干貨！如何選擇指向性最合適的傳聲器

　　不同類(lèi)型的指向特性(有指向的拾取模式)同樣有各自的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。在進(jìn)行進(jìn)一步探討之前，先來(lái)回顧一下常見(jiàn)的傳聲器指向特性。

　　1 指向特性概覽

　　全指向傳聲器對從所有方向傳來(lái)的聲音具備相同的靈敏度;單一指向傳聲器則只對從一個(gè)方向傳來(lái)的聲音靈敏度最高(如從傳聲器前方傳來(lái)的聲音靈敏度高，而對從側面或后方傳來(lái)的聲音靈敏度較低);雙指向傳聲器對于從兩個(gè)方向傳來(lái)的聲音靈敏度最高——前方和后方，但對從側方傳來(lái)的聲音進(jìn)行衰減。圖8所示為不同類(lèi)型的傳聲器指向特性。

　　圖8 不同類(lèi)型的傳聲器指向特性

　　單一指向傳聲器器可以細分為三個(gè)子類(lèi)型：心形、超心形和混合心形。心形指向傳聲器對前方較寬角度范圍內的聲音靈敏度較高，在側面的靈敏度衰減幅度為6 dB，后方的靈敏度衰減幅度為15 dB～25 dB。超心形指向傳聲器對側向聲波的衰減為8.7 dB，并在軸向125?區域出現兩個(gè)零拾取區域?；旌闲男沃赶騻髀暺鲗认蚵暡ǖ乃p為12 dB，并在軸向110?區域出現兩個(gè)零拾取區域。

　　由于單一指向傳聲器和雙指向傳聲器可以隔離來(lái)自后方和側向的聲波，所以能夠幫助用戶(hù)去除不需要的聲音，例如房間反射聲、反饋或聲泄露(來(lái)自位于傳聲器偏軸區域的其他樂(lè )器)。這些傳聲器能夠在各聲軌之間保持良好的聲隔離或分離度。

　　在混合心形傳聲器的聲腔前端安裝開(kāi)縫管(波干涉管)之后就成為超指向傳聲器，例如槍式傳聲器或線(xiàn)性指向傳聲器。這些傳聲器通常用于電影制作、電視制作和新聞采訪(fǎng)時(shí)對語(yǔ)音信號進(jìn)行遠距離拾取。

　　2 近講效應

　　當與聲源的距離非常近的時(shí)候，大多數單一指向傳聲器和雙指向傳聲器都會(huì )出現低頻部分提升的現象。最常見(jiàn)的就是歌手在距離傳聲器很近的距離演唱時(shí)，聲音會(huì )變得較為渾厚。這種由于距離聲源較近而導致低頻部分得到提升的現象被稱(chēng)為近講效應。這種現象通常出現在single-D類(lèi)型的單一指向傳聲器上，這類(lèi)型傳聲器的振膜與前端和后端的聲波入口距離固定。

　　近講效應可以使鼓的聲音變得更加溫暖和飽滿(mǎn)。但在大多數錄音應用當中，近講效應會(huì )導致樂(lè )器的聲音或人聲過(guò)于渾濁、不自然。為了降低近講效應的影響，一些采用特殊設計的Multiple-D類(lèi)型傳聲器開(kāi)始出現;其他類(lèi)型的傳聲器則通過(guò)內置的低頻滾降開(kāi)關(guān)對低頻提升現象進(jìn)行增益補償。當然，用戶(hù)也可以使用調音臺上的均衡器來(lái)對過(guò)多的低頻能量進(jìn)行衰減，同時(shí)也可以衰減傳聲器拾取到的聲泄露當中的低頻能量。

　　3 選擇指向特性最合適的傳聲器

　　全指向傳聲器的一些特性使其非常適合在某些特定場(chǎng)合使用。

　　在以下應用場(chǎng)合，使用全指向傳聲器

　　是較好的選擇：

　　全向拾音;

　　拾取房間的混響聲;

　　希望降低pop聲(爆發(fā)性的呼吸聲)對聲音拾取的影響;

　　較低的機械噪聲;

　　無(wú)近講效應;

　　擴展的低頻響應(電容傳聲器);

　　相對來(lái)說(shuō)較低的成本。

　　在以下應用場(chǎng)合，使用單一指向傳聲器

　　是較好的選擇：

　　有選擇性的聲音拾取;

　　避免房間混響聲、背景噪聲和聲泄露的影響;

　　近講效應對聲音質(zhì)量有幫助時(shí);

　　與擴聲系統配合使用時(shí)，獲取更好的反饋前增益;

　　同步立體聲拾音。

　　以下應用場(chǎng)合，使用心形指向傳聲器

　　是較好的選擇：

　　對傳聲器前方較寬的區域對聲源進(jìn)行拾取;

　　對來(lái)自傳聲器后方的聲音進(jìn)行最大程度的隔離。

　　在以下應用場(chǎng)合，使用超心形指向傳聲器

　　是較好的選擇：

　　需要實(shí)現前半區和后半區聲音拾取差異最大化;

　　尋求在隔離來(lái)自后方的聲音(來(lái)自地面返送揚聲器)和隨機突發(fā)的聲音(來(lái)自主擴聲系統揚聲器)之間的適當的平衡點(diǎn)。

　　在以下應用場(chǎng)合，使用混合心形指向傳聲器

　　是較好的選擇：

　　希望通過(guò)單一指向傳聲器實(shí)現側向隔離最大化;

　　對房間混響、聲泄露、反饋和背景噪聲實(shí)現最大化隔離?；旌闲男蝹髀暺鲹碛凶罴央S機能量效率(對隨機出現的突發(fā)性聲音具有最佳隔離度)特性。

　　在以下應用場(chǎng)合，使用雙指向傳聲器

　　是較好的選擇：

　　需要同時(shí)拾取傳聲器前方和后方的聲音信號，同時(shí)還需要對側向的聲音進(jìn)行隔離(如面對面訪(fǎng)談);

　　以軸向向下傾斜、吊裝的方式拾取交響樂(lè )團坐席聲音信號時(shí)，實(shí)現對側向聲音的隔離;

　　布魯姆林立體聲拾取方式。

　　在以下應用場(chǎng)合，使用槍式傳聲器

　　是較好的選擇：

　　從較遠的距離拾取所需的聲音信號;

　　在電影、電視和新聞制作中進(jìn)行遠距離拾音;

　　希望對背景噪聲和房間反射聲進(jìn)行最大化隔離。

　　需要注意的是，無(wú)論是電容傳聲器還是動(dòng)圈傳聲器，都可以被設計為任意指向特性(除了雙指向動(dòng)線(xiàn)圈設計外)。帶式傳聲器或是雙指向設計，或是混合心形指向設計。圖9是根據換能器類(lèi)型和指向特性劃分的傳聲器分類(lèi)表。

　　圖9 傳聲器分類(lèi)表

　　4 指向特性是如何形成的

　　在傳聲器振膜后方設置不同類(lèi)型的氣孔、氣管和阻尼材料，通過(guò)這種方式可以使傳聲器對來(lái)自不同方向的聲音的響應發(fā)生變化。

　　全指向傳聲器(電容或動(dòng)圈)只在振膜前端采取開(kāi)放式設計，因此，振膜只對來(lái)自外界的壓力產(chǎn)生響應。從所有方向到達振膜前端的聲波壓力都是相等的，因此，對于從任意角度到達振膜前端的聲音信號來(lái)說(shuō)，傳聲器的輸出電壓是相同的，也就是說(shuō)，傳聲器對來(lái)自所有方向的聲音信號具有相同的響應特性。但是，在高頻部分全指向傳聲器的指向特性會(huì )變成雙指向，這是由于對于聲波的高頻部分來(lái)說(shuō)傳聲器本身就是一個(gè)障礙物。

　　與之相反，單一指向傳聲器(電容或動(dòng)圈)在振膜的兩側都采用開(kāi)放式設計。振膜通過(guò)其正反兩面的壓差驅動(dòng)。在振膜的后端入口帶有一個(gè)聲學(xué)相位偏移網(wǎng)絡(luò )(RC或RLC低通濾波器)。這個(gè)濾波器在其拐角頻率以下會(huì )產(chǎn)生一個(gè)恒定的延時(shí)。這個(gè)恒定的延時(shí)就是使傳聲器產(chǎn)生單一指向特性的原因：聲波不但從前端擠壓振膜，同時(shí)也從后端入口擠壓振膜，聲波到達前端和后端的時(shí)間差異和后端入口處的相位偏移網(wǎng)絡(luò )會(huì )產(chǎn)生相位偏移。因此，振膜同時(shí)受到到達前端的聲波以及經(jīng)過(guò)相位偏移的后端聲波擠壓，見(jiàn)圖10。由于相位偏移在振膜正反兩側產(chǎn)生的瞬時(shí)壓差驅動(dòng)振膜進(jìn)行振動(dòng)。

　　圖10 聲波從前面傳來(lái)的指向性傳聲器示意圖

　　從后方傳來(lái)的聲波通過(guò)兩個(gè)路徑到達傳聲器的振膜位置：①繞過(guò)傳聲器腔體后到達振膜前端入口，②通過(guò)后端入口和相位偏移網(wǎng)絡(luò )。聲音信號被加入了由于聲波輻射需要繞過(guò)傳聲器腔體所產(chǎn)生的外部延時(shí)和相位偏移網(wǎng)絡(luò )產(chǎn)生的內部延時(shí)，見(jiàn)圖11。

　　圖11 聲波從后面傳來(lái)的指向性傳聲器示意圖

　　在心形指向傳聲器設計中，內部延時(shí)被設置為與外部延時(shí)相等，因此，聲波同時(shí)到達振膜前端和后端。由于從前方傳來(lái)的聲波和從后方傳來(lái)的聲波極性相反，因此產(chǎn)生抵消現象，從而使得從后方傳來(lái)的聲波不會(huì )產(chǎn)生或產(chǎn)生非常小的輸出電壓。這就是心形指向傳聲器隔離后方聲音信號的原理。

　　相位偏移網(wǎng)絡(luò )僅對中高頻以下的頻段起作用。對高于中高頻段的聲音信號來(lái)說(shuō)，傳聲器腔體本身就是一個(gè)物理上的障礙物，可以對來(lái)自后方的高頻信號進(jìn)行隔離。

　　通過(guò)外部延時(shí)和內部延時(shí)的比例調整(通過(guò)調整聲波入口的空間尺寸和聲學(xué)優(yōu)化)，可以形成其他類(lèi)型的指向特性。每一種指向特性都有一個(gè)特定的角度，在這個(gè)角度上兩個(gè)延時(shí)相等(產(chǎn)生抵消)。雙指向傳聲器的最佳抵消角度在側面(偏離軸向90o)，心形指向傳聲器的最佳抵消角度在后端(180o)，混合心型指向傳聲器的最佳抵消角度為110o。

　　一般來(lái)說(shuō)，傳聲器的指向特性可通過(guò)下列等式計算得出：

　　通過(guò)上面的等式可以得出以下結果：

　　需要注意的是，對于雙指向傳聲器來(lái)說(shuō)A = 0，因為這一類(lèi)型的傳聲器沒(méi)有相位偏移網(wǎng)絡(luò );對于全指向傳聲器來(lái)說(shuō)B = 0，因為這一類(lèi)型的傳聲器振膜的后端位于密封艙體。對于心形指向傳聲器來(lái)說(shuō)，A/B = 1。

　　5 全指向傳聲器的優(yōu)勢

　　全指向傳聲器的優(yōu)勢使其在常規應用場(chǎng)合成為第一選擇。由于結構簡(jiǎn)單(沒(méi)有后端入口或相位偏移網(wǎng)絡(luò ))，全指向傳聲器的價(jià)格通常會(huì )低于指向性傳聲器，并且能夠提供更為平滑的頻響曲線(xiàn)。此外，全指向傳聲器對機械噪聲和pop噪聲的靈敏度比單一指向傳聲器低15 dB～20 dB。原因在于，全指向動(dòng)圈傳聲器的共振頻率大約在500 Hz～1 000 Hz范圍內，并有針對性地采取了大幅度阻尼衰減處理;而單一指向傳聲器的共振頻率大約在150 Hz，并且阻尼衰減處理幅度較小，因此，低頻機械沖擊較容易導致振膜振動(dòng)。

　　對任何尺寸的全指向電容傳聲器來(lái)說(shuō)，振膜部分的剛度都被控制在共振頻率之下(通常來(lái)說(shuō)在8 kHz～10 kHz)。振膜的速率在到達共振頻率之前都保持每倍頻程提升6 dB的特性，見(jiàn)圖12。由于振膜位移產(chǎn)生的是層速度，因此振膜位移幅度在低于共振頻點(diǎn)時(shí)與頻率變化為恒定關(guān)系。輸出電壓與振膜位移呈正比，因此在低于共振頻點(diǎn)時(shí)輸出電壓也與頻率變化保持恒定關(guān)系。

　　圖12 全指向電容傳聲器振膜速率與頻率的關(guān)系

　　換句話(huà)說(shuō)，全指向電容傳聲器在低于共振頻率的頻段能夠提供平滑的頻響曲線(xiàn)(有意對低頻進(jìn)行滾降處理除外)，這一特性是所有尺寸規格的傳聲器的共性(盡管對于揚聲器來(lái)說(shuō)，較小的尺寸意味著(zhù)低頻響應受到限制，但即使是微型全指向傳聲器，也可以在低至約20 Hz的頻段內提供平滑的頻響曲線(xiàn))。圖13所示為一個(gè)微型全指向電容傳聲器的振幅/頻率響應曲線(xiàn)。

　　圖13 微型全指向電容傳聲器的振幅/頻率響應曲線(xiàn)

　　與之相反，采用指向性設計的傳聲器通常在低頻部分出現滾降的趨勢，特別是當距離聲源只有幾英尺時(shí)。這是因為，采用指向性設計的傳聲器振膜依靠振膜前端和后端的壓差來(lái)驅動(dòng)。對于聲波中的低頻部分來(lái)說(shuō)，在振膜前端和后端形成的壓力同相。由于作用于振膜兩側的瞬間壓力幾乎相等，因此，振膜的振動(dòng)幅度非常小，也就意味著(zhù)輸出電壓非常低。

　　此外，全指向傳聲器相對于單一指向傳聲器來(lái)說(shuō)，在離軸區域的聲染色程度較低。全指向傳聲器在離軸方向出現聲染色的表現為在高頻部分出現滾降。振膜尺寸越大，高頻能量滾降幅度越大。單一指向傳聲器的離軸區域聲染色，除了同樣具備高頻滾降的特征，還會(huì )在整個(gè)頻響范圍內出現波峰和波谷。這是由于到達振膜前端和后端的聲波之間的相位關(guān)系與頻率變化不一致所導致的。