壓差式傳聲器

壓差式傳聲器也稱壓里梯度式傳聲器。如上圖左圖所示，壓差式傳聲器振膜后面不封閉，振膜前后的兩個(gè)表面都接受聲波。由于聲波到達(dá)兩表面的路程不同（聲波從90°和270°入射時(shí)除外），所以時(shí)間也不同，因而相位也不同。就是這些不同，在振膜上產(chǎn)生瞬間的聲壓差。故稱壓差式傳聲器。很顯然，從振膜前面（0°）和后面（180°）入射的聲波產(chǎn)生最大的聲壓差，此時(shí)傳聲器具有最大的靈敏度。當(dāng)聲波從振膜側(cè)面（90°、270°）入射時(shí)，聲波到達(dá)振膜前后的距離相等，沒有聲程差，也就沒有聲壓差，傳聲器也就沒有輸出，即此時(shí)靈敏度為0。壓差式傳聲器依聲源入射角度變化的規(guī)律用下述公式表示：
S=S0 cosθ                      [/i]      公式1-1
式中：S表示隨聲波入射角度而改變的傳聲器靈敏度
S0表示聲波0°入射時(shí)的靈敏度（θ[/i]= 0時(shí)一般取常數(shù)1）
θ[/i]表示聲波入射角度
若將用上述公式計(jì)算聲波從0°到360°的壓差式傳聲器輸出靈敏度用極坐標(biāo)表示就會(huì)得到一個(gè)類似8字形（上圖右圖）的圖形。所以，壓差式傳聲器也稱8字形傳聲器，因其輸出特性是按照余弦曲線變化的，故也稱為余弦傳聲器。
因?yàn)樵趥髀暺髡衲?0°軸線上方（上圖左圖）和下方（上圖右圖）聲波入射的方向相反，所以，壓差式傳聲器指向性圖形是180°反向的。聲波從90°軸線上方入射為正；聲波從90°軸線下方入射為負(fù)。
壓強(qiáng)式傳聲器與壓差式傳聲器的組合
有時(shí)為了抑制來自側(cè)面和背面聲音的影響，拾音時(shí)往往只需要拾取傳聲器正面的聲音，因而出現(xiàn)了單指向特性傳聲器。將一個(gè)全方向特性和一個(gè)8字形指向特性傳聲器靠近放置，并將兩者的輸出電壓串聯(lián)，就形成了一個(gè)心傳聲器，這是最原始的設(shè)計(jì)理念�，F(xiàn)在生產(chǎn)的大部分單指向特性傳聲器的指向特性是用“電”的方法得到的。
下壓強(qiáng)式傳聲器與壓差式傳聲器的組合結(jié)構(gòu)，以這種結(jié)構(gòu)得到單指向特性傳聲器。這種結(jié)構(gòu)也稱為“復(fù)合結(jié)構(gòu)”，稱這種傳聲器的聲驅(qū)動(dòng)力方式為“復(fù)合式”。其原理是利用一個(gè)壓差式傳聲器，使饋送到振膜背面的聲波經(jīng)過一個(gè)聲延遲元件，便得到心形指向圖形。它的工作原理如下：
將8字形傳聲器裝入一個(gè)聲延遲元件，聲延遲元件的長度為l，使聲波到達(dá)振膜前后出現(xiàn)聲程差，亦產(chǎn)生時(shí)間差，也產(chǎn)生了聲壓差，聲壓差的強(qiáng)度取決于聲程差的大小。下面分析一下聲波在不同入射角度時(shí)，傳聲器電壓輸出情況。
當(dāng)聲波入射角度為0°時(shí)，聲波到達(dá)振膜后面比到達(dá)前面多了兩倍的L，產(chǎn)生的壓差驅(qū)動(dòng)振膜振動(dòng)，由于此時(shí)產(chǎn)生的時(shí)間差最大，傳聲器輸出的電壓也最大。
當(dāng)聲波入射角度為180°時(shí)，聲波到達(dá)振膜后不存在聲程差，到達(dá)的時(shí)間一致，振膜便不振動(dòng)，傳聲器沒有電壓輸出。
當(dāng)聲波入射角為90°時(shí)，聲波的路程差為L，振膜振動(dòng)，但傳聲器電壓輸出小于0°方向，大于180°方向，為二者的中間值。
若將這一情形用圖形表示便會(huì)更加清楚。
實(shí)際上，壓差傳聲器加上聲學(xué)延遲元件后，相當(dāng)于一個(gè)壓差元件（8字形）和一個(gè)壓強(qiáng)元件（全方向）特性相加。這兩個(gè)元件再90°軸線以上是同向的，因而輸出相加；而再90°軸線以下是反向的，因而輸出相互抵消。
當(dāng)聲音從傳聲器0°入射時(shí)，兩單元正向疊加，得到二倍的靈敏度。
當(dāng)聲音從傳聲器180°入射時(shí)，兩單元反向疊加，互相抵消，靈敏度為0。
當(dāng)聲音從傳聲器90°或270°入射時(shí)，壓差單元靈敏度為0，壓強(qiáng)單元保持原來的靈敏度，兩者疊加是聲波0°入射靈敏度的一半。
若將這兩個(gè)單元的指向性圖形逐角疊加，即得到一個(gè)完整的類似心型的圖形，我們稱這一圖形為心型指向性圖形。心型指向性圖形表明傳聲器對來自不同方向聲音具有不同靈敏度的特性，這個(gè)圖形即心型指向性傳聲器的極坐標(biāo)圖。
傳聲器多種指向圖形的形成和傳聲器指向性系數(shù)
只要改變?nèi)较蛑赶蛱匦蕴卣髋c8字形指向特性的比例成分，即可演變出多種指向性圖形。利用這個(gè)原理，我們可以設(shè)計(jì)和生產(chǎn)出各種指向特性的傳聲器。由于電容傳聲器可以借助電路手段很容易地改變?nèi)较蚺c8字形疊加的比例，因而可以設(shè)計(jì)和生產(chǎn)出在全方向—心形—8字形之間連續(xù)進(jìn)行調(diào)整的，具有多種指向特性的電容傳聲器。
下面分析一下五種典型指向圖形（全方向扁圓形 心形 銳心形 8字形）形成的原理
第一個(gè)指向性最大，是個(gè)“純粹”的圓形，不含有8字形成分，表示該指向性圖形是全方向指向特性。后面的指向性圖形圓形越來越小，也就是說，全方向指向特性的成分越來越小。直到“純粹”的8字形，完全不含有全方向指向特性成分。上圖中字母 A 表示該指向性圖形所含圓形部分的含量。字母B 表示該指向性圖形所含8字形部分含量。
在實(shí)際設(shè)計(jì)和生產(chǎn)中，由于種種原因與理想圖形總是有一些誤差，尤其傳聲器輸出為0的那一點(diǎn)僅具有理論意義，在實(shí)際中是無法實(shí)現(xiàn)的。他圖中除了圓形和扁圓形的其他圖形都有一條虛線，表示在該角度傳聲器的靈敏度（在理論上）為0，可以理解成在該點(diǎn)傳聲器沒有輸出。這一點(diǎn)對我們正確使用傳聲器是很重要的。
比較心形、銳心形和超心形可以看出，如果要抑制背面的聲音，心形的效果最好。但心形傳聲器對側(cè)面（90°、270°）仍有正向（0°）一般的靈敏度，所以不能很好的抑制側(cè)面的聲音。而銳心形和超心形對側(cè)面聲波的抑制能力要強(qiáng)的多。銳心形對側(cè)面聲音抑制的最多，它可將正前方講話或演唱演奏的聲音從較強(qiáng)的室內(nèi)混響聲中或環(huán)境噪聲中分離出來。但它在180°入射的聲音靈敏度較高，也可以說銳心形是不對稱的8字形。
需要說明的是，我們在繪制傳聲器指向圖形時(shí)一般用二維的平面圖，而實(shí)際的傳聲器指向性是三維的、立體的。
不同指向性傳聲器的應(yīng)用比較
對傳聲器指向性的選擇要根據(jù)所錄制節(jié)目的具體情況來決定.在相同拾音距離處拾音,無指向性(既全指向性)傳聲器較指向性傳聲器能拾取到更多的空間環(huán)境聲.那么,為了得到相同的混響感,指向性傳聲器需比無指向性離開聲源的距離更遠(yuǎn).傳聲器指向性的距離系數(shù)給出了這種距離之間的比例關(guān)系,它的定義是,要獲得等同于無指向性傳聲器單位距離內(nèi)的直達(dá)聲與混響聲之比時(shí),指向性傳聲器應(yīng)離聲源的距離.傳聲器指向性越強(qiáng),其距離系數(shù)就越大.在無指向性傳聲器的距離為單位1時(shí),8字形,心形,超心形指向性傳聲器距離系數(shù)分別為1.73 1.73和2.對于拋物面集音器,這個(gè)系數(shù)大于3.
根據(jù)以上特征可知,如果不同樂器之間的融合效果,可以選用無指向性傳聲器.如果要減少空間感,避免空間造成的聲音渾濁或因空間聲學(xué)缺陷帶來的聲染色,強(qiáng)調(diào)獲得清晰,干凈的聲音,或者在同一個(gè)空間拾音時(shí)為了減少其他樂器的串音,可以選用指向性傳聲器,這種選擇還應(yīng)與拾音距離相協(xié)調(diào),遠(yuǎn)距離拾音有利于拾取到一件樂器或一個(gè)樂隊(duì)的整體效果,在合適的位置上可以獲得自然的平衡,還可以更好地年個(gè)出拾音現(xiàn)場的聲學(xué)環(huán)境,讓直達(dá)聲與反射聲充分混合,但同時(shí)也會(huì)更多地反映出拾音現(xiàn)場可能存在的聲學(xué)缺陷,設(shè)置的位置不合適還可能使混響過多,聲音渾濁不清晰.近距離拾音可以有效地排除環(huán)境聲,減少空間感,還能更好地體現(xiàn)出樂器的質(zhì)感,獲得清晰干凈的聲音,但距離過近有可能過分強(qiáng)調(diào)樂器的某種特色,或者是某個(gè)音區(qū),從而失去了整體的平衡.在實(shí)際運(yùn)用中往往將全指向性傳聲器與指向性傳聲器,遠(yuǎn)距離拾音與近距離拾音結(jié)合起來使用.
4.按照使用功能分類
無線傳聲器(wireless microphone 或 radio microphone)
無線傳聲器是將換能后的聲頻信號調(diào)制一個(gè)載波后,由天線輻射給附近接收機(jī)的傳聲器.由于擺脫了傳聲器電纜的限制,無線傳聲器的使用非常靈活,尤其對于移動(dòng)聲源的拾取可以保持年的一致性,給舞臺(tái)表演錄音或電視外景錄音帶來很大方便.
無線傳聲都使用米波和分米波波段,采用調(diào)頻制,具有抗干擾能力強(qiáng),頻率特性寬,失真度和噪聲小,發(fā)射機(jī)效率高等優(yōu)點(diǎn).無線傳聲器調(diào)頻由兩種方式,一種是由電容傳聲器直接調(diào)頻,一種是將電容傳聲器轉(zhuǎn)換的電信號對一個(gè)載波調(diào)頻.前一種方式是將電容傳聲器的電容量C與線圈自感量L做成諧振電路,使其中流有8～10MHz頻率電流.電容傳聲器的可動(dòng)膜片受聲波振動(dòng)后,電容量發(fā)生變化,使諧振頻率發(fā)生相應(yīng)改變,諧振電路的電流值也會(huì)隨著改變,從而形成調(diào)頻.其原理如下圖所示,
采用這種方式的電容傳聲器稱為射頻方式電容傳聲器,它與直流方式電容傳聲器相比,具有可將信噪比提高20dB的優(yōu)點(diǎn),但當(dāng)聲源聲壓級很高時(shí),會(huì)超出諧振曲線,產(chǎn)生失真,使工作不穩(wěn)定.該方式電路簡單,元件少,有利于縮小體積,減輕重量.后一種方式則電路復(fù)雜一些。
無線傳聲器的工作頻率低容易受到民用通訊和調(diào)頻廣播的干擾，工作頻段高其技術(shù)指標(biāo)，可靠性和拾音精確度也高，但價(jià)格較貴。今天，大多數(shù)無線傳聲器工作甚高頻（VHF）的中間頻段和超高頻（UHF）的較低頻段（例如150～216ΩMHz,400～470MHz,900～950 MHz）上，如SONY公司的SKM500手持式傳聲器工作在792～806 MHz的超高頻范圍，SENNHERSER公司的SKM5000手持式無線傳聲器工作在450 ～960 MHz的高頻范圍，SKM1032提供6個(gè)可選擇頻率。接收機(jī)的頻率范圍與傳聲器相對的，如SENNHERSER公司的EM2004接收機(jī)工作于450～960 MHz的超高頻范圍內(nèi)，其對應(yīng)用于傳聲器也有16個(gè)可選擇頻率。在多通路接收系統(tǒng)中，工作頻率內(nèi)可選擇的頻率數(shù)目要多得多，如SENNHERSER公司的EM1046多通路接收系統(tǒng)的美個(gè)模塊在450～960 MHz的工作頻段內(nèi)可選擇多達(dá)4800個(gè)不同的頻率點(diǎn)，因而可將大量模塊連接使用。大多數(shù)無線傳聲器是通過旋鈕來選擇頻點(diǎn)的，這些旋鈕在選擇之后應(yīng)予固定，以防止誤操作。
合成鎖相環(huán)技術(shù)（PLL）的運(yùn)用保證了信號的穩(wěn)定性，并使多通道頻率能夠同時(shí)工作而互不干擾。這種技術(shù)依賴于最基本的晶體設(shè)計(jì)從而產(chǎn)生相應(yīng)的射頻頻率，以提供高度的頻率穩(wěn)定性，低頻噪聲，