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[麦克风] 动圈、电容以及幻象供电:走进麦克风设计的世界

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发表于 2019-8-3 20:48:42 | 显示全部楼层 |阅读模式
动圈、电容以及幻象供电:走进麦克风设计的世界, C) T3 p  t1 s; Cwww.audioapp.cn  audio app

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为什么有那么多种类的麦克风?什么样的麦克风是最好的?这是我的音频课的学生们最常提出的一个问题。
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1 }: `5 r9 i/ A* l+ Q" w' u. s首先,这个世界上并不存在一种可以适合所有任务、所有场景的麦克风,这也许就是“为什么市面上会有这么多种类的麦克风”这个问题的最佳答案。+ Y& E% A& b2 v! }' d8 qwww.audioapp.cn  audio app

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我们的耳朵是一个非常精密非常复杂的传感器,能够将声音信号转化为电脉冲,传送给大脑之后,我们的大脑可以将它们解析为“声音”。2 d8 d; n# w5 c: A+ |+ O* kwww.audioapp.cn  audio app

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声音频率的单位是赫兹(Hz),1Hz代表着声波经过某个特定的点时,每秒钟经过的次数(即每秒完成一个完整振动过程的次数)。我们的耳朵能够转换20Hz-20kHz的声音信号。6 a) Y; h! H$ Swww.audioapp.cn  audio app

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; T: d- w9 \, T1 u6 ?大约在二十世纪六十年代中期,EV的传奇人物Lou Burroughs公开演示了当开放式麦克风直接放在扬声器喇叭口时会发生什么& k$ ~4 b5 f$ J8 q8 D. \www.audioapp.cn  audio app

和我们的耳朵不同,麦克风只能准确转换(和再现)特定范围内的声音信号,通常这个范围要比20-20kHz小。
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如果麦克风可以在一定范围内,没有增大或者减小音量地再现频率,我们变称呼这种频响范围是“平坦的”。在对麦克风进行度量的时候,这一项被称为“频率响应”,对于一个工程师来说,这是在为特定使用场景选择麦克风时,必须要知道的一个特性。6 o' g2 G& R# F. Zwww.audioapp.cn  audio app

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麦克风的频率响应会对音质产生一定的影响,因为麦克风通常无法完美再现音频信号中存在的所有频率。
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在选择麦克风时,另一个需要了解的特性是信噪比(S/N),它表示的是来自乐器和歌手的有用音频量(S),与麦克风本身所带的本底噪声(N)的比。(任何模拟以及数字音频设备都会有信噪比以及动态范围,动态范围则是信噪比与净空余量的和)。( ]9 A$ {1 G" o' m/ ~3 \. Wwww.audioapp.cn  audio app

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几个不同麦克风的频率响应图标
" v- O, o" C  D4 ~( C但是,在选择麦克风时,最需要考虑的往往是它的设计类型。目前有两种基本的麦克风类型:动圈麦克风和电容麦克风。7 x" F, l4 ]$ b9 [www.audioapp.cn  audio app


/ O2 {3 x8 e, i( z' ^6 f6 e, }9 ~尽管通常来讲,动圈麦克风一直是现场扩声音响工程师的首选,但是电容麦克风也在逐渐进入现场扩声的舞台,至于这个原因,我们稍后会解释。) ^  D- n9 j) m) I5 K% F3 ]+ o/ Zwww.audioapp.cn  audio app

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首先还是先打开外壳看看里面吧, ?9 ?. e: ~. K+ m. qwww.audioapp.cn  audio app

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动圈磁力学; r$ G6 a  w; a' P* F% Jwww.audioapp.cn  audio app


" d% k6 P/ _- U; C  p! N* @$ d  N动圈麦克风严格来讲可以分为两种:一种是一般的动圈麦克风,另一种则是铝带麦克风。动圈麦克风的工作原理都是电磁感应现象。相信各位都接触过磁铁,它们有两个极,其中一侧是“北极(N)”,另一侧则是南极(S)。
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) p) w$ m  [6 W0 C# i当两个磁铁同极相互接近时,往往会相互排斥,而不同的两极接近时,往往会相互吸引。而如果磁铁保持在两极相互足够接近会产生吸引力,但是又无法接触时,便会在这两者之前产生磁场。
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8 F: k) u8 f' `- H9 }而在这个磁场中,存在着肉眼不可见的“磁感线”。任何的动圈麦克风的内部构造中,都有着各种磁场。而在铝带麦克风里,是一个悬挂在磁体中间薄薄的金属条。当声波的振动带动铝带振动时,它也会振动。这种振动会切割磁感线,从而产生电压。电压会通过铝带传导,并且直接受声波振动频率的影响。( J, z9 M2 R' L; w2 s# Qwww.audioapp.cn  audio app

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而在一般的动圈麦克风中,则是将一个薄膜(即振膜)连接到线圈上。声音的振动同样会使得振膜/线圈在磁场中运动,切割磁感线并在线圈中产生感应电压。同样,振动频率与声音频率相同。
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4 W& Z& ?; Y- S0 V7 r: n& u动圈麦克风和电容麦克风的剖视图
* M/ L7 a" _6 X; Z+ N  m+ K+ ?! v一般来说,动圈麦克风的灵敏度取决于振膜的大小、磁铁的引力强度以及线圈匝数。
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尽管铝带麦克风比动圈麦克风更加敏感,但是同样 ,它们也更加脆弱。此外,铝带麦克风还有双向拾音模式——因为它们对麦克风前方和后方的声音同样敏感。考虑到这种双向的拾音模式以及本身的脆弱性,通常来说大家都认为这种麦克风不适合用于现场舞台扩声。
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* @( m0 k1 g6 I# S0 d: w; k9 f# O方便移动的动圈麦克风9 \& i/ X7 D. V2 _8 i( ], P6 f! @5 a  Vwww.audioapp.cn  audio app

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而一般的动圈麦克风则恰恰相反,它们十分坚固耐用。这种特性使得动圈麦克风对于乐队或者现场扩声人员来说具有压倒性的优势。而且一般价格也会更便宜。
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大多数的动圈麦克风都是单一指向性的——它们只能拾取前方的声音。这是一个优势,因为对于现场扩声来说,监听音箱中的声音如果再次进入麦克风的话,会产生名为“啸叫”的声反馈现象,对于现场扩声来说这是必须要避免的问题。每个现场扩声工程师都会极力规避声反馈的问题,毕竟如果发生啸叫,在场的每个观众都知道这个大锅是一定要扩声师来背的。. g& I1 O. z& Ewww.audioapp.cn  audio app

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同样,磁铁的引力强度、线圈的匝数以及振膜的尺寸也同样重要。大振膜动圈麦克风通常要比小振膜动圈麦克风的灵敏度更高。在录制鼓的时候通常会使用大振膜,不过军鼓除外,因此军鼓通常会发出一种高频段的额外的声音,在这种情况下使用诸如SM57等小振膜麦克风效果会更好一些。
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) V3 e1 B, c' R* c" w此外,因为军鼓还会产生较高的声压级,这也会对大振膜麦克风造成一定的损伤,并产生失真。
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9 C, Q3 d7 e4 K+ K一些大振膜麦克风,比如AKG D112、D550或者Shure Beta 52,都是非常适合用在底鼓上的。而Sennheiser旗下也有很多适合录制鼓的麦克风,比如E602(适合录底鼓),E604 (适合录桶鼓)。而E604还附带一个可以夹住鼓边的支架,可以省去使用笨重的麦克风支架,会使得舞台更加干净简洁一些。(我甚至还在录音棚内用过它。)
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如果您习惯使用前台楔形扬声器来作为舞台返听的话,动圈麦克风无疑是一个不错的选择,它们可以提升足够的增益,但是会有效避免声反馈的发生。而如果您使用的是入耳式返听系统的话,可以尝试使用电容麦克风来拾取人声或者乐器。尽管可能会增加一些预算,不过会获得相应的,更加出色的音质效果。
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- `: l+ W& W% R0 Z3 q6 @/ rAKG D 112(左)更适合底鼓,而Sennheiser E604适合用在桶鼓上,并且更加方便安装
( ]; J# g" M7 q8 [% J0 ?3 d; V在舞台上使用电容麦克风/ P0 R0 Q: b) a0 `3 G8 f, Wwww.audioapp.cn  audio app

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现在,电容麦克风也被越来越多地应用在现场扩声的舞台上。电容麦克风灵敏度非常高,在20Hz-20kHz的范围内都有着非常平坦的频率响应,造成这个现象的部分原因在于它们的设计。
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电容麦克风的工作原理是可变电容、固定极板以及可移动极板。这些极板的作用类似极化的磁源。声音振动带动麦克风的可移动极板振动,振动频率同样和声音频率相同。
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* |4 h" E$ s& e  }- U7 u: e' a0 ?随着可移动极板的振动,两块极板之间的距离也在不断变化,它们的功能就是电容器中的电子元件。极板之间距离的变化会导致电容量的变化,然后通过麦克风中的小电子电路,产生模拟声音信号的电流。动圈麦克风通常在制作的时候,制造商都会为他们充电,因此可以永久保持20%的电压。$ M, m! j% @. ~$ ^" `) L0 Mwww.audioapp.cn  audio app


- e+ f- |# u; N. V# E而和动圈麦克风不同,电容麦克风在制作时并没有永久充电的磁体。因此在每次使用的时候,必须需要使用幻象电源来为它们的振膜供电。这种电源一般都是通过麦克风线缆来传输的。幻象电源通常为48V的直流电源,可以满足大振膜电容麦克风的需求。' z5 c$ P; g2 d# x4 swww.audioapp.cn  audio app


' u4 L8 o( b) m9 }. q) a) u- m2 j电容麦克的这种可变电容设计,使得它对声压的变化尤为敏感。它们也是非常“热门”的麦克。吉他手们通常喜欢将它们和吉他拾音器中的有源电路连接起来使用,就是因为它们出色的灵敏度。* U5 P# L4 o" b  ?/ Pwww.audioapp.cn  audio app

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通常来讲,电容麦克风的频率响应较为平直。这种大类下还有一种比较细化的分类,名为驻极体电容麦克风。这种设计可以使用更加小型的直流电池或者幻像电源,电压远远低于一般的电容麦克风所需要的48V。但是请注意,这里的电池和无线麦克风中无线系统所需要的电池,并不可以混为一谈。
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  r; S9 }- T( p# Y" h8 R; D( ^( o: R关于幻象电源* ~# I% N+ e  w7 d1 E' v  l) fwww.audioapp.cn  audio app

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幻象电源并不仅仅为电路板提供必需的电压,还可以为板载阻抗变压器提供电源。没有幻象电源的话,电容麦克风根本无法工作。那么,这种幻象电源从何而来?一般来讲,调音台都会自带幻象电源的。6 @5 X6 t6 _2 ?* Bwww.audioapp.cn  audio app


' w9 m. u" V) j9 {/ g# D6 D" S) }许多的调音台在每个通道上都有着单独的按钮或者开关,用来启动或者关闭幻象电源。有些调音台则是有一个可以控制多个通道的开关,只用这一个开关便可以启动或者关闭所有通道的幻象电源。0 ?( N2 r0 A5 a0 J* M. Zwww.audioapp.cn  audio app

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更少的按钮无疑节省了成本,但是相对也牺牲了部分功能。有的控台干脆不提供幻象电源,或者只提供适用于驻极体电容麦克风的18V幻象电源,所以有的时候,还需要专门准备外置的48V幻象电源来为电容麦克风供电。% H5 J/ _( M% b; \www.audioapp.cn  audio app

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由于电容麦克声音比较清脆、干净,因此很多人喜欢在录制人声时使用电容麦克风。而且也有很多型号是专为录制人声而设计的。但是有一点要注意,因为电容麦克风比一般的动圈麦克风更加脆弱,因此在巡演中使用时,最好给它们准备一个结实的防震盒子。1 v5 f  Q* a# n7 L/ s! }www.audioapp.cn  audio app


0 L1 p" x; i- B+ k% G$ E另外还需要注意的是,由于电容器非常敏感,因此更容易发生声反馈。在扩声使用电容麦克风时,需要特别注意管理舞台的音量。在这种情况下,使用入耳式监听就非常有必要了。另外还需要告知一下歌手,方便他们采取相应的应对措施。+ z, F; e* b* J# u+ c5 @www.audioapp.cn  audio app

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那么,在使用动圈麦克风时用幻象电源供电会怎么样?幻象电源并不会对动圈麦克风造成损害,不过动圈麦克风也没必要使用幻象供电。不过千万记住,在使用电容麦克风时,一定要打开幻象供电电源!(因为你不开的话麦克风压根就不会出声的。)另外,在打开幻象电源之前,记得先把轨道静音,否则可能会产生一些噪音。5 N3 C, p. ?9 T# Nwww.audioapp.cn  audio app

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# [" f  [* v$ R" [有些调音台中,幻象电源可以分别在各个通道上打开或者关闭,例如Allen & Heath GL4000(左)。而其他的小型调音台,例如Mackie 406M,则会使用一个开关来控制所有通道的幻象电源。% p! M( b: G: E6 nwww.audioapp.cn  audio app

可供大家选择的麦克风,应该是永远不嫌多的。发明师和工程师们也都在不断尝试新的技术。不断试验,不断总结,相信这样能让你的现场扩声的音质更加出色。
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