浅谈扩声系统中的麦克风

roland · 发表于 2004-5-31

我们常用的礼堂扩声系统通常包括：音乐播放和录制、语言和演唱拾音、信号处理放大与控制、内部人员通话等功能。而扩声系统设备则包括：音源设备、信号处理控制设备、扩声设备几部分。
为满足不同节目的录制及扩声需求，我们在实际工作中需要配置多种类型的麦克风。比如：鹅颈麦克风用于各种会议扩声；动圈麦克风用于乐队拾音等。另外，为了满足主持人，以及小品、歌舞等节目的需求，还需配置一定数量的无线麦克风，其中包括无线手持麦克风和无线领夹麦克风等。不同类型的麦克风有不同的使用方法及用途。
在工作中，我们需要拾取各种不同节目的声音，种类繁多，且声音音调、响度、音色各不相同，由于每类麦克风的结构局限，目前还没有只要一个麦克风就可以完成对所有音源的拾音，所以要根据不同场合、节目的需求，配置不同类型的麦克风以完成相应的拾音。
麦克风是一种转换能量形式的音响设备，其工作原理是把声能转换为电能，根据转换能量的型式分为压力型及压差型两种，也可按结构把麦克风分为动圈麦克风和电容麦克风。压力型麦克风的声能转换是由震膜正面感应声波压力，声波压力的变化决定拾音信号的变化，一般应用在全指向性麦克风。特点是：电容式、全指向、平顺的频率响应，无近接效果，适合在近距离使用。压差型麦克风的声能转换也是利用震膜的震动，不同的是由声波的压力对震膜正、反面产生震动之差而得到声音信号。

一、麦克风种类
1、碳粒式麦克风
碳粒式麦克风频率响应范围狭窄、阻抗低，很容易失真，目前只是有些电话机还在使用此类麦克风。
2、晶体及陶瓷式麦克风（压电式麦克风）
频率响应较好(80Hz～7kHz)、阻抗高、输出电平高、价格便宜。
3、电容式麦克风

图1 电容式麦克风

电容式麦克风由极头、前置放大器和电源三部分组成（如图1所示）。极头是由振膜和极板组成．振膜就是电容器的一个电极，使之成为一个最简单的电容器。当声场中的声波使振膜振动，振膜和固定的后极板间的距离跟着变化，使得电容量也改变，这个变化电容量通过负载电阻时产生一个随声压变化的交流电压，经麦克风内置的前置放大器放大输出信号电压。电容式麦克风的优点：频率特性好、频率特性曲线平坦；输出信号电平大且失真小；无方向性、灵敏度高、瞬态响应性能好。缺点是：工作特性不够稳定，低频段灵敏度随着使用时间的增加而下降。由于工作时，电容麦克风中的极化电压及前置放大器都需要直流电源供电，就造成使用不方便，现在调音台上基本都配置的+12V或+48V幻象电源，就是供给电容式麦克风工作时用的，有的电容式麦克风虽可将电池装在麦克风内，但体积大且比较重而造成使用不方便。
4、动圈式麦克风

图2 动圈式麦克风

动圈式麦克风为工作中广为使用的麦克风，麦克风拾音时，薄薄的振膜产生移动，由振膜带动线圈振动，处于磁场中的线圈将其转换为电子讯号，再送往调音台处理（如图2所示）。其优点：具有良好频率特性，在50Hz～15000Hz频率范围内频率特性曲线平坦；良好的指向性及低噪声；无需直流电源供电，使用简便，价格合理。
5、无线麦克风

图3 无线麦克风

无线麦克风利用无线频道传送声音信号，其系统分为发射部分及接收部分（如图3所示）。
发射部分通常是手握式麦克风，内含发射器，内装电池；领夹式麦克风、头戴式麦克风或乐器用麦克风，必须另接一个内装电池的随身发射器，其可以夹在皮带上。接收部分有一台和发射系统频率相同的接收主机，有天线、前置放大器及接往调音台的信号线，无线麦克风应用很广，使用者不受麦克风线的束缚，且不影响观众视觉效果。
无线麦克风使用的频率分为高频(VHF)及超高频( UHF)两类：高频范围：88MHz～108MHz，超高频率范围：450MHz—530 MHz。

二、麦克风技术参数
近接效应：音源越靠近麦克风震膜，低频响应越大，叫做近接效应。麦克风的近接效应对于现场表演很有用，如果麦克风使用者希望他的声音或需要拾音的乐器演奏的乐曲多一点低频效果，只要声源靠麦克风近点就可以了。
频率响应：对于单指向性麦克风，频率响应是一个很重要的参数，通常单指向手握式麦克风的使用者，其嘴型通常不在麦克风震膜的中心轴位置，一般使用都有±45。偏离中心轴的现象，因此单指向性麦克风能涵盖均匀频率响应，偏离中心轴角度规格就很重要。对于麦克风的频率特征，原则上希望是平坦的。使用场合不同，对麦克风频响要求也不同，一般说来，讲话的声音频带范围比音乐窄；大型乐队演奏要比独奏的频带范围宽。但不是在任何场合下，频带愈宽愈好。宽频带麦克风成本相应要提高，而且会使噪声加大。对一般高保真用麦克风的要求的频响：40Hz～16000Hz，甚至高端到20000Hz。
了解每一支麦克风的频率响应才能帮助我们选择适当的麦克风来应付各个不同场合，例如：频率响应平坦的麦克风适合在理想的低噪录音室作录音使用，而麦克风要在嘈杂场所使用，为避免收到低频的噪音，就得使用有低频衰减特性的麦克风。
灵敏度：灵敏度是麦克风的输出电压同麦克风所受声压的复数比。灵敏度M用V／Pa表示，根据声场情况的不同，灵敏度又分为声压灵敏度、自由场灵敏度、扩声场灵敏度和近讲灵敏度。根据信号性质不同，灵敏度又可分为特性灵敏度和额定灵敏度。各类麦克风灵敏度相差很大，如果在同一系统中用了灵敏度各异的麦克风，就要注意调音台各个信道的增益设定，信噪讯比及各自的搭配的前置放大器等问题。
指向特性：麦克风的指向特性指在不同的声波入射角时麦克风灵敏度的变化。麦克风的指向性又可分为：无指向性，各个方向的灵敏度基本相同，用作360。录音；单一指向性，指向性在0。时最大，在180。时最小，可用作180。前方录音；双指向性，双指向性麦克风是一种压差式麦克风，当声波以0。角入射时，振膜前后产生的声压差最大，声波以90。角入射时，振膜前后的声压差为零，可用作前后录音。
输出阻抗：输出阻抗是从麦克风输出端测得的内阻抗的值。麦克风的内阻愈小，负载能力愈大，内阻低也会增加麦克风抗干扰能力，因为干扰都是通过内阻起作用的。
输出方式：与放大器连接时，麦克风的输出方式分平衡式和不平衡式。当输出平衡式时，麦克风和放大器连接的线很长，易受到外部干扰引起杂声电压。低端接地的连接法称为不平衡式，这时在高端感应的噪声不能被抵消，所以只有在麦克风距离较近、感应的噪声电压较小时才能采用此种方式。
噪声：主要有本底噪声、感应噪声、风噪声和振动噪声。本底噪声：当麦克风振膜感受声压为零时，总有一定的电压输出，这称之为麦克风的本底噪声；感应噪声：由外部电磁感应引起的噪声。
失真：有频率失真和谐波失真，谐波失真以谐波系数表示。

三、麦克风的使用
好的麦克风收音效果一定要自然。这就要求有平坦的频率响应及不被频率变化影响的指向性特点，这样能在中心轴及偏轴收音时对声音品质不受影响，但具方向性的麦克风有近接效应影响，使得低频有明显的补强反应。使用者必须根据音源及麦克风位置、录音地点及节目特点等因素选用麦克风。和理论最接近的麦克风类型是球型，实际上在中等距离收音，最常使用的是单指向性麦克风，广指向性可增加侧面声音的收音或改进低频响应。选择高指向性麦克风也可以避免回授问题，如果扬声器扩散出来的声音被墙壁、地板及天花板反射回来之后，会再送给麦克风，麦克风会收音，但是比从音源中心轴收音来的直接音弱，这个偏轴衰减会因为麦克风的指向性而增加，指向性愈高，愈不会有回授的问题。
选用的麦克风负载（前置放大器的输入阻抗）要大于麦克风内阻5倍。否则不仅会影响麦克风的输出电平，而且还可能引起麦克风的失真。高阻抗麦克风比低阻抗麦克风有较高的电平输出(大约20dB)，然而低阻抗麦克风可以有较长的麦克风线，且不会产生高频衰减。因此，如果麦克风线长度在6m以上，最好用低阻抗麦克风，当然使用高阻抗麦克风也可以，只是高频会衰减，电波干扰会严重。
在同时使用两只或两只以上的麦克风时，要考虑相位（极性）问题，以避免由于相位不同引起的干扰。如果其中一个麦克风反相，它将产生梳形滤波现象，会减低录音品质及立体音场效果，在使用时首先要通过检查麦克风接线是否正确，这是保证相位一致的基础，然后将一只麦克风插入调音台上的麦克风输入端，并调好音量，再将另一只麦克风也照此做，并将其中一只麦克风靠近另一只，如果声音降低了，则两只麦克风反相。麦克风的接线分为平衡或非平衡式。麦克风输入端子是平衡式XLR型的插座，可接受平衡式或非平衡式的低电平讯号。非平衡式的接法会拾取干扰讯号，将增加扩声系统噪声，需要注意的是，当幻象电源打开时，使用非平衡式麦克风，会造成非平衡式麦克风的损坏。麦克风和麦克风讯号线的接地是很重要的，它不仅能保证我们能安全的使用麦克风，还能够消除哼声等噪音。
同时使用一支以上的无线麦克风时，每一支都要用不同的频率。为了避免无线信号下降及回授，原则是接收器放愈高愈好，接收器距离发射器（无线麦克风）愈近愈好，接收器要远离金属物质、金属表面或金属结构，尤其不要放在金属机柜内，要确定使用者与接收器之间不被任何金属构件阻碍。接收器与发射器之间的距离加大，将会使得无线讯号降低，如果低于背景噪音或外部信号的干扰，就无法进行正常工作。在使用中，如果两支无线麦克风距离太近，将会产生相互高频谐波干扰而发生啸叫。
封闭的环境中，容易有直达的无线电讯号遇上了反射讯号（例如从墙壁弹回来）的现象，而反射的讯号又和直达讯号是反相的，将会在天线处产生无线讯号抵消的状况，故接收机要在扩声调试中移动位置，以找到接受麦克风讯号最佳点。接收器的天线必须完全拉出，天线的角度要与水平面垂直。接收器避免靠近反射的平面，例如：混凝土墙、金属表面或金属栏杆。障碍物也都会产生干扰以致影响无线信号品质及强度，如果影响讯号接受的障碍物无法移除，就需要我们加装天线强波器、延长线来保持声音的品质。
麦克风摆放位置。麦克风放置在不同的地方就有不同的拾音效果，不管什么位置只要能收到我们想要的效果就是正确的位置。麦克风距离音源增加一倍，其输出衰减6dB；麦克风距离音源缩短一半，其输出将增加6dB，靠近麦克风不仅增益增加，也将使低频响应有所变化。声音要穿过密度高的阻碍物，会有很大的衰减，而且穿透损失率是在不同的频率下各不相同，因此在音源及麦克风之间不能有这类物质存在。如果有密度高的物体阻碍，将会使
整体拾音电平下降，可能其中低频增益相对会损失少一些，但高频增益必会大大衰减，这是因为低频的波长较长，会绕过阻碍物到达麦克风，且低频的穿透能力强。而高频的波长短，无低频的绕射，穿透能力差。
防风罩及防喷罩装在麦克风收音头外部，防止呼吸噪音及风的噪音，防风罩约可减少0～30dB的风噪音。近距离使用麦克风时的呼吸等声音，经过放大会产生不悦耳的噪声，这时候防喷罩就很有用。我们建议选择防风罩时，不要选比实际需要还要高效率的防风罩，这样会影响拾音效果。

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