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在板凳上– 传声器

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2014年5月9日

麦克风胶囊

我们都使用'em,但是它们是什么以及它们如何工作?

文本: 罗伯·斯奎尔

自从我开始针对AudioTechnology撰写这些文章以来,一直忙于撰写一系列文章,涵盖特定设备类别中的不同类型和拓扑。例如,压缩器-FET,光电,可变μ和放大器-A,B和C类。是否有人对所有这些不同设计的含义或用途了解很多?

对我而言,从任何音乐录制和制作的音乐链的开头开始,这个系列就很有意义:麦克风。但是首先……要整理一下房间。由于布局问题,上一期有关“关卡”的文章中出现了打哈欠的裂缝。澄清某些事实的方框项目是偶然删除的,所以这里终于在第74页。现在……麦克风,它们是什么?

食人魔

这些天我们可以模仿各种乐器并取得很好的效果,但是直到有人想出“插入式歌手”,我们至少需要使用麦克风来录制声音。我们天生熟悉的人声通常是对麦克风的特性,优势和不足的最大考验。确实,在我的工作室中,听我自己的声音可以告诉我很多关于维修或保养后麦克风的特性和性能的信息。

本质上,麦克风是将声压转换为电信号的换能器。多年来,已经实现了许多方法,从电话初期的粒状碳麦克风到涉及光学和激光的深奥方法。我们在录音棚中最熟悉的麦克风是围绕带状,动圈式或电容式换能器构建的。因此,让我们检查一下这三种主要设计。

捕获

色带麦克风

第一个带状麦克风RCA 44A于1932年问世,为证明这种麦克风的独特品质,它仍被认为是某些应用(尤其是喇叭和铜管乐器)的“通用”麦克风。带状麦克风的本质非常简单,它是一条非常薄的铝箔带或条(通常是铝),悬浮在磁铁的磁场中[见图1]。箔片是波纹状的,具有横向刚度和纵向柔韧性。当碳带在磁场中振动时,会在碳带的整个长度上产生电流。该电流非常小,所有带状麦克风都需要升压变压器才能产生输出,该输出有用且与大多数麦克风前置放大器上可用的典型增益范围兼容。

一个简单的没有周围声响或处理障碍的带状麦克风是一个纯压力梯度传感器,这意味着带会移动,并因此响应于带前后两侧之间的瞬时压力差而产生其信号输出。这种响应的性质会产生带状麦克风的8字形或双向拾音模式,因为声音是从侧面传来并向带状区域呈现“边缘”,不会在前后之间造成压力差色带的两面。因此,色带不会移动,也不会输出信号。带状麦克风的侧向响应具有非常深的空值,使它们对于在录制情况下不捕获特定声源非常有用。 [请参阅Stav在第56期中的文章,关于使用Figure-8拾音器模式的麦克风进行无耳机人声录制。]

推出时,第一批带状麦克风大大改善了当今麦克风的质量。尽管带状麦克风的频率响应通常会在高频下逐渐减小,但其清晰度和中频精度却使它们与众不同。这就是最近几年被“重新发现”的原因。这在很大程度上与其设计的简单性有关。碳带可自由暴露在空气中,而无需进行任何遮挡或声学处理-这可产生一个纯净而简单的传感器。

切成色带

带状麦克风易碎。碳带的厚度范围为0.6到2微米,歌手吹来的一阵阵风或呼吸会折断它。更换色带也不是一件容易的事,需要一只稳定的手和一双明亮的眼睛。因此,当今大多数带状麦克风制造商都建议将带“吹”状带状的麦克风退回工厂进行维修。

碳带麦克风元件的组装或碳带的更换实际上发生的一件重要事情是碳带的“调音”。色带轻微张紧,因此调整到非常低的频率。这种张紧对于麦克风的“声音”至关重要。如前所述,带状换能器需要升压变压器,并且该变压器对麦克风的质量有很大贡献。确实,完整的带状麦克风和与其连接的麦克风前置放大器的输入阻抗之间的相互作用可以显着改变麦克风的音调特性,远比任何其他类型的麦克风都大。对此,我们现在看到带有集成放大器的带状麦克风,无论是晶体管还是电子管。在这种情况下,制造商可以完全控制变压器“看到”的阻抗,因此可以优化关系以实现最佳和最一致的频率响应。

fig2

移动线圈或“动态”麦克风

就像带状麦克风在磁场中移动时,带状麦克风会产生电流一样,当线圈中的线圈在磁场中移动时,动圈(或众所周知的动态麦克风)也会产生电流。简单来说,动圈麦克风的结构与扬声器相同,它包括一个膜片,该膜片附着在悬挂在磁铁中的金属丝线圈上(见图2)。动态麦克风本质上是压力传感器,膜片在其中移动并响应声波压力而产生信号。这使得简单的动态麦克风的拾音模式成为全向的。但是,大多数动态麦克风具有声学腔体,并且从胶囊的后部开口以修改拾音器响应以实现心形(定向)模式。这种复杂的声学修改的设计会影响频率响应以及该响应如何随声源的接近而变化。与带状麦克风相比,好的动态麦克风的设计在声学设计方面比较复杂,这会使其频率响应和离轴性能产生更大的变化。当麦克风具有具有方向性特征的拾音器模式时,它将表现出“接近效果”,从而随着声源移近麦克风,低音响应会增加。

动圈式麦克风的动圈产生的信号比带状麦克风大,这是因为圈数大且线圈与磁铁之间的间​​隙狭窄。这导致某些动态麦克风根本不需要升压输出变压器,而有些仍保留比带状麦克风更小的升压比的变压器。由于导线线圈趋向于拾取杂散电磁场(就像电吉他上的拾音器似乎捕捉到每一个嗡嗡声和嗡嗡声一样),许多动态麦克风都以“杂音”方式连接了次级线圈以抵消嗡嗡声和嗡嗡声。动态麦克风非常坚固,确实有视频在网上徘徊,显示无处不在的Shure SM58掉落,碾压,浸入水中,微波……仍在工作!

fig3

电容式麦克风

“电容器”一词起源于电容器中电子学中的历史术语。如果今天发明了电容式麦克风,它们很可能被称为“电容式”麦克风。电容传声器的胶囊由薄膜组成,通常以三至六微米的量级拉伸并紧密固定在固体金属“背板”上(见图3)。膜片上覆盖有一层金属,通常是金,与背板一起构成了一个小电容器。膜片和背板之间的间隙必须很小,以提供可用的电容,通常为15至30微米。膜片被极化,其电压通常在30至80伏之间,从而在电容器上产生固定电荷。当受到声压作用时,隔膜会朝着背板移动或离开背板,从而导致其电容发生变化,从而产生电压输出。该胶囊的阻抗极高,需要缓冲电路将该信号转换为适当的低阻抗,以驱动电缆和麦克风前置放大器的输入。因此,所有电容式麦克风都包含一些需要外部电源的电子放大电路,无论是管型还是晶体管型。传统上,大多数电容器还包括输出变压器,尽管越来越多的电容器麦克风正在开发,其中包含有源的无变压器输出放大器级。

与动态麦克风相比,电容式麦克风振膜的重量较轻,因此非常灵敏并且对高频敏感。就像色带麦克风的色带被“调谐”一样,电容式麦克风的振膜也像鼓皮一样被调谐,但是要达到高频,通常在8至12kHz左右。 (想像一下:如果将带状麦克风“像脚鼓一样”调音,则将电容像军鼓那样调音。)这样就产生了电容式麦克风的特征品质,它具有扩展的高频响应,并且通常有一个小的峰值。围绕“调谐”频率的响应。频率响应特性还受到在背板表面上加工的微小孔和凹坑的影响。这类似于房间的声学处理,在该处,隔膜和背板之间的微小空间被这些小空腔所阻尼和调整。

由于电容式麦克风胶囊的相对较薄且扁平的特性,因此很容易将两个胶囊“背对背”放置,并且通过改变两个胶囊上的极化电压的关系,可以通过组合使用来影响图案响应。两个胶囊。这样就获得了从全向到心形到图8的模式。

艺人

与其他类型的麦克风相比,电容式麦克风的更多好处在于维护和保养。灰尘和其他漂浮物在敏感膜片上的积聚会使其沉重,影响麦克风的响应,甚至会在响亮的信号或人声爆破声中使其在底板上“跌落”,从而有效地缩短了胶囊。由于动圈式麦克风和带状麦克风中的磁铁,它们需要远离会被磁铁强烈吸引的“流沙”(金属颗粒)。建议不要使用带状麦克风,特别是将其放在塑料袋或布袋中。我见过一个动圈式麦克风,其中细小的铁颗粒已经进入隔膜,并且由于磁性吸引,有效地将隔膜夹在后面的磁铁上。不用说麦克风的声音不太好。对于较大的带状麦克风,建议将其垂直放置;如果较长的色带水平放置,则会随着时间流逝而下垂,从而影响其张力和声音。

微生物

麦克风有点像吉他,有一些非常好的吉他,有的很差的吉他,但是在极端之间,它们是完全不同的。作为一种主要功能只是捕获我们所听到的声音的工具,选择麦克风可能会产生巨大的差异。它与麦克风的固有“类型”有很大关系,但是在特定类型内–声学室的设计,振膜的厚度,变压器的设计和电子设备的拓扑结构–这为设计人员和用户的口味非常广泛。

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