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  在音響上有各式的換能器(transducer),例如喇叭、麥克風、唱頭、磁頭等。喇叭是將電子訊號轉換成聲音;麥克風是將空氣的振動轉換成電子訊號;唱頭是將機械性的振動轉換成電子訊號;而磁頭則是將磁通量的變化轉換成電子訊號;最新的雷射數位唱頭則是將光訊號轉換成電子訊號。

  本文係針對麥克風的種類及構造做一簡單的介紹,並談到如何選擇麥克風及裝設麥克風時的一些竅門。

麥克風的種類及工作方式

  所有的麥克風都有兩個基本的部分:一為振膜,一為發電器。振模隨聲壓的改變而振動,發電器將振膜的振動轉換成電子訊號。

  發電器、收音範圍(pickup patterns)、頻率響應及麥克風阻抗,這四個因素決定一支麥克風的性能。發電器是決定麥克風性質的第一個因素,不同的發電器在價格、傳真度、複雜性、耐用性及壽命上有很大的差別。

  陶瓷及晶體發電器:陶瓷或晶體麥克風的振膜直接固定在特殊的『壓電晶體』上,當壓電晶體受到振膜振動所產生的壓力變化後,會隨之產生電壓的變化而送出訊號,請參考圖一。這種麥克風即使在一般的環境下,對專業人員及嚴苛的業餘人員來說,其傳真度及耐用性都不夠。

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  絲帶發電器:絲帶麥克風與動圈麥克風很相似,除了使用一張很薄覆蓋著金屬箔的絲帶,同時作為振膜及音圈,為了要得到足夠的頻率響應及輸出電平,絲帶一定要非常輕,所以老式的絲帶麥克風很容易受機械性的振動而受損,或是突然而來的一陣急速氣流如噴嚏而使絲帶撕裂。當然現在的絲帶麥克風已經有了足夠的改進,使其耐用程度增加了不少。

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  動圈發電器:動圈發電器的振膜直接固定在靠近磁極的音圈上,隨著音圈的振動而產生電壓,參考圖二。動圈麥克風對公共廣播及職業演奏者來說是相當好的工具,它具有高傳真度、穩定度極佳,很耐用,並且價格合理,這些特性對一般的音效處理及錄音來說都很足夠了。除此之外一支設計良好的動圈麥克風也能忍受音樂師所演奏的高電平聲壓,而且輸出也不致失真。因為以上種種因素使得動圈麥克風在大多數的情況都是最好的選擇。

  電容發電器:電容麥克風的振膜是如同電容器中一片可以移動的電極板,如圖二A,在直流電壓的極化控制下,振膜對固定電極板間的相對位移就產生電壓的輸出。因為電容發電器的輸出阻抗很高,所以必須先經過阻抗轉換器後才輸出。電容麥克風由於具有非常寬的頻率響應,所以通常都使用在錄音室中。對演奏者來說,由於電容麥克風的輸出很高,所以通常會引起輸入過載而造成使用上的不便。

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  現在的電容麥克風其耐用程度已與動圈麥克風差不多,而在頻率響應方面卻勝過動圈麥克風。因為電容發電器的高阻抗,所以需要電源來支持阻抗轉換器,電源可以利用電池或是混音器與電源供應器經麥克風的纜線送至麥克風裡,當然使用後者可以免掉換電池的麻煩。雖然電容麥克風構造比較複雜,但是因為它的種種優點,目前也越來越為人所樂於採用。

收(拾)音範圍(pickup pattern)

   麥克風的拾音範圍是一個三度空間的性質,並且能顯示在不同方向上對聲音的反應。無方向性麥克風能收到各個方向的訊號,單一方向性麥克風會排斥或減少側面或後方的訊號。

無方向性的收音範圍

  無方向性(Omni Directional)麥克風的收音範圍很像是一個吹漲的氣球,而麥克風恰位於球心,如圖三。通常我們都利用圖四中的極座標來表示收音的情況,在極座標的圖形中每一條封閉的曲線代表在一定等音量輸出的聲頻周圍的等衰減線。

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無方向性麥克風的工作原理

  圖五所示的麥克風是一支完全封閉式,所以聲音僅能由前方對振膜施以壓力。無論振膜的方向如何,聲壓對振膜的影響完全相同,所以麥克風的輸出是一個定值,如圖六

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什麼時候用無方向性麥克風

  如果在使用時麥克風與聲源的距離很近,例如六英寸左右,使用無方向性麥克風有以下四點好處:

 1:在合理的價格內,無方向性麥克風比它的對手有較平滑的頻率響應,這點很重要,因為不平滑的頻率響應,容易引起回饋。

 2:無方向性麥克風對呼吸的換氣聲較不敏感。

 3:無方向性麥克風比較能忍受機械的振動。

 4:無方向性麥克風壽命較長。

單方向性麥克風:

  最普遍的單方向性(Unidirectional)麥克風稱為心型麥克風,心臟線(Cardioid)是數學上描述心型曲線的名稱,單方向性麥克風的收音範圍正如心型。單方向性麥克風對側向的訊號略為衰減而對後方的訊號幾乎完全衰減。心型麥克風的收音範圍如圖七的極座標圖形所示。圖八的蘋果正可代表心型麥克風收音範圍的三度空間圖形,而麥克風恰好位於梗上。

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單方向性的工作原理

  心型單方向性麥克風的外殼不是完全封閉的,聲音可以從振膜的後方對振膜施予壓力,聲音可以經由外殼後方一個開口進入麥克風的後方而對振膜施以壓力。圖九是一個簡單的例子,聲源位於後方,因為聲源位於後方,振膜前後受到等量同相的聲壓作用,使得振膜上的合力為零,而沒有輸出。圖十是聲源位於前方,因為到達振膜後方的聲音經過延遲及倒相所以仍然有輸出產生。

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什麼時候用心型麥克風

  由於單方向性麥克風的收音性質,使其適合於較長距離的使用。所以放大器的增益需要提高直到:因為室內反射的關係使回聲逐漸升高,背景噪音變得明顯,回饋開始產生為止。

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  理論上心型麥克風對無方向性麥克風的距離比是1.7:1,亦即如果無方向性麥克風使用的有效距離是10英寸的話,心型麥克風的距離可達17英寸。

  因為心型麥克風能減少回饋,所以都常為專業的演奏者所樂於採用。在一個回饋容易發生的環境裡,心型麥克風可以有較高的電平。這種情形通常在手提的公共廣播系統或是要求高輸出的舞台音響系統,高輸出的聲音直接到達麥克風的側方或後方時發生。通常在這些場合裡喇叭與麥克風間的距離比設計上的距離要近,所以增益的控制必須特別注意以免引起回饋。

兩種截然不同的心型麥克風

  『單距』("Single-D")的心型麥克風會增強低音,一般的心型麥克風的響應曲線會隨距離而變,如圖十二,距離¼英吋時的低頻響應比距離24英吋的低頻響應高出15分貝以上。因為這種麥克風僅後方有一個開口即振膜與後方聲音入口間僅有一點距離,所以稱為單距心型麥克風。

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  多距("Variable-D")麥克風就是因此而產生的,為了減少低音增強的效果,多距麥克風具有多個開口,分別使高、中、低頻訊號經由不同的距離進入麥克風,如圖十三,多距麥克風與單距麥克風的比較請參考圖十四

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  最新的連續變距(continuously variable-D)麥克風則將開口改成一個具有連續窄縫的外殼,而同樣使高、中、低頻經由不同的距離進入麥克風後方,參考圖十五

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  多距及連續變距麥克風對頻率的控制可以利用說話來測試,如果分別對前、中、後的開口說話,聲音則會由清澈變成低沉。

  除了消除低頻的變化外,多距及連續變距麥克風還能消除呼吸聲並且抗振性也提高了。因此連續變距型麥克風可以說是包含了無方向性麥克風的清晰、耐用,及心型麥克風的防回饋等性能。

麥克風的頻率響應

  麥克風的頻率響應可以幫助我們選擇適合的麥克風,例如有逐漸升高響應曲線的麥克風可以增加銅管樂器的明亮度;一支單距心型麥克風在近距離使用下可以將音量薄弱的歌手聲音變的厚重一點;通訊系統的麥克風通常在高頻或是訊號發生時有較高的響應以增加訊號輸送的能力。平坦的頻應如圖十六,那是在理想的空間無噪音的錄音室中得到的正確的結果。

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  對不同的要求選擇合適的響應,如圖十七,適用於低頻的背景噪音較大(如車聲或工廠的聲音)及回聲較強時。

  選擇麥克風時還要注意;麥克風的頻率響應一定要大到足以涵蓋你所需要的範圍,並且不會對聲音有相當的衰減。另外還要指出來的是圖十六、十七的結果都是在較遠的距離下滿足『自由音場』(free-field)條件所得的結果。如果距離減少時頻率響應也會跟著發生改變,圖十八是各種樂器包含人聲的頻率範圍,可以幫助你選擇麥克風。

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麥克風阻抗

  麥克風的阻抗也影響對麥克風的選擇,高阻抗比低阻抗的增益高出約20分貝。但是低阻抗的麥克風可以使用較長的纜線而不致引起高頻衰減,所以如果麥克風的線長超過15至20呎而還希望能保持高頻的清晰度,那麼一定只能用低阻抗的麥克風。由於低阻抗麥克風的用途廣及能與大多數的機器匹配,所以已成為工業的標準。

如何選擇正確的麥可風

  在了解麥克風的工作方式並參考聲音的頻率範圍及收音範圍,以及阻抗和近距離的影響後,你就能選擇適當的麥克風。下表示一個引導式的表,只要你依序回答每一部分的問題,他能幫助你很快地決定麥可風的選擇。

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幾點重點

  以下是幾點裝設麥可風的要點,相信能幫助有興趣使用麥克風的人。

  動圈麥克風的阻抗匹配:一般來說,高阻抗的麥克風只適用於高阻抗的輸入,若與低阻抗的輸入匹配則會引起低頻嚴重的衰減,同樣的低阻抗麥克風也只適用於低阻抗輸入;但是只要有足夠的增益足夠的輸出時,仍然可以使用在高阻抗的輸入。這種方法也可以用來防止輸入過載,因為低阻抗麥克風對高阻抗輸入及低阻抗輸入間的電壓差20分貝。

麥克風與混音器輸入的聯接

  高阻抗纜線:高阻抗纜線是利用一層導體作為屏障,如圖二十。動圈麥克風音圈的輸出是利用內層的導線及外層的屏蔽來輸送,外層的屏蔽還可以做為地線以消除哼聲。線的外層屏蔽同時輸送訊號及作為接地,所以又稱為不平衡式的輸入。

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  低阻抗纜線:低阻抗纜線本身就有兩條內導體及外層的屏蔽,麥克風的訊號由內層導體輸送,外層的屏蔽僅作外阻絕哼聲及雜音之用,這種又稱之為平衡式輸入,因為麥克風的訊號都不接地。平衡式對哼聲及雜音的阻絕比不平衡式要好,低阻抗麥克風混音器的輸入有三個接頭:兩個接訊號線,屏蔽則接地。

  某些機器對低阻抗麥克風的輸入亦僅有兩個接點,形成不平衡式的輸入,遇到這種情形,在使用前要先將麥克風的一條內導線先接地。

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如何避免數個麥克風之間的干擾

  兩支麥克風通時使用時,只要兩支麥克風間的距離及麥克風及聲源間的距離比為3:1時,就可以避免干擾的情形發生,如圖二十二所示,在舞台表演時,這個比例通常法保持而使得整體的結果顯得很差。

 

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  圖二十四、二十五、二十六分別是一些適當與不適當架設的例子,只要遵循圖上的規則一定能得到理想的結果。如果是使用心型麥克風,那麼3:1的比例可以縮小一點如圖二十三

轉載音響技術第88期APR. 1983 麥克風的選擇及使用/王超羣 譯

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