详细剖析话筒工作原理

anxin · 发表于 2015-10-20 21:49:39

声音的物理构成原理和心理接受原理，这都是影视以及音乐录音和制作的基础。从这期文章开始，我们要进入大家真正感兴趣的话题，那就是如何去录制声音，如何在后期合成声音。这次我们就先来了解一下这整个"生产线"的流程，还有组成"生产线"每部分的设备，以及如何去使用它们。

如下图所示，一个声音从自然届物理产生后被最后运用到影视作品或者唱片上要经历如此的过程。

如我们前几期所讲，声音在自然界产生后，我们要对它进行有选择的采集，运用我们现代的录音技术将它变为可以后期剪辑和制作的素材。如上图中所示。

1. 这就是录音的第一个环节：话筒。这也是很多朋友非常感兴趣的问题。话筒的好坏是影响声音素材的关键。话筒的设计也根据不同的原理和用途分为多种，这点在这期文章的后半部分会详细讲解。

2. 这个环节是和话筒环环相扣的，话筒设备捕捉的信号（一般都为模拟的电信号）要通过放大才能真正记录到载体上。这就要提到调音台或者话筒前置放大器，一般来说高质量的调音台的每一个通道都提供优秀的话筒前置放大器（后面简称话放），但是不同的话筒对话放要求也不同，还有从声音的艺术选择上来说，不同的话放和话筒的组合也会产生不同的音色。所以有时候我们会选择单独的话放为话筒提供驱动。在调音台以及话放的类型和品牌选择上要有很多要求，话筒和调音台以及话放之间也存在参数的匹配问题。这一切都会直接关系的声音录入的质量。

3. 此环节就是我们在声音的编辑和制作前所要面临的问题，载体。在上个世纪70-80年代主要是模拟录音，载体主要是磁带，虽然磁性的记录方式有它声音上的特点，并为很多专家所认可但由于它在噪声大，剪辑不方便等诸多缺点而后慢慢被数字录音所取代。我们现在接触的录音绝大多数是数字录音，这也为录音走进个人化提供了巨大的方便。这也使得大家能自己在家中的电脑上制作和剪辑声音。在以后的介绍中我们会详细谈到。

4. 这个环节当然也可能是大家最感兴趣的环节，那就是声音的后期制作了。在模拟录音时代，录音工程师们是在庞大的设备前进行复杂的操作才能完成这项任务，但是技术发展到数字化的今天，虽然在专业领域对录音的制作要求也提高了，但是个人制作声音变的有了可能，大家可以通过数字音频工作站在家中的电脑上对自己的作品进行简单甚至是接近专业的制作。我们在以后的文章中会着重讲解这部分内容。

5. 这个环节也是最后的环节，那就是制作好的声音最后合成到需要发行的载体上，从这里一个作品（影视作品或者唱片）就踏上了流通的过程。在网络高度发达的今天，传统的载体如CD ,DVD等已经受到很大的冲击。如果大家自己制作作品的小样，也可以很方便的在电脑中进行编码，自己生产网上易于流通交流的数字格式或者制作成光盘。当然在专业制作中，就没有那么简单，编码合成到发行都有严格复杂而又环环相扣的过程。

经过上面的介绍，想必大家对声音的制作过程已经心中有数，从下面开始我们就来一个环节一个环节的去了解和学习。

这期我们先来了解一下作为拾音设备的话筒。

拾音器又被称为换能器，它是将声音转换成要输送至传声器前置放大器的电压的过程中最基本的设备。传声器把声能转换为电能，而扬声器则恰恰相反。

专业话筒的分类有许多种，我们在这里就先从大家最容易理解的方式开始介绍。那就是通过换能原理的不同来分类。这样我们就先把话筒分为四类：碳粒式、陶瓷式、动圈式以及电容式。

碳粒式：是最早的传声器之一，它通过碳粒对声波的反映振动后改变与其相连接的电能元件的电压然后产生和声压成比例的电压。这种原理产生于电话的发明，百年来一直被运用于电话工业，我们日常生活中是很常见的。它的缺点是不能收入更多的频率，也就是说人耳的感知是在20hz-20khz，这类话筒却不能达到这么宽广。

陶瓷式：某种结晶质或玻璃材料在受到振动的冲击时，会直接产生电压。这样就形成了陶瓷式话筒。它的缺点也是很难录到宽广的频率范围，但是在电影录音中常被用于水下录音，被称为水听器。

动圈式话筒：这类话筒也是我们很常见的，一般的演出或者是ktv场所多用的是此类话筒，它一结实著称。它的原理是电导体，比如铜或者银在一个磁场中运动，导体的末端就会感应出一个电压。导体可能是安置在一个线圈中并与振膜相连的被绝缘的电线。振膜运动会引起线圈的运动，当导体切割磁力线时在其终端产生一个电压。以上看起来好象是中学物理实验，其实细想想大家都能明白。动圈话筒多为心形指向（下一讲我们将详细说明指向）。设计精良的动圈也常用于电影和音乐录音中。

电容式话筒：这种话筒可能是刚接触的朋友们有所陌生的。但是它却是电影和音乐录音中的主角。录音师中是通过不同品牌和设计理念的电容话筒去捕捉不同音色的声音。电容式话筒只有一个可移动部分-振膜。振膜和固定的后极板之间行成一个电容，声压对振膜的作用会积压它然后形成输出端电压的变化。这样的设计概念非常适合捕捉细微的声音，这也就是为什么电容话筒灵敏度高而又能收录宽广的频率范围。按照振膜的大小电容式话筒又分为大振膜和小振膜两种。它们的音色又是有区别的。小振膜更加灵敏，高频声音的反映好，而大振膜声音有张力。另外由于电路设计和元件的区分又分为晶体管话筒和电子管话筒。晶体管电路的话筒声音比较自然，精确。而电子管话筒更多的是带来温暖的声音特征。

话筒的指向性，指向性这个词我们在以前的文章中也曾经谈到过，它是很容易理解的。举个大家很熟悉的例子，平时用摄象机录制作品的时候，机器上的话筒总是会主要收入镜头对准的方向的声音，还有在大家经常唱Ktv的时候为什么有时候音箱中会发出中高频的"嗡嗡"声，这都和指向性有关系。如果把话筒正前方的轴线为Y轴，与自己垂直的水平面为X轴，那么在这个作标表现的空间就是话筒所面对的一个空间。那么话筒在这个空间内对那些方向的声音能很好的拾取而对另一些方向是不能完全收音或者更本就不收入声音，这以上的描述就形成了指向性这个概念。指向性大概可以分成以下几种：全指向性、心形指向性、超心形、还有8字形指向，棒式（枪式）。这其中常用的是全指向性、心形指向性、8字形指向。

anxin · 发表于 2015-10-20 21:50:15

在影视录音中经常用到棒式（枪式）这是一种由心形延伸出来的方式。如上图中所示全指向性就是指在话筒360度的范围内的声音都能被收入进来，而心形指向就是只能收入话筒前方所传来的声音，而8字形指向主要是前后方向的。现在我们就不难解释前面所举的例子。摄象机上的话筒主要是枪式电容话筒，那么它对前方的声音会很容易收入进来。而很多人唱ktv的时候使用的是心形的动圈话筒，当话筒对准音箱的时候，信号在被音箱放出后通过话筒后又回到音箱形成了回路，所以会有"嗡嗡"声。

在电影电视录音中经常使用的是枪式话筒，也就是一般俗称的"吊杆"。它是沿管的长度在管中安排许多沟槽，这些沟槽被吸声材料所覆盖，比如丝绸，而且管的末端与心形传声器相连。这样以来，沿管的方向传入的声音将会很容易进入话筒，但是其他方向的声音将被阻挡。所以在片场基本都是使用这样的话筒，它能被举的很高然后对准演员，话筒本声的这种强指向能很容易收入几米外的演员的声音，而其他方向传来的声音却会变的小之又小。这就是为什么电影电视要得到干净清晰的前期录音要使用这一类话筒的原因。

全指向形话筒空间

超心形指向空间

心形指向话筒空间

有很多型号的话筒也同时提供多种指向，通过一些选择按扭和相应的电路来完成。

频率响应，这个定义也是非常重要的，在很多话筒的指标中这一条是不可少的。它代表一个话筒对频率收入的情况。有的话筒对高频比较敏感而对低频的成分收入却会衰减而另一些则可能是情况完全不同。如下图所示，能看出此话筒的响应基本上是平直的，但是有少部分的响应差别。图二则更明显100hz以下就有很大的衰减，这样这个话筒的录的声音就会让人感觉少了很多饱满的感觉。

而下图中的曲线还在2k-5khz有波峰使得话筒在中频段相对敏感，声音相对突出，这样中频的声音会很明显，使得话筒的声音发硬。

话筒的灵敏度，动态范围，信噪比：灵敏度是指声压转换为电压或电功率的转换效率有很复杂的计算公式在这里就不便详述，很多朋友会误解灵敏度的数值和话筒是否灵敏直接联系。从数字上的大小是不能直接联系2者的，并不是数字越大此话筒就越灵敏或者越好。话筒的好坏还要和调音台或者是单独的话放联系起来才能确定。

动态范围这个词看上去很难理解，其实详细解释也好理解。一个人说话或者是一个乐团演奏，必然有最高的音量和最低的音量，那么这之间的差就是动态范围。这是一个相对值。可以说一个话筒能接受的动态范围越大，那么就意味这这个话筒能清楚的捕捉更多类型的声音。

信噪比，话筒是将声音转化为电能，那么这期间就必然会有电流等多方面原因引起的除去所要录制的声音之外的噪声。信噪比就是衡量信号和最低噪声之间的比例。

另外一些花话筒上还带有低切开关比如------100hz这样的符号这就代表当录音现场风大或者低频噪声大就可以使用这个功能消去嗡嗡声。

失真度，这个概念要和前面的动态范围结合起来，因为当话筒所能接触的声压到达一定水平时候，所转化的电信号就会出现失真，人耳对一定的失真是会有明显的感觉的，就是俗话所说的"冒了"，这个时候在相干的显示表上（这下一讲将会介绍）就会有红灯的显示。如此的声音是不能被允许录入进入下一步的后期制作中的。

话筒我们就先介绍到这里，以上介绍解释的指标在使用话筒的时候都是会经常被做为参考的。声音经过话筒之后还要通过放大然后才能进入载体或者录音机器。这期间就要通过调音台。话筒的将声音转化为电信号输入到调音台，但是这个信号相对很微弱，这就需要放大。所以话筒放大器就成为必不可少的环节。而且电容话筒还需要提供48v或者130v的幻象供电，这就是话放或者调音台上会有个48v或者幻象供电的电源开关（PHANTOM POWER）。一般来说话放的电阻要高于话筒的电阻很多（这是个电学方面的概念大可不必细究）这样以来能使得从话筒传来的信号得到放大。这就要提到前面所说的动态范围，话放要保证经过放大的信号不会失真，这就要求话放的动态范围要能容纳话筒的信号，而且前面所提到的信噪比在这里变的很重要，如果话筒在没录任何声音之前本声就有很大的噪音信号时，在经过放大后噪音会更大，这就是为什么要选择优质话筒和匹配话放的原因。

当然调音台的功能还不只这些，前期的声音录制过程中调音台还起到了很多关键性的作用，甚至在大型的后期制作室中调音台成为声音制作的核心，它就象个奇妙的话笔，成就精彩的声音作品。

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