現(xiàn)代音響與調(diào)音技術(shù)2傳聲器課件

第2章傳聲器2.1傳聲器的分類與原理結(jié)構(gòu)2.2傳聲器的技術(shù)指標(biāo)2.3有線傳聲器2.4無線傳聲器2.5傳聲器的選擇和使用2.1傳聲器的分類與原理結(jié)構(gòu)傳聲器(Microphone)簡寫為MIC，又稱話筒或“麥克風(fēng)”。它是音響系統(tǒng)中最為廣泛使用的一種電聲器件之一，它的作用是將話音信號轉(zhuǎn)換成電信號，再送往調(diào)音臺或放大器，最后從揚(yáng)聲器中播放出來。也就是說，傳聲器在音響系統(tǒng)中是用來拾取聲音的，它是整個音響系統(tǒng)的第一個環(huán)節(jié)，其性能質(zhì)量的好壞，對整個音響系統(tǒng)的影響很大。2.1.1傳聲器的分類傳聲器的種類很多，可根據(jù)能量來源、指向性、換能原理以及受聲場作用力的大小等進(jìn)行分類。1.按能量的來源分傳聲器按能量的來源可分為有源類傳聲器和無源類傳聲器兩類。有源類傳聲器用外加直流電源作為其能量來源，使傳聲器的振膜在聲場作用下其電學(xué)參量發(fā)生變化，從而將聲能轉(zhuǎn)化為電能。如碳粒式、半導(dǎo)體式及射頻式傳聲器均屬于有源傳聲器。2.按換能原理分傳聲器本身就是一種換能器件，通常是將聲能轉(zhuǎn)換為電能的。但是，這種換能器件若內(nèi)部結(jié)構(gòu)不同，那么它們的換能方式也不同。大部分傳聲器是按電磁感應(yīng)定律工作的，其輸出電壓正比于振膜的振速。而電容、壓電傳聲器是通過改變傳聲器內(nèi)部電路參數(shù)工作的，輸出電壓正比于振膜的位移。碳粒傳聲器是利用碳粒的歐姆接觸電阻正比于振膜的位置而工作的。3.按聲場作用力分聲場作用力是指具體某點(diǎn)聲壓和振膜面積的乘積。這里的聲壓是標(biāo)量，無方向性，與頻率無關(guān)。它主要有兩種形式，即壓強(qiáng)式和壓差式。壓強(qiáng)式傳聲器是對空間聲場某點(diǎn)的聲壓起響應(yīng)的，而壓差式傳聲器是對空間兩點(diǎn)或多點(diǎn)之間的聲壓差起響應(yīng)的。聲壓差是聲壓梯度的函數(shù)，聲壓梯度是有方向性的，是矢量且與頻率有關(guān)，所以壓差式傳聲器是具有方向性的。4.按指向性分指向性分類方法比較直觀且容易理解。當(dāng)聲波波長接近其結(jié)構(gòu)尺寸時(shí)，都會發(fā)生衍射，產(chǎn)生相位損失、障板效應(yīng)等，因而不可避免地要在高頻區(qū)產(chǎn)生方向性。具體方向性有單向、雙向、全向、8字形、無指向和可變指向等6種。圖2―1動圈式傳聲器結(jié)構(gòu)

動圈式傳聲器具有結(jié)構(gòu)牢固可靠、性能穩(wěn)定、無需外加直流電壓、使用簡便等優(yōu)點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于家庭和歌舞廳等場所，既適合于人聲演唱，亦適合于大多數(shù)的樂器擴(kuò)音或錄音使用。圖2―2電容式傳聲器的結(jié)構(gòu)將這個電容的變化量取出來變成電信號，這個電信號便對應(yīng)著聲波信號了。要把電容變化量變成電信號有多種方法，在電容式傳聲器中通常有兩種：一種是直流極化式；另一種是駐極體式。直流極化式基于電場原理，通過電場的作用將機(jī)械振動變成電信號，這種形式的換能器稱為靜電換能器。在專業(yè)音響場合中，多使用外加直流極化電壓(40~200V)的高檔電容傳聲器。采用經(jīng)過事先極化的駐極體代替上述極化電壓的電容傳聲器稱為駐極體電容傳聲器，簡稱駐極體傳聲器。駐極體傳聲器的優(yōu)點(diǎn)是省去了極化電壓的裝置，電路也簡化了，從而體積小巧，價(jià)格相對低廉，常用在家用錄音機(jī)中作內(nèi)置傳聲器和普通歌舞廳樂隊(duì)的擴(kuò)音中，效果優(yōu)良。缺點(diǎn)是極化電壓保持時(shí)間有一定限度。對于使用者來說，應(yīng)避免在高溫和高濕環(huán)境下存儲和使用電容傳聲器，這對延長其使用壽命是有利的。2.2傳聲器的技術(shù)指標(biāo)2.2.1靈敏度靈敏度用于表示傳聲器的聲—電轉(zhuǎn)換效率。其定義為：在自由聲場中，當(dāng)向傳聲器施加一個聲壓為1μbar的聲信號時(shí)，傳聲器的開路輸出電壓(mV)即為該傳聲器的靈敏度。換句話說，在一個標(biāo)準(zhǔn)聲壓的作用下，傳聲器的開路輸出電壓越高，傳聲器就越靈敏，反之，傳聲器就不靈敏。2.2.2頻率范圍(帶寬)頻率范圍是指傳聲器正常工作的頻帶寬度，通常以帶寬的下限和上限頻率來表示。一只好的傳聲器應(yīng)具有較寬的頻率范圍，最好包含人的音頻整個范圍，有時(shí)為了增加拾音的明亮度和清晰度，還可在某一頻率范圍內(nèi)，使其輸出有所增強(qiáng)。頻率范圍可通過頻響曲線來反映，電容傳聲器的頻響特性較動圈式要寬闊且平直。2.2.3信號噪聲比(S/N)信號噪聲比指的是傳聲器有電信號輸出時(shí)的信號電壓與傳聲器內(nèi)在噪聲電壓的比，通常用dB表示。例如，電動傳聲器的靈敏度為0.1mV/μbar，當(dāng)在1m距離講話時(shí)，到達(dá)振膜的聲壓約為1μbar，此時(shí)，傳聲器輸出電信號為0.1mV。而傳聲器的內(nèi)在噪聲電壓約為0.5μV，則信噪比為一般優(yōu)質(zhì)電容式傳聲器的S/N值為55~57dB。2.2.4源阻抗及推薦的負(fù)荷阻抗源阻抗簡稱阻抗，指傳聲器的交流內(nèi)阻，以Ω為單位，通常用1kHz信號測得。對低阻抗傳聲器，源阻抗為200Ω左右；對中阻抗傳聲器，一般在500Ω到5kΩ之間；對高阻抗傳聲器，則在25kΩ到150kΩ之間。由于中阻抗及高阻抗傳聲器的導(dǎo)線容易感應(yīng)交流聲，所以專業(yè)用的高質(zhì)量傳聲器，一律采用低阻抗方式。2.2.5最大容許聲壓級通常以傳聲器產(chǎn)生0.5%諧波畸變時(shí)的聲壓級作為最大容許聲壓級。高質(zhì)量傳聲器的最大容許聲壓級已達(dá)135dBSPL。2.2.6隔振能力隔振能力包括傳聲器與其支架間的隔振能力，以及傳聲器外殼內(nèi)芯件與殼體間隔振能力。2.2.7瞬態(tài)響應(yīng)瞬態(tài)響應(yīng)就是傳聲器對脈沖型聲波的跟蹤能力。由于方波信號是一種典型的瞬態(tài)信號，所以常常用一個矩形波信號來激勵傳聲器，然后用示波器來觀測傳聲器輸出信號的波形，從而判斷它的瞬態(tài)跟蹤能力。通常，電容傳聲器的瞬態(tài)響應(yīng)要優(yōu)于動圈傳聲器。2.2.8指向特性傳聲器的指向特性，又稱傳聲器的方向性，是表征傳聲器對不同入射方向的聲信號檢拾的靈敏度，是傳聲器十分重要的電聲指標(biāo)。1.壓強(qiáng)式傳聲器——無方向指向特性壓強(qiáng)式傳聲器的振膜是裸露在聲場中的，振膜后面是密封的，聲波無法入射。所以，這種傳聲器具有無方向指向特性，或者說它具有球形指向特性，如圖2―3所示。2.壓差式傳聲器——8字形指向特性壓差式傳聲器的振膜后面不密閉，因此振膜的振動取決于前面和后面的瞬時(shí)聲壓差，即對聲壓梯度產(chǎn)生響應(yīng)。很顯然，從前面0°和后面180°入射的聲波，都可以產(chǎn)生很大的聲壓梯度，所以接收能力最強(qiáng)，具有較高的靈敏度。從側(cè)面90°和270°入射的聲波，到達(dá)振膜前后兩面的強(qiáng)度相等，因而聲壓梯度為零，傳聲器沒有輸出，靈敏度為零。因此，壓差式傳聲器具有8字形(或雙向)指向特性，如圖2―4所示。圖2―43.多種指向圖形的組合將一個無方向圖形與一個8字形圖形疊加起來，就能得到一個心形圖形，如圖2―5所示。這是因?yàn)樵?°方向上，無方向圖形與8字形圖形相疊加，得到了兩倍的靈敏度；在180°方向上兩者大小相等，方向相反，結(jié)果相互抵消；在90°和270°方向上，因8字形圖形靈敏度為零，因而，疊加的結(jié)果是保持無方向圖形的靈敏度，它是0°入射靈敏度的一半。心形指向特性是一種單方向指向特性，介于無方向和8字形指向特性之間，適合于手持式人聲演唱和樂器演奏用傳聲器?，F(xiàn)在，我們可以以無方向、8字形和心形指向特性為基本圖形，通過適當(dāng)?shù)慕M合，就可以得到許多個合成指向圖形了。圖2―6給出了5種主要的合成指向特性圖形，可供選擇傳聲器時(shí)參考。圖2―6多種指向圖形的合成實(shí)踐證明，各種傳聲器的指向特性都會隨頻率而變化。當(dāng)頻率升高到3~4kHz以上時(shí)，指向特性有變尖銳的趨勢。另外還應(yīng)指出，傳聲器前后方向上靈敏度的比值，對優(yōu)質(zhì)傳聲器來說，在聲頻的全頻帶內(nèi)應(yīng)保持基本相同。但這一點(diǎn)對有些傳聲器來說就不容易做到。2.3有線傳聲器有線傳聲器在專業(yè)和非專業(yè)應(yīng)用方面均有廣泛用途，不論在大型影劇院、豪華娛樂場所，還是在普通家庭音響中都可以看見。所謂有線傳聲器就是指從拾音頭到錄音機(jī)或者放大器、調(diào)音臺、VCD機(jī)等之間，電聲信號是通過能夠看得見、摸得著的電纜連通起來的。2.3.1有線傳聲器的特點(diǎn)有線傳聲器的特點(diǎn)如下：(1)與無線傳聲器相比，有線傳聲器的價(jià)格低廉，常常是同檔次無線傳聲器價(jià)格的1/4，甚至更便宜，是家用音響首選類型。(2)有線傳聲器的操作使用比較簡單。(3)信號失落現(xiàn)象少，甚至沒有。失落現(xiàn)象指當(dāng)傳聲器頭與到達(dá)信號的接收機(jī)(放大器、調(diào)音臺)相對位置改變時(shí)，出現(xiàn)的信號音質(zhì)變差，甚至無法接收的現(xiàn)象。(4)在信號傳輸中，有線傳聲器常采用平衡傳輸，這可有效減小其它電聲設(shè)備的干擾。

(5)當(dāng)然，有線傳聲器常受到電纜線長度的影響，其活動距離會受到限制。2.3.2有線傳聲器使用中應(yīng)注意的問題1.必須使用專用電纜饋送傳聲器信號傳聲器的內(nèi)阻有幾百歐，輸出信號又很微弱，因而必須使用專用屏蔽電纜作信號傳輸線，并使屏蔽層的一端與傳聲器的外殼良好相接，另一端與電聲設(shè)備的外殼良好相接。這樣才能減小周圍電磁場的干擾。一般傳聲器輸出的電壓信號在mV數(shù)量級上，如此微弱的信號在傳輸過程中若無良好的屏蔽措施，就會受到周圍電磁場的嚴(yán)重干擾。另外，即使屏蔽良好，傳輸線也應(yīng)盡量短且要避開干擾源。2.使用平衡線傳輸可有效減小外來干擾所謂平衡線傳輸，是指傳輸線有兩根導(dǎo)線，它們上面的聲音信號正好對參考點(diǎn)(機(jī)殼—大地)呈現(xiàn)數(shù)值相等而極性相反的情況。當(dāng)信號傳輸受到干擾時(shí)，干擾信號在終端負(fù)載上可以互相抵消，達(dá)到抗干擾的目的。同樣，平衡線傳輸也不容易干擾別的電氣設(shè)備。不平衡線傳輸是采用一根芯線的電纜，用屏蔽層作另一根信號線。這樣的傳輸方式有可能通過單根線而傳到下級，從而影響聲音信號的傳輸質(zhì)量。但這種接法成本低，僅用于話筒線較短的家用音響設(shè)備上。3.傳聲器必須防振傳聲器的損壞，多數(shù)原因是由振動引起的。強(qiáng)烈的振動會使電動傳聲器的磁鐵退磁，從而降低靈敏度；還可使磁路移位，造成磁路卡住音圈或振散音圈使傳聲器完全損壞；還可使電容傳聲器兩極間距突然變小，極化電壓就有可能擊穿膜片。在日常試聲的過程中，不可大力吹氣或用手敲擊傳聲器，這樣很容易使傳聲器損壞。4.注意傳聲器的極性用幾只傳聲器拾音時(shí)，必須使各傳聲器的極性相同(即相位相同)，以免各傳聲器的信號在電路中相互抵消。5.注意近區(qū)效應(yīng)有指向的傳聲器都有近區(qū)效應(yīng)。所謂近區(qū)效應(yīng)是指近距離使用這種話筒時(shí)，對低頻有提升作用，從而增加聲音的“親切感”，但其負(fù)作用是清晰度會降低。2.4無線傳聲器無線傳聲器用超高頻或特高頻載波在近距離范圍內(nèi)將傳聲器輸出的電信號經(jīng)調(diào)制后再通過發(fā)射機(jī)以電磁波形式傳向接收機(jī)，接收機(jī)再將高頻信號還原成聲音信號。例如，表演者帶上手持式或配帶式微型駐極體電容傳聲器和一臺小型VHF(或UHF)發(fā)射機(jī)。發(fā)射機(jī)將傳聲器輸出的電信號通過調(diào)制器調(diào)制到高頻或特高頻載波上。設(shè)在錄音室或音樂廳舞臺一角的接收機(jī)接收該信號并進(jìn)行解調(diào)，使其還原為聲頻信號，最后送到錄音機(jī)或放大器上。2.4.1無線傳聲器的特點(diǎn)1.優(yōu)點(diǎn)無線傳聲器的優(yōu)點(diǎn)如下：(1)無線傳聲器不使用傳送電纜，因而錄音設(shè)施變得簡單、方便。(2)特別適用移動聲源，如演講、舞臺表演、現(xiàn)場指揮等拾音場合。(3)在同期錄音的情況下，要求圖像和聲音同時(shí)出現(xiàn)，如拍電視、電影，無線傳聲器就可很好地解決這個問題，只要把配帶式傳聲器和小型發(fā)射機(jī)隱藏好即可。(4)利用無線傳聲器拾音，可減少混響聲的拾音，因此清晰度很高。近年來，駐極體電容傳聲器的技術(shù)指標(biāo)已做得很高，體積很小，加上集成電路的發(fā)展和應(yīng)用，發(fā)射機(jī)也可以做得很小，無線傳聲器的應(yīng)用就更加廣泛了。2.缺點(diǎn)無線傳聲器的缺點(diǎn)如下：(1)無線傳聲器屬于射頻傳輸，因而保密性差，抗干擾能力差，同時(shí)也對其它電子設(shè)備產(chǎn)生干擾。(2)有信號失落現(xiàn)象。即當(dāng)傳聲器與接收機(jī)的相對位置改變時(shí)，有時(shí)會出現(xiàn)信號跌落、音質(zhì)變劣，甚至無法接收信號現(xiàn)象的。(3)無線傳聲器在傳輸信號時(shí)因需發(fā)射機(jī)和接收機(jī)，故技術(shù)實(shí)現(xiàn)上相對有線傳輸較復(fù)雜，成本高。2.4.2典型無線傳聲器的技術(shù)指標(biāo)表2―1列出了兩種專業(yè)級無線傳聲器的部分技術(shù)指標(biāo)；表2―2列出了一種國產(chǎn)民用無線傳聲器的部分技術(shù)指標(biāo)。在這些技術(shù)指標(biāo)中，頻響范圍、調(diào)制方式、載頻特性、射頻功率、聲頻輸入電平、有效使用距離是其主要指標(biāo)。當(dāng)然，前面討論的傳聲器指標(biāo)是有線和無線傳聲器最基本的指標(biāo)。表2―1專業(yè)級無線傳聲器的典型技術(shù)指標(biāo)表2―2KSM808無線傳聲器技術(shù)指標(biāo)

2.4.3無線傳聲器的組合使用無線傳聲器由射頻振蕩器、射頻放大器、聲頻放大器、話筒和電源等幾部分組成。專業(yè)用的無線傳聲器結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜，例如，SK—1007型無線傳聲器的發(fā)射機(jī)用晶體穩(wěn)頻，有四級射頻級和八級聲頻級，并具有穩(wěn)壓電源。聲頻放大器是一個限壓放大器，可使發(fā)射機(jī)與接收機(jī)都不產(chǎn)生過載。為了克服信號失落現(xiàn)象，往往還需使用多副無線傳聲器和多組分集接收的方法來保證信號的傳輸質(zhì)量?，F(xiàn)以思雅牌T系列無線傳聲器為例，介紹專業(yè)傳聲器的一般組合方法。T系列無線傳聲器有三種形式的組合，適用于三種不同場合和功能。(1)電吉它手用的無線傳聲器：包括一臺夾于吉它手腰帶或背帶上的T1型無線發(fā)射機(jī)，一條連接發(fā)射機(jī)“線路輸入”插孔與電吉它“線路輸出”插孔的電纜和一臺T3或T4型無線接收機(jī)。(2)歌手用的無線傳聲器：包括一支T2型手持式話筒兼發(fā)射機(jī)和一臺T3或T4型接收機(jī)。(3)演出者用的無線傳聲器：包括一臺夾于腰帶的T1型發(fā)射機(jī)，一個領(lǐng)帶夾話筒和一臺T3或T4型接收機(jī)。上述三種組合中的發(fā)射機(jī)均使用9V小型層疊電池作電源。T3和T4型兩種接收機(jī)的工作頻率范圍相同，均為169.445~216.000MHz；其有效工作距離也基本相同，約為100m。不同之處在于，T3型采用僅有一根天線的單接收電路，而T4型采用具有兩根接收天線的所謂“分集接收”電路。因此，T4型的工作穩(wěn)定性和可靠性要比T3的好，當(dāng)然價(jià)格也高一些。2.5傳聲器的選擇和使用2.5.1正確選擇型號選擇傳聲器時(shí)，應(yīng)考慮以下各種因素：使用場合、目的、要達(dá)到的音響效果、聲源情況，以及對傳聲器特殊的要求等。對于動圈式或電容式傳聲器，為了適配不同聲源的特點(diǎn)，生產(chǎn)廠家設(shè)計(jì)了多種不同的型號，并推薦每種型號分別適配人聲(獨(dú)唱或合唱)、弦樂器、管樂器、打擊樂器和電聲樂器等不同聲源，選用時(shí)應(yīng)當(dāng)注意合理搭配以達(dá)到最佳效果。如人聲和管樂器(小號、薩克斯管、長號等)的傳聲器要求較為柔和，且能避免氣流的沖擊；而低音鼓、低音吉它則要求低頻響應(yīng)和瞬態(tài)響應(yīng)好；至于镲、鈸等打擊樂器則要求高頻響應(yīng)和瞬態(tài)響應(yīng)好。在一些具有規(guī)模的音樂活動中，還可將傳聲器組合使用，以達(dá)到預(yù)期效果。選擇傳聲器還有一個方向性問題。用于電聲樂器和手持演唱的傳聲器，絕大多數(shù)都具有心形或超心形方向性圖案。這是因?yàn)槠浞较蛐暂^強(qiáng)，可最大程度避免拾取來自聽眾或其它方向傳來的雜音，并可減少聲反饋引起嘯叫。人聲使用的領(lǐng)夾式傳聲器和部分樂器傳聲器則是選用無方向特性，以便提高拾取人聲的能力和全面拾取現(xiàn)場演奏的效果。2.5.2傳聲器輸入和線路輸入所謂線路輸入，指的是有的聲源(如電吉它、電貝司和鍵盤(電子琴和合成器))本身具有線路輸出(LINEOUT)插孔，它可以通過屏蔽線直接接入調(diào)音臺的線路輸入(LINEIN)插孔上，以達(dá)到拾音的目的；所謂傳聲器輸入，指的是直接用傳聲器拾音，并通過傳聲器線接入調(diào)音臺的話筒輸入(MICIN)插孔。在實(shí)際應(yīng)用中，兩種輸入方式可獨(dú)立使用，也可混合使用。但傳聲器輸入方式用得較多，如對一只電吉它，可同時(shí)采用線路和傳聲器兩種拾音方式，即占用調(diào)音臺的兩路，適當(dāng)調(diào)節(jié)兩者的比例可以獲得更為優(yōu)美動聽的效果。2.5.3平衡輸入與不平衡輸入在聲頻系統(tǒng)中，存在著平衡與不平衡兩種傳輸形式。平衡輸入要求與前級放大器連接的傳聲器的兩根芯線都不接地。這兩根芯線與高質(zhì)量的聲頻變壓器輸入相連，聲頻變壓器的輸出再與前級放大器相連。對電容式傳聲器來說，也必須裝置同等級的輸出變壓器。其優(yōu)點(diǎn)是