传声器的分类(2) 录音手册-第二章

压差式传声器

压差式传声器也称压里梯度式传声器。如上图左图所示，压差式传声器振膜后面不封闭，振膜前后的两个表面都接受声波。由于声波到达两表面的路程不同（声波从90°和270°入射时除外），所以时间也不同，因而相位也不同。就是这些不同，在振膜上产生瞬间的声压差。故称压差式传声器。很显然，从振膜前面（0°）和后面（180°）入射的声波产生最大的声压差，此时传声器具有最大的灵敏度。当声波从振膜侧面（90°、270°）入射时，声波到达振膜前后的距离相等，没有声程差，也就没有声压差，传声器也就没有输出，即此时灵敏度为0。压差式传声器依声源入射角度变化的规律用下述公式表示：
S=S0 cosθ                      [/i]      公式1-1
式中：S表示随声波入射角度而改变的传声器灵敏度
S0表示声波0°入射时的灵敏度（θ[/i]= 0时一般取常数1）
θ[/i]表示声波入射角度
若将用上述公式计算声波从0°到360°的压差式传声器输出灵敏度用极坐标表示就会得到一个类似8字形（上图右图）的图形。所以，压差式传声器也称8字形传声器，因其输出特性是按照余弦曲线变化的，故也称为余弦传声器。
因为在传声器振膜90°轴线上方（上图左图）和下方（上图右图）声波入射的方向相反，所以，压差式传声器指向性图形是180°反向的。声波从90°轴线上方入射为正；声波从90°轴线下方入射为负。
压强式传声器与压差式传声器的组合
有时为了抑制来自侧面和背面声音的影响，拾音时往往只需要拾取传声器正面的声音，因而出现了单指向特性传声器。将一个全方向特性和一个8字形指向特性传声器靠近放置，并将两者的输出电压串联，就形成了一个心传声器，这是最原始的设计理念。现在生产的大部分单指向特性传声器的指向特性是用“电”的方法得到的。
下压强式传声器与压差式传声器的组合结构，以这种结构得到单指向特性传声器。这种结构也称为“复合结构”，称这种传声器的声驱动力方式为“复合式”。其原理是利用一个压差式传声器，使馈送到振膜背面的声波经过一个声延迟元件，便得到心形指向图形。它的工作原理如下：
将8字形传声器装入一个声延迟元件，声延迟元件的长度为l，使声波到达振膜前后出现声程差，亦产生时间差，也产生了声压差，声压差的强度取决于声程差的大小。下面分析一下声波在不同入射角度时，传声器电压输出情况。
当声波入射角度为0°时，声波到达振膜后面比到达前面多了两倍的L，产生的压差驱动振膜振动，由于此时产生的时间差最大，传声器输出的电压也最大。
当声波入射角度为180°时，声波到达振膜后不存在声程差，到达的时间一致，振膜便不振动，传声器没有电压输出。
当声波入射角为90°时，声波的路程差为L，振膜振动，但传声器电压输出小于0°方向，大于180°方向，为二者的中间值。
若将这一情形用图形表示便会更加清楚。
实际上，压差传声器加上声学延迟元件后，相当于一个压差元件（8字形）和一个压强元件（全方向）特性相加。这两个元件再90°轴线以上是同向的，因而输出相加；而再90°轴线以下是反向的，因而输出相互抵消。
当声音从传声器0°入射时，两单元正向叠加，得到二倍的灵敏度。
当声音从传声器180°入射时，两单元反向叠加，互相抵消，灵敏度为0。
当声音从传声器90°或270°入射时，压差单元灵敏度为0，压强单元保持原来的灵敏度，两者叠加是声波0°入射灵敏度的一半。
若将这两个单元的指向性图形逐角叠加，即得到一个完整的类似心型的图形，我们称这一图形为心型指向性图形。心型指向性图形表明传声器对来自不同方向声音具有不同灵敏度的特性，这个图形即心型指向性传声器的极坐标图。
传声器多种指向图形的形成和传声器指向性系数
只要改变全方向指向特性特征与8字形指向特性的比例成分，即可演变出多种指向性图形。利用这个原理，我们可以设计和生产出各种指向特性的传声器。由于电容传声器可以借助电路手段很容易地改变全方向与8字形叠加的比例，因而可以设计和生产出在全方向—心形—8字形之间连续进行调整的，具有多种指向特性的电容传声器。
下面分析一下五种典型指向图形（全方向扁圆形 心形 锐心形 8字形）形成的原理
第一个指向性最大，是个“纯粹”的圆形，不含有8字形成分，表示该指向性图形是全方向指向特性。后面的指向性图形圆形越来越小，也就是说，全方向指向特性的成分越来越小。直到“纯粹”的8字形，完全不含有全方向指向特性成分。上图中字母 A 表示该指向性图形所含圆形部分的含量。字母B 表示该指向性图形所含8字形部分含量。
在实际设计和生产中，由于种种原因与理想图形总是有一些误差，尤其传声器输出为0的那一点仅具有理论意义，在实际中是无法实现的。他图中除了圆形和扁圆形的其他图形都有一条虚线，表示在该角度传声器的灵敏度（在理论上）为0，可以理解成在该点传声器没有输出。这一点对我们正确使用传声器是很重要的。
比较心形、锐心形和超心形可以看出，如果要抑制背面的声音，心形的效果最好。但心形传声器对侧面（90°、270°）仍有正向（0°）一般的灵敏度，所以不能很好的抑制侧面的声音。而锐心形和超心形对侧面声波的抑制能力要强的多。锐心形对侧面声音抑制的最多，它可将正前方讲话或演唱演奏的声音从较强的室内混响声中或环境噪声中分离出来。但它在180°入射的声音灵敏度较高，也可以说锐心形是不对称的8字形。
需要说明的是，我们在绘制传声器指向图形时一般用二维的平面图，而实际的传声器指向性是三维的、立体的。
不同指向性传声器的应用比较
对传声器指向性的选择要根据所录制节目的具体情况来决定.在相同拾音距离处拾音,无指向性(既全指向性)传声器较指向性传声器能拾取到更多的空间环境声.那么,为了得到相同的混响感,指向性传声器需比无指向性离开声源的距离更远.传声器指向性的距离系数给出了这种距离之间的比例关系,它的定义是,要获得等同于无指向性传声器单位距离内的直达声与混响声之比时,指向性传声器应离声源的距离.传声器指向性越强,其距离系数就越大.在无指向性传声器的距离为单位1时,8字形,心形,超心形指向性传声器距离系数分别为1.73 1.73和2.对于抛物面集音器,这个系数大于3.
根据以上特征可知,如果不同乐器之间的融合效果,可以选用无指向性传声器.如果要减少空间感,避免空间造成的声音浑浊或因空间声学缺陷带来的声染色,强调获得清晰,干净的声音,或者在同一个空间拾音时为了减少其他乐器的串音,可以选用指向性传声器,这种选择还应与拾音距离相协调,远距离拾音有利于拾取到一件乐器或一个乐队的整体效果,在合适的位置上可以获得自然的平衡,还可以更好地年个出拾音现场的声学环境,让直达声与反射声充分混合,但同时也会更多地反映出拾音现场可能存在的声学缺陷,设置的位置不合适还可能使混响过多,声音浑浊不清晰.近距离拾音可以有效地排除环境声,减少空间感,还能更好地体现出乐器的质感,获得清晰干净的声音,但距离过近有可能过分强调乐器的某种特色,或者是某个音区,从而失去了整体的平衡.在实际运用中往往将全指向性传声器与指向性传声器,远距离拾音与近距离拾音结合起来使用.
4.按照使用功能分类
无线传声器(wireless microphone 或 radio microphone)
无线传声器是将换能后的声频信号调制一个载波后,由天线辐射给附近接收机的传声器.由于摆脱了传声器电缆的限制,无线传声器的使用非常灵活,尤其对于移动声源的拾取可以保持年的一致性,给舞台表演录音或电视外景录音带来很大方便.
无线传声都使用米波和分米波波段,采用调频制,具有抗干扰能力强,频率特性宽,失真度和噪声小,发射机效率高等优点.无线传声器调频由两种方式,一种是由电容传声器直接调频,一种是将电容传声器转换的电信号对一个载波调频.前一种方式是将电容传声器的电容量C与线圈自感量L做成谐振电路,使其中流有8～10MHz频率电流.电容传声器的可动膜片受声波振动后,电容量发生变化,使谐振频率发生相应改变,谐振电路的电流值也会随着改变,从而形成调频.其原理如下图所示,
采用这种方式的电容传声器称为射频方式电容传声器,它与直流方式电容传声器相比,具有可将信噪比提高20dB的优点,但当声源声压级很高时,会超出谐振曲线,产生失真,使工作不稳定.该方式电路简单,元件少,有利于缩小体积,减轻重量.后一种方式则电路复杂一些。
无线传声器的工作频率低容易受到民用通讯和调频广播的干扰，工作频段高其技术指标，可靠性和拾音精确度也高，但价格较贵。今天，大多数无线传声器工作甚高频（VHF）的中间频段和超高频（UHF）的较低频段（例如150～216ΩMHz,400～470MHz,900～950 MHz）上，如SONY公司的SKM500手持式传声器工作在792～806 MHz的超高频范围，SENNHERSER公司的SKM5000手持式无线传声器工作在450 ～960 MHz的高频范围，SKM1032提供6个可选择频率。接收机的频率范围与传声器相对的，如SENNHERSER公司的EM2004接收机工作于450～960 MHz的超高频范围内，其对应用于传声器也有16个可选择频率。在多通路接收系统中，工作频率内可选择的频率数目要多得多，如SENNHERSER公司的EM1046多通路接收系统的美个模块在450～960 MHz的工作频段内可选择多达4800个不同的频率点，因而可将大量模块连接使用。大多数无线传声器是通过旋钮来选择频点的，这些旋钮在选择之后应予固定，以防止误操作。
合成锁相环技术（PLL）的运用保证了信号的稳定性，并使多通道频率能够同时工作而互不干扰。这种技术依赖于最基本的晶体设计从而产生相应的射频频率，以提供高度的频率稳定性，低频噪声，