现代音响与调音技术2音响设备基础.

第1章音响技术基础第2章传声器与扬声器2.1传声器的分类与原理结构2.2传声器的技术指标2.3有线传声器2.4无线传声器2.5传声器的选择和使用1第1章音响技术基础2.1.1传声器的分类与原理结构传声器(Microphone)简写为MIC，又称话筒或“麦克风”。它是音响系统中最为广泛使用的一种电声器件之一，它包含一个由声波驱动的传感器，并发出对应的电波。它的作用是将话音信号转换成电信号，再送往调音台或放大器，最后从扬声器中播放出来。2第1章音响技术基础1.按能量的来源有源类传声器无源类传声器外加直流电源传声器的分类直接把振膜的振动能量转变为电能，而不消耗其它能量2按换能原理3.按声场作用力4.按指向性单向、双向、全向、8字形、无指向和可变指向动圈式电容式压强式压差式3第1章音响技术基础1.动圈式传声器动圈式传声器属于无源类传声器，其结构如图2―1所示。2.1.2传声器的原理结构4第1章音响技术基础2.电容式传声器电容式传声器的原理结构如图2―2所示。5第1章音响技术基础如何把电容变化量转化为电信号呢？一种是直流极化式:直流极化式基于电场原理，通过电场的作用将机械振动变成电信号，这种形式的换能器称为静电换能器。在专业音响场合中，多使用外加直流极化电压(40~200V)的高档电容传声器。另一种是驻极体式:采用经过事先极化的驻极体代替上述极化电压的电容传声器称为驻极体电容传声器，简称驻极体传声器。常用在家用录音机中作内置传声器和普通歌舞厅乐队的扩音中，效果优良。缺点是极化电压保持时间有一定限度。对于使用者来说，应避免在高温和高湿环境下存储和使用电容传声器，这对延长其使用寿命是有利的。6第1章音响技术基础2.2.1灵敏度灵敏度是指传声器在一定强度的声音作用下输出电信号的大小.灵敏度高，表示传声器的声-电转换效率高.对微弱的声音信号反应灵敏.其定义为：在自由声场中，当向传声器施加一个声压为1μbar的声信号时，传声器的开路输出电压(mV)即为该传声器的灵敏度。换句话说，在一个标准声压的作用下，传声器的开路输出电压越高，传声器就越灵敏，反之，传声器就不灵敏。2.2传声器的技术指标7第1章音响技术基础2.2.2频率范围(带宽)频率范围是指传声器正常工作的频带宽度，通常以带宽的下限和上限频率来表示。一只好的传声器应具有较宽的频率范围，最好包含人的音频整个范围，有时为了增加拾音的明亮度和清晰度，还可在某一频率范围内，使其输出有所增强。频率范围可通过频响曲线来反映，电容传声器的频响特性较动圈式要宽阔且平直。8第1章音响技术基础2.2.3信号噪声比(S/N)信号噪声比指的是传声器有电信号输出时的信号电压与传声器内在噪声电压的比，通常用dB表示。例如，电动传声器的灵敏度为0.1mV/μbar，当在1m距离讲话时，到达振膜的声压约为1μbar，此时，传声器输出电信号为0.1mV。而传声器的内在噪声电压约为0.5μV，则信噪比为30.11020lg42()0.5SdBN一般优质电容式传声器的S/N值为55~57dB。9第1章音响技术基础2.2.4源阻抗及推荐的负荷阻抗源阻抗简称阻抗，指传声器的交流内阻，以Ω为单位，通常用1kHz信号测得。对低阻抗传声器，源阻抗为200Ω左右；对中阻抗传声器，一般在500Ω到5kΩ之间；对高阻抗传声器，则在25kΩ到50kΩ之间。由于中阻抗及高阻抗传声器的导线容易感应交流声，所以专业用的高质量传声器，一律采用低阻抗方式。10第1章音响技术基础为了使传声器的阻抗特性和后面设备的输入阻抗对整个系统的频率响应不会产生任何影响，通常要求后面设备的输入阻抗是传声器阻抗的6~11倍，称为推荐的负荷阻抗。由于高质量低阻抗传声器的阻抗多为200Ω，所以推荐的负荷阻抗多为1kΩ。这是专业用调音台和录音机常用的输入阻抗值。11第1章音响技术基础2.2.5最大容许声压级通常以传声器产生0.5%谐波畸变时的声压级作为最大容许声压级。高质量传声器的最大容许声压级已达135dB声压级。2.2.6隔振能力隔振能力包括传声器与其支架间的隔振能力，以及传声器外壳内芯件与壳体间隔振能力。12第1章音响技术基础2.2.7瞬态响应瞬态响应就是传声器对脉冲型声波的跟踪能力。由于方波信号是一种典型的瞬态信号，所以常常用一个矩形波信号来激励传声器，然后用示波器来观测传声器输出信号的波形，从而判断它的瞬态跟踪能力。通常，电容传声器的瞬态响应要优于动圈传声器。13第1章音响技术基础2.2.8指向特性传声器的指向特性，又称传声器的方向性，是表征传声器对不同入射方向的声信号检拾的灵敏度，也可以说是传声器的灵敏度随声波入射方向而变化的特性。如单方向性表示只对某一方向来的声波反应灵敏，而对其他方向来的声波基本无输出。无方向性则表示对各个方向来的相同声压的声波都有近似相同的输出。指向性是传声器十分重要的电声指标。14第1章音响技术基础2.2.8指向特性1.压强式传声器——无方向指向特性图2―3无方向指向特性当入射声音为高频波时，考虑到声绕射在频率约5KHz以上的声音由于声波的波长短，从1800方向入射的波无法绕过传声器罩，以至于无方向的指向特性在随着声波频率的增高越来越趋向心形。即对1800方向入射的波灵敏度下降或不拾音。15第1章音响技术基础2.压差式传声器——8字形指向特性压差式传声器的振膜后面不密闭，因此振膜的振动取决于前面和后面的瞬时声压差，即对声压梯度产生响应。很显然，从前面0°和后面180°入射的声波，都可以产生很大的声压梯度，所以接收能力最强，具有较高的灵敏度。从侧面90°和270°入射的声波，到达振膜前后两面的强度相等，因而声压梯度为零，传声器没有输出，灵敏度为零。因此，压差式传声器具有8字形(或双向)指向特性，如图2―4所示。16第1章音响技术基础图2―417第1章音响技术基础3.多种指向图形的组合将一个无方向图形与一个8字形图形叠加起来，就能得到一个心形图形，如图2―5所示。这是因为在0°方向上，无方向图形与8字形图形相叠加，得到了两倍的灵敏度；在180°方向上两者大小相等，方向相反，结果相互抵消；在90°和270°方向上，因8字形图形灵敏度为零，因而，叠加的结果是保持无方向图形的灵敏度，它是0°入射灵敏度的一半。18第1章音响技术基础图2―5心形特性的合成19第1章音响技术基础心形指向特性是一种单方向指向特性，介于无方向和8字形指向特性之间，适合于手持式人声演唱和乐器演奏用传声器。现在，我们可以以无方向、8字形和心形指向特性为基本图形，通过适当的组合，就可以得到许多个合成指向图形了。图2―6给出了5种主要的合成指向特性图形，可供选择传声器时参考。20第1章音响技术基础图2―6多种指向图形的合成21第1章音响技术基础实践证明，各种传声器的指向特性都会随频率而变化。当频率升高到3~4kHz以上时，指向特性有变尖锐的趋势。而且对于优质传声器来说，一要传声器的频带范围宽，二要传声器前后方向上灵敏度的比值，在声频的全频带内应保持基本相同。22第1章音响技术基础2.3有线传声器所谓有线传声器就是指从拾音头到录音机或者放大器、调音台、VCD机等之间，电声信号是通过能够看得见、摸得着的电缆连通起来的。有线传声器2.3.1有线传声器的特点(1)与无线传声器相比，有线传声器的价格低廉。(2)有线传声器的操作使用比较简单。23第1章音响技术基础(3)信号失落现象少，甚至没有。信号失落现象是指当传声器头与到达信号的调音台或放大器相对位置改变时，出现声音信号质量变差，甚至无法接收的现象。(4)有线传声器常受到电缆线长度的影响，其活动距离会受到限制。(5)在信号传输中，有线传声器常采用平衡传输，这可有效减小其它电声设备的干扰。24第1章音响技术基础所谓平衡线传输，是指传输线有两根导线，它们上面的声音信号正好对参考点（大地）是一对大小相等而极性相反的信号。当信号传输受到干扰时，干扰信号在终端负载上可以互相抵消，达到抗干扰的目的。同样，平衡线传输也不容易干扰别的电气设备。不平衡线传输是采用一根芯线的电缆，用屏蔽层作另一根信号线。这样的传输方式干扰信号有可能通过单根线而传到下级，从而影响声音信号的传输质量。传输距离越远则噪音越大，因为信号线上的噪音无法消除。这种接法的成本低，仅用于话筒线较短的家用音响设备上。25第1章音响技术基础2.3.2有线传声器使用中应注意的问题1.使用平衡线传输可有效减小外来干扰2.必须使用专用电缆馈送传声器信号传声器的内阻有几百欧，输出信号又很微弱，因而必须使用专用屏蔽电缆作信号传输线，并使屏蔽层的一端与传声器的外壳良好相接，另一端与电声设备的外壳良好相接，从而减小周围电磁场的干扰。其长度不宜超过10米，否则会因线间电容过大引起高频损耗。也正因为传声器的输出比较小，所以为了提高传声器的输出感应电动势和阻抗，还需装置一只升压变压器。26第1章音响技术基础传声器的损坏，多数原因是由振动引起的。强烈的振动会使电动传声器的磁铁退磁，从而降低灵敏度；还可使磁路移位，造成磁路卡住音圈或振散音圈使传声器完全损坏；还可使电容传声器两极间距突然变小，极化电压就有可能击穿膜片。因此不可使劲吹气或敲击传声器。3.传声器必须防振27第1章音响技术基础用几只传声器拾音时，要注意相位作用。相位关系对立体声传声器有很重要的意义。不规律的相位变化对立体声效果的宽度感有影响。相位不一致会产生声场弥散，声像方位感不确定的不自然感。必须使各传声器的极性相同(即相位相同)，以免各传声器的信号在电路中相互抵消。4.注意传声器的极性28第1章音响技术基础有指向的传声器都有近区效应。所谓近区效应是指近距离使用这种话筒时，对低频有提升作用，从而增加声音的“亲切感”，但其负作用是清晰度会降低。5.注意近区效应29第1章音响技术基础2.4无线传声器无线传声器无线传声器是利用传声头将声波转为电信号，然后用超高频或特高频载波在近距离范围内将传声器输出的电信号经调制后，再通过附带的天线以电磁波形式向天空发射，然后用接收机接收射频已调信号，经高频放大、解调等环节恢复低频电信号，最后送到录音机或扩音器中放出声音。30第1章音响技术基础2.4.1无线传声器的特点1.优点(1)无线传声器可以做到传送的声音具有真实感，细腻感，亲切感和临场感。而且由于无线传声器不使用传送电缆，因此解脱了传声器线对演员的束缚，特别适用移动声源，如演讲，舞台表演，现场指挥等拾音场合，可以更好的发挥演员的表现能力，大大地提高了音响的艺术表现力和整体的艺术魅力。31第1章音响技术基础(2)在同期录音的情况下，要求图像和声音同时出现，如拍电视、电影，无线传声器就可很好地解决这个问题，只要把配带式传声器和小型发射机隐藏好即可。(3)利用无线传声器拾音，可减少混响声的拾音，因此清晰度很高。32第1章音响技术基础2.缺点(1)无线传声器属于射频传输，因而保密性差，抗干扰能力差，同时也对其它电子设备产生干扰。(2)有信号失落现象。当传声器与接收机的相对位置改变时，有时会出现信号跌落、音质变劣，甚至无法接收信号现象的。如何克服信号失落现象：通常采用多副无线传声器和多组分集接收的方法来保证信号的传输质量。33第1章音响技术基础(3)无线传声器在传输信号时因需发射机和接收机，故技术实现上相对有线传输较复杂，成本高。对无线传声器性能的要求：除了应满足一般传声器的要求，如频带范围足够宽之外，特别注意两点：一发射机的载频稳定度要高，接收机具备跟踪功能，这样才能可靠的接收。二是要有足够的动态范围，以防止大信号产生失真，这是为了避免使用者只考虑艺术效果而不注重如何正确使用传声器，很容易声压级高导致过载。34第1章音响技术基础无线传声器中的发射机微型驻极体电容传声器调频电路电源无线传声器实际上是一种小型的扩声系统，它由一台微型发射机组成。无线传声器采用了调频方式调制信号，调制后的信号经传声器的短天线发散出去，其发射频率的范围，按国家规定在100MHz到120MHz之间，每隔2MHz为一个频道，避免互相干扰。35第1章音响技术基础无线传声器的优点：体积小、使用方便、