问题1:电容话筒的指向性是怎么产生的?对于录音话筒来说,它有什么好处呢? 问题2:为什么我用动圈话筒的时候感到声音很实在,改用电容话筒以后反而觉得声音很空 问题4:指向性和频率响应能否兼顾?还是顾此失彼?

电容话筒的大致结构如图所示:电容的两个极板被分成了两个部分,分别被称为振膜和背极。单振膜话筒极头,振膜和背极分别位于两侧,双振膜极头,背极位于中间,振膜位于两边。 图1是一枚单膜心型电容话筒音头在声场中的示意图,首先,请把注意力集中到膜片的两个面,观察声源在与振膜的法线成一个夹角θ时振膜所受到的声压的分布情况,引入这个角度θ,为我们下面分析振膜在声波各个入射角下所能够得到的换能效果提供了方便,首先要记住的是压差型(通常我们称其心型指向)音头的振膜的两面都是与空气接触的,音头的正面直接与空气接触,音头的反面则是人为地安排了一条路径,让声波通过这条路径同振膜反面接触,假定振膜正面受到的声压为P1,反面受到的的声压为P2,那么,振膜受到的合成声压就是P1—P2,直接关系到话筒灵敏度的是振膜受到的压力,因此,与灵敏度密切相关的是激振力表达式: F=S (P1—P2); ------------------- 式1 注意P1,P2均为矢量, 矢量计算对于音乐人来说,显得枯燥了,因此隐去繁杂的数学计算,得到的最终结果是声压的分布符合以下数学式: P1—P2=2×P1×Sin K(d1+d2)/2 当d1+d2远远小于声波波长λ的时候,上面的表达式转换成压力并进一步简化表示: F= 2×SP1×лf/c×(d1+d2) ------------------- 式2
比较式1和式2,我们看到最后式(1)里面的 P2在式(2)里没有了,但是出现了两个变量:d1和d2。明确的含义就是P2对于振膜激振力的贡献赋予了d1和d2。但是,我们到现在还是没有看到角度θ对于振膜激振力F起到了什么样的作用,好,就让我们结合图1来看看d1,d2和L之间的关系:很显然,d1和L之间构成了一个直角三角形的两条边。 d1=L×COSθ 将它带入式(2) F(θ)= 2×SP1×лf/c×(d2+ L×COSθ);再简化之 F(θ)=α×(β+ COSθ) ------------------ 式(3) 其中:α=2×SP1×лf/c β= d2/ L
式(3)为振膜激振力的角度表达式,实际上也就是压差-移相式传声器的指向性表达式。 当β=1时,F(θ)的指向性呈心型 当β=0.6时,F(θ)的指向性呈超心型 对照图1,给每一个符号以明确的定义: P1:振膜正面所受声压强(常量) S:振膜的有效面积,它的大小直接关系灵敏度(常量) f:频率(常量) c: 声速(常量) d1:声波从音头正面传递到反面的等效声学距离,也叫声程(变量,和音头的设计厚度有关系)。 d2:声波从音头反面经过音头内部声学迷宫到达振膜反面的路径。(变量,和音头的内部的腔体形状所贡献的声阻抗以及阻尼材料有关系)。 L:音头的厚度。 F:振膜受到的综合压力,它直接正比于输出电压 由式(2)可以直接得出以下结论: 1)振膜的灵敏度(表面所受综合压力)和有效面积成正比,这也是大振膜话筒的信噪比能够做的较高的理由之一。 2)要将话筒的指向性做好,d1和d2的设计至关重要,d1是声传播的等效距离,基本由几何尺寸决定,但它和话筒的网罩和防风海绵也有很大的关联,将同样的音头放进不同的网罩,会发现其对高频响应的影响比较大,当然,如果将这种影响量化以后,在设计中给以考虑,则对话筒的性能提升犹如神来之笔!如果说d1对于我们的眼睛还是显性的话,那么d2可以毫不夸张地说,让几代电声设计者伤透了脑筋,它实际上是一个声波相位调节器,内部的声学特性牵涉到诸多学科,而材料从多孔纤维,陶瓷,直到晶体烧结材料,不一而足,目的如下: 引导话筒振膜反面传递的声波压力巧妙地“附和”正面声波的压力,在展宽频带的同时,提高指向性,这是一项高难度的工作,在吃透了原理和概念的条件下几乎完全靠经验和手感,只要距离稍有变化,声波的相位随之变化!上述的目的变成了在劣化频带的同时,损坏了指向性!
了解了话筒的结构以后,下面来回答文章开始的问题: 问题1:电容话筒的指向性是通过对振膜反面的声学路径精心设计和调试来完成的,这一点在各种录音场合,特别是同期、现场录音中起到了很大的作用,然而对于它的技术指标的界定,由于牵涉到声频工程测量,使用者很难讲得清楚,道听途说的不少,建议多了解一下传声器频响和指向性曲线图。 问题2:动圈话筒频响窄,灵敏度低,在录音要求不高时,对环境噪音的响应不灵敏。电容话筒的指向性如果做不高,在灵敏度相对较高的情况下,反而提升了声学噪音,并且放大了前期反射声,使得声音混浊 问题3:这个问题一般来说,肯定是顾此失彼的,用于现场扩声的话筒,考虑指向性指标多一点,频响有可能就欠缺一点,录音棚专用话筒指向性虽然可调,但是就结构而言,采用心型和O型切换的话筒,比那种电复合的多种指向性可调的话筒要实用的多。
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