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发表于 2010-5-11
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s2 l& B `% u3 a. y( m- p麦克风
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电容式麦克风有两块金属极板,其中一块表面涂有驻极体薄膜(多数为聚全氟乙丙烯)并将其接地,另一极板接在场效应晶体管的栅极上,栅极与源极之间接有一个二极管。当驻极体膜片本身带有电荷,表面电荷地电量为Q,板极间地电容量为C,则在极头上产生地电压U=Q/C,当受到振动或受到气流地摩擦时,由于振动使两极板间的距离改变,即电容C改变,而电量Q不变,就会引起电压的变化,电压变化的大小,反映了外界声压的强弱,这种电压变化频率反映了外界声音的频率,这就是驻极体传声器地工作原理。
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电容式麦克风的膜片多采用聚全氟乙丙烯,其湿度性能好,产生的表面电荷多,受湿度影响小。由于这种传声器也是电容式结构,信号内阻很大,为了将声音产生的电压信号引出来并加以放大,其输出端也必须使用场效应晶体管。
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电容式麦克风的优点
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1、能将声音直接转换成电能讯号的最佳设计原理: " W- T! e2 c) o1 S k& W7 s
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电容式麦克风是利用导体间的电容充放电原理,以超薄的金属或镀金的塑料薄膜为振动膜感应音压,以改变导体间的静电压直接转换成电能讯号,经由电子电路耦合获得实用的输出阻抗及灵敏度设计而成。 9 I+ g9 G" H! K& e3 E- [
* P8 j6 i, `$ }4 n. \8 i' L8 i2、能展现『原音重现』的特性: 1 u! @/ T, ]( ~3 j0 H7 D
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音响专家以追求『原音重现』为音响的最高境界!从麦克风的基本设计原理分析,不难发现电容式麦克风不仅靠精密的机构制造技术,而且结合复杂的电子电路,能直接将声音转换成电能讯号,先天上就具有极优越的特性,所以成为追求『原音重现』者的最佳选择。
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6 ?6 y2 }- h( T) _1 t J9 m! W3、具有极为宽广的频率响应:
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. C1 Z8 @8 K7 T( K$ f振动膜是麦克风感应声音及转换为电能讯号的主要组件。振动膜的材质及机构设计,是决定麦克风音质的各项特性。由于电容式麦克风的振动膜可以采用极轻薄的材料制成,而且感应的音压,直接转换成音频讯号,所以频率响应低音可以延伸到10Hz以下的超低频,高音可以轻易的达到数十KHz的超音波,展现非常宽广的频率响应特性!
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4、具有超高灵敏度的特性: $ `- F" L$ r4 g
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在振动膜上面因为没有音圈的负载,可以采用极为轻薄的设计,所以不但频率响应极为优越,而且具有绝佳的灵敏度,可以感应极微弱的声波,输出最清晰、细腻及精准的原音!
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5、快速的瞬时响应特性(Transient Response)是先天上的赢家: 8 B) v/ E) X2 r
6 H6 D+ Z1 O6 |3 ?振动膜除了决定麦克风的频率响应及灵敏度的特性外,对声波反应快慢的能力,即所谓「瞬时响应」特性,是影响麦克风音色的一个最重要因素。麦克风瞬时响应特性的快慢,决定于整个振动膜的轻重,振动膜越轻,反应速度就越快。电容式音头极为轻薄的振动膜,具有极快速的瞬时响应特性,能展现清晰、明亮而有劲的音色及精准的音像。尤其中、低音完全没有音染及『箱音』,高音细腻而清脆,是电容式最显著的音色特点。由下面的附图可明显看出电容式音头的瞬时响应特性远优于动圈式。 3 y% K- W% y3 Y' Z
0 h3 R$ `. K4 t/ B! k( e" y i6、具有超低触摸杂音(Handling Noise)的特性,是音响专家最赞赏的特点:
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. M, N8 G b8 N5 ?: F使用手握式麦克风时因与手掌接触产生的触摸杂音,让原音混杂了额外的噪音,对音质影响至巨,尤其对具有前置放大电路的无线麦克风更严重,所以触摸杂音成为评断麦克风优劣的重要项目。从物理现象探讨,鹅毛与铜板同样掉到地板上,鹅毛几乎听不到掉落的声音,而铜板就很大声,显示较轻的材料比较重的撞击声小。同理,电容式麦克风的振动膜比较轻,先天上就具有『超低触摸杂音』的绝佳特点。 3 H, K1 x' t6 s; d: U
) S Z1 W; M4 ^+ j% {4 Q+ r1 u( N7、具有耐摔与耐冲击的特性: & W0 [ n0 D& R6 X7 }! Y
~! _' v6 I1 Z6 c3 u0 v) E使用麦克风难免因不慎掉落碰撞导致故障或异常。由于电容式音头是由较轻的塑料零件及坚固的轻金属外壳构成,掉落地面的撞击力较小,损坏的故障率较低。 7 F6 U1 v; G4 c/ W& T- ^: C$ C
7 F# f: P& w$ H2 s- y7 M, P( b8、具有体积小、重量轻的独特优点: 4 ]7 l0 Y7 o) w5 y; u4 V, _" m2 P
. F, L% u) A9 o7 w+ P/ e电容式麦克风因采用超薄的振动膜,具有体积小、重量轻、灵敏度高及频率响应优越的特点,所以能设计成超小型麦克风(俗称小蜜蜂)广泛的应用。
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& f2 G+ J; Y3 p) i9、最适合装配在无线麦克风上! % s! L! a0 d7 J( K; ]' D5 o
2 h b' u; S4 A电容式麦克风具有上述绝佳的特点,成为音响工程专家及演唱高手的最爱,而无线麦克风在舞台演唱或在家里唱卡拉OK,已经成为当今世界的趋势,无线麦克风因本身可以提供电容式音头所需的偏压,而拥有电容式麦克风的全部优点,成为数字音响时代,专业音响行家梦寐以求的最佳麦克风。
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8 G" x3 J9 e! E& O在嘈杂环境中听懂谈话内容对于听力有损失的人来说是一个很头疼的事(科赫肯,1993&1994).适当的放大在多数场合都能带来很大的帮助,可是在需要定位和在人群中辨别出某个人的声音时却存在着缺陷.这个缺陷有时会涉及到助听器麦克风的定位问题. 外耳的声学
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为了研究助听器麦克风定位对佩戴者听力的影响,先来看看外耳在听觉过程中所扮演的角色.声波从 麦克风
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耳廓,耳道,中耳传到鼓膜时,声音的频谱会发生改变.根据肖(1975)的研究,造成声音从外界传到鼓膜的变化的因有:耳廓,颅骨和身体对声音的漫射,外耳和内耳形成的共鸣效应等等.因为耳廓,颅骨和身体来自不同方向声音的漫射,所以引起声音从外界到鼓膜变化的主要因素是声音的入射角度.声音从外界传到鼓膜造成各个方向上的差异,为收听者辨别声音是从前还是从后,从上还是从下提供了重要的信息.然而,不仅仅只有外耳能够帮助收听者定位声源.声音到达两耳的时间差异和强度差异也可以帮助听者判断声源之所在(西曼和托夫曼,1985;狄龙,2001). 麦克风的定位' l, p: s1 {0 N. Q) Q
& B5 `4 n. w, \# I对于佩戴助听器的人来说,声音是从助听器的麦克风收集来的.很明显麦克风的位置决定了进入声音的范围,就和耳廓收集引导声音的原理一样.这样就可能会产生一些问题,例如定位和信噪比(SRN)等.把助听器的麦克风安放在耳朵后面是有证可查的.格拉芬和普里威斯(1976)讨论了利用外耳来提高信噪比和耳内机如何利用这个声学现象来确定麦克风的位置.另外,他们还猜测这个结果可能会提高语言的可懂度。
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" l- M4 @; U( |; d4 K西曼和托夫曼(1985)用听力有损失的人和正常人分别佩戴耳背机和耳内机来作对比,证明了麦克风定位的重要性.他们要求试验者在相同的噪音环境下试验3种情况:戴耳背式助听器,戴耳内式助听器,不戴助听器.所有的受试验者都反应佩戴耳背机时的效果最差。听力正常的试验者觉得戴耳内式助听器和不戴助听器是一样的,当然给了他们一点时间来调整和适应助听器。听力有损失的试验者戴上耳内机时可以听得更多的声音,可能是因为习惯于佩戴助听器吧,在没有佩戴助听器的条件下,他们都没有听到声音。 7 {' X v, \6 `& R7 {* I, @2 I5 [
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这些结论证实了助听器的麦克风放置在耳朵内(例如外耳内和耳道内)能更有效地让佩戴者定位声音和增加信噪比的猜测。 4 L* u1 s3 B x
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整个的测试过程中,定制机在麦克风定位方面都比耳背机更有优势,同时人们却很少去留意耳背机的麦克风在不同部位时的差异。就算是这样,在市面上出售的耳背机的麦克风位置还是不尽相同的。巴乔尔和沃兰森(1995)指出助听器有效的方向特性不单是由麦克风的型号或是助听器的类型(例如耳背机或耳内机)来决定的,机壳的形状和大小,使用的导管,入声口和声源的相对位置等也有很大的关系.赫勒(1978)将耳背机的麦克风放置在机壳的4个不同位置,采用从前方传入声音的方法,分别用KEMAR来测量频率响应曲线.他的报告指出频率响应曲线最大的不同之处在于高频.从这些结论可以推论出耳背机麦克风的位置对于定位有影响的说法还是道理的.本次研究的目的是讨论耳背式助听器和耳内式助听器的麦克风不同位置对方向性的影响。
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本段特性
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6 o1 y3 p# a& h2 d$ v1 传声器是电声系统中的关键器件
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/ ^6 e7 s& Y2 F% m0 I2 N6 V% n2 B传声器是整个电声系统( 包括扩音系统和录音系统) 的入口,如果声音一开始受到污染,则无可救药。 ; \$ y; s) q% [7 H2 i
" {6 w9 O1 ~% L有人对影响电声系统重放音质优劣的各种因素作了比较, 认为:放大器对音质好坏的影响约占10~20% ;扬声器( 包括音箱) 对音质的影响约占50~60% ;节目源( 特别指传声器) 对音质的影响约占30~40%。对这个比例数字的见解见仁见智,但传声器( 及扬声器) 对音响系统重放音质起关键性影响这一观点是没有分歧的。大多数音响爱好者包括专业人士,在实践中都有如下的感受:两台功率相同而档次稍有差异的放大器进行对比试听,对音质差别的影响并不容易一下子就分辨出来;但拿两只不同档次的传声器请一名稍有音乐素养的歌手唱歌,进行对比试听,其差别就非常明显,确有“立竿见影”的感觉。 3 T n# x; U" d: ~: t) a8 V. e
/ B; H% g* P! [( T8 e$ z2 传声器是电声系统中最薄弱的环节之一
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如图5 k6 [2 L3 y( S1 G7 p( u+ B' j% @
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# A3 `9 S7 K! o2 |; ~放大器、调音台、处理设备等都是音响系统中的重要环节,在技术上也很复杂,但它们是属于电信号输入到电信号输出的放大、处理等功能的电子器件,不牵涉到能量性质的变换。随着电子技术、电脑技术和DSP 技术的发展,这些设备的性能和技术指标都得到飞速的发展与提高。而传声器( 还有扬声器) 则不同,它们是进行电能和声能相互变换的电声器件。如传声器的任务是将声能变成电能,这是不同性质的能量转换,难度要大得多!因而成为电声系统中最薄弱的环节之一。所谓“薄弱”,主要是指它的各项技术指标如频响、失真度和动态范围等都远低于其他电声设备的指标。如图(a),(b),(c) 分别列出典型的放大器、传声器和扬声器的频响特性曲线,读者一眼就能看出三者在频率范围和曲线的“平滑”程度等表现有多大差距!人们还注意到,传声器( 和扬声器) 的基本结构在几十年的长时间内尚未出现过脱胎换骨的变革,反过来,还有许多未知领域有待探索。例如:传声器( 和扬声器) 的各项客观技术指标与主观听感的关系?至今尚未有定论。 ' w; K- n2 M$ V* X
3 |( D, B I2 i, D近年中国颁布了一批有关传声器的技术标准,这些标准是传声器设计、生产和质量检验的基本依据。但行内比较一致的看法是:客观技术指标好的传声器,并不代表其主观听感一定很好;而客观技术指标差的传声器,其主观听感就不大可能很好。
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5 i% V( M g% X以电容传声器( 有线) 为例,最便宜的售价可以是几角钱买一个( 不带外壳),同样可以用于开会发言、唱歌和乐器拾音;随着“档次”的升级,价格可以是几元、几十元、几百元( 属中档级) 到几千元( 高档级)。 6 X3 d* e' j/ F$ }; r7 A, t7 a- W. U
4 b4 T6 C& r5 h b本段指向性
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指向性描述麦克风对于来自不同角度声音的灵敏度,规格上常用如上的polar pattern来表示,在每个示意图中,虚线圆形的上方代表麦克风前方,下方则代表麦克风的后方。 全指向式
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全向式(Omnidirectional)对于来自不同角度的声音,其灵敏度是相同的。常见于需要收录整个环境声音的录音工程;或是声源在移动时,希望能保持良好收音的情况;演讲者在演说时配带的领夹式麦克风也属此类。全向式的缺点在于容易收到四周环境的噪音,而在价格方面相对较为便宜。 单一指向式$ {4 h. Z/ a2 b/ C Q* o
) }2 |; e; p: z7 O# B- a常见的单一指向式为心型指向(Cardioid)或超心型指向(Hypercardioid),对于来自麦克风前方的声音有最佳的收音效果,而来自其他方向的声音则会被衰减,常见于手持式麦克风和卡拉OK场合,此类型的极端为枪型指向(Shotgun)。 双指向式& m9 b* L- M9 y k+ a. @' \
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双指向式(Bi-directional或Figure-of-8)可接受来自麦克风前方和后方的声音,实际应用场合不多。 " S/ n4 j, G8 x; |1 M4 @* Y) }2 l
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本段灵敏度
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8 ~6 D2 Q+ E7 W2 {" y' L) ?) z, r4 s指麦克风的开路电压与作用在其膜片上的声压之比。实际上,麦克风在声 麦克风
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场必然会引起声场散射,所以灵敏度有两种定义。一种是实际作用于膜片上的声压,称为声压灵敏度,另一种是指麦克风未置入声场的声场声压,称为声场灵敏度,其中声场灵敏度又分为自由场灵敏度和扩散场灵敏度。通常录音用麦克风给出声压灵敏度,测量用麦克风因应用类型给出声压或声场灵敏度。
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0 {1 x- n2 K& j, _: r灵敏度的单位是伏/帕(伏特/帕斯卡,V/Pa),通常使用灵敏度级来表示,参考灵敏度为1V/Pa。
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