這些方面的知識能夠幫助您正確的選擇傳聲器。

　　大家都希望有一只適用于所有應用場合的通用傳聲器，但目前尚不存在。不同應用場合都有不同的使用需求，理想當中的功放或揚聲器擁有線性傳輸特性，然而傳聲器的頻響特性通常是專門為了某些特定類型的應用進行優化的。

　　舉例：

　　一個古典音樂錄音工程師為了精確地復制音色，需要的是一個頻響特性平坦的傳聲器;一個流行音樂制作人可能想要的是一個高頻部分被提升的傳聲器來獲取較高的響度。

　　對于古典音樂錄音工程師來說，41Hz的信號是音樂;而對于語音廣播工程師來說，這個頻段的聲音是噪音。因此，用于古典音樂錄音的傳聲器擁有良好的低頻響應特性，而用于語言信號拾取的傳聲器則在低頻段采用了滾降設計。

　　與之相近的是，舞臺上的歌手通常喜歡使用可以提升低頻(近講效應)的傳聲器，能使聲音聽起來更溫暖、更有力度。而具有同樣特性的傳聲器在錄音室使用時不經均衡處理的話，就會使樂器聲音聽起來渾濁。

　　此外，根據不同的應用需求還存在著多種不同類型的傳聲器指向特性設計。

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　　全指向傳聲器拾取所有方向上的聲音，適用于拾取演奏廳的混響聲。相對于全指向傳聲器來說，單一指向傳聲器拾取的混響聲和聲泄露較少，適用于當外部噪音對聲音拾取質量造成影響的場合，譬如現場錄音。

　　這些設計上的變化使得傳聲器布局的設計和使用都變得非常有趣。

　　每一只傳聲器都需要具備的特性

　　我們剛剛談到的是對不同頻響特性和指向特性的傳聲器的需求。但是，所有傳聲器都需要具備以下共性：

　　-低本底噪聲

　　-高動態(能夠在不失真的前提下承受高聲壓)

　　-較好抗射頻干擾能力

　　-較低的機械噪聲(手持時的摩擦)

　　-較低的風噪和pop噪聲(爆發性的呼吸聲)

　　-最小化偏軸聲染色(在軸向和偏軸方向的頻響特性保持一致)

　　-高靈敏度

　　這些特性對于獲取清晰地聲音來說是必要條件：無噪聲、無失真、在偏軸方向無聲染色。其他一些特性需求，例如：

　　-體積小(某些時候)

　　-強指向性(某些時候)

　　-堅固耐用

　　-低成本

　　不幸的是，我們不可能把所有上述需求集中在一個傳聲器內，因為這些特性需求之間存在沖突。譬如，如果使用較大的隔柵網罩來消除pop噪聲的話，那么傳聲器的整體尺寸就會變得太大;如果通過加入內置衰減電路來提高動態余量的話，那么信噪比會被降低。

　　總的來說，每一個設計上的決定都是出于折中考慮。在某一個方面的特性獲得提升意味著在另一個方面的特性受到限制。

　　作者寄語：

　　本文的目的是描述這些設計上的折中，使傳聲器用戶能夠更好的理解哪些特性在給定使用場景當中更為重要。通過了解設計上的折中，我們能夠更明智的選擇適當的傳聲器。

　　傳聲器設計上的折衷

　　1. 傳聲器類型概覽

　　首先，讓我們來了解一下不同類型的傳聲器如何將聲音轉換為電信號。應用于專業領域的傳聲器依據它們的工作原理可分為兩種類型：動圈或電容傳聲器。在動圈傳聲器當中，通過一個可移動的導體切割磁力線來產生電信號。動圈傳聲器又分為動線圈傳聲器和帶式傳聲器兩種。

　　動線圈傳聲器(通常被稱為動圈傳聲器)如Fig 1所示。一個與振膜連接的線圈懸掛在磁場內。當聲波使振膜震動時，線圈也會在磁場內震動從而產生與輸入聲波相近的電信號。

　　帶式傳聲器如Fig 2所示，一塊非常薄的金屬箔片或帶狀金屬片懸掛在磁場當中。聲波使懸掛在磁場內的金屬片產生震動，并由此產生電信號。

　　電容傳聲器如Fig 3所示，一塊可以導電的振膜和一塊金屬板(背面電極)分別與電容的兩極相連。聲波使振膜震動的時候改變了振膜與金屬背板之間的體積，這種變化改變了電容量并由此產生于輸入聲波相近似的電信號。

　　振膜與金屬背板可以通過外接設備或通過內嵌于振膜或金屬背板的永極體供電。如何在電容、帶式和動圈傳聲器之間選擇物理結構的差異使這三種類型傳聲器形成了不同的性能特性。

　　①. 當你有以下使用需求時，較好的選擇是電容傳聲器：

　　-極佳的瞬態響應(例如，用于打擊樂器、大镲、原聲樂器和大編制合奏的聲音拾取等)

　　-擴展的高頻響應(用于頻譜帶寬延伸至高頻頻段的聲源拾取)

　　-高靈敏度(用于對原生音量較小的聲源進行遠距離拾取)

　　-工作頻段較寬，頻響曲線平滑(適用于大多數要求忠實重現聲源自然音質的工作室)

　　-較小的體積(領夾式傳聲器或界面傳聲器)

　　②. 當你有以下使用需求時，較好的選擇是動圈傳聲器：

　　-較慢的瞬態響應(對過多細節實現衰減，例如對木管樂器或銅管樂器近距離拾音)

　　-較低的價格(通常來說，動圈傳聲器價格低于電容傳聲器)

　　-堅固耐用

　　-承受高聲壓的能力(例如，用于電吉他音箱或鼓組的拾音)

　　-低本底噪聲

　　-受溫度和濕度的影響較小

　　-更高的可靠性(不需要供電)

　　③. 當你有以下使用需求時，較好的選擇是帶式傳聲器：

　　-溫暖、平滑的聲音(例如，在對銅管樂器近距離拾音時可以使聲音聽起來沒那么“尖銳”)

　　作者寄語：

　　需要注意的是，上述不同類型傳聲器的性能屬性是總體趨勢。譬如，有一些動圈傳聲器同樣具備平滑的頻響特性或高靈敏度特性，有些電容傳聲器則具備較好的動態余量并且堅固耐用。上面描述的傳聲器選擇是基于各類型傳聲器的共性提出的。

　　2. 不同類型 換能器的 頻響特性

　　下方示例A、B、C、D四項圖表，它們的構成是：

　　最左側一欄

　　此欄顯示的分別是四種換能器與頻率相對應的振膜速率(實線)或與頻率對應的振膜位移(虛線)。

　　中間一欄

　　此欄顯示的分別是壓力階差(在振膜前端和后端的聲波壓力差)對振膜震動的關系。對于全指向傳聲器來說，振膜的后端是密封的外殼，因此壓差與頻率之間的關系是恒定的。對于單指向或雙指向(壓力階差)傳聲器來說，振膜的后端會受到聲波的影響，并且與到達振膜前端的聲波之間存在時間差，因此壓差隨著頻率的提高而增加。

　　最右側一欄

　　此欄顯示的是振膜速率和壓力階差相加之后的結果(動圈傳聲器)或振膜位移與壓力階差相加之后的結果(電容傳聲器)。相加之后的結果就是傳聲器的振幅/頻率響應特性。

　　圖A（點擊圖片可放大）

　　如圖所示為全指向動圈(全指向動線圈)換能器。這個類型的換能器對中頻共振存在阻尼，因此振膜速率與頻率變化之間的關系保持了相對恒定。輸出電壓與振膜速率整成比。振膜正反兩端的壓力階差與頻率變化之間也處于恒定狀態，這是因為振膜的后端位于密封空間內。

　　因此，這一類型的傳聲器在大部分音頻信號頻率范圍內都能夠保持平坦的響應特性。

　　圖B（點擊圖片可放大）

　　如圖所示為全指向電容換能器。這個類型的換能器對高頻部分的共振存在阻尼。振膜的速率每倍頻程提升6 dB，因此振膜位移幅度與頻率變化之間的關系保持恒定。輸出電壓與振膜位移幅度成正比。

　　壓力階差與頻率變化之間的關系保持恒定，因此在大部分音頻信號頻率范圍內保持平坦的頻率響應特性。

　　圖C（點擊圖片可放大）

　　如圖所示為單一指向的動圈換能器。這一類型的換能器對于低頻共振存在阻尼，其振膜速率在大部分頻率范圍內都保持了每倍頻程下降6 dB的趨勢。輸出電壓與振膜速率成正比。但是，由于壓力階差在中高頻段出現每倍頻程提升6 dB的現象，因此在大部分音頻信號頻率范圍內仍然保持了平坦的頻率響應特性。

　　圖D（點擊圖片可放大）

　　如圖所示為單一指向電容換能器。這一類型的換能器對于中頻共振存在阻尼。其振膜速率與頻率變化之間的關系保持恒定，振膜位移則在大部分頻率范圍內保持每倍頻程下降6 dB的趨勢。輸出電壓與振膜位移成正比。但由于壓力階差在大部分頻率范圍都保持每倍頻程提升6 dB的趨勢，因此仍然能夠獲得平坦的頻率響應特性。

　　-未完待續-