對于某個特定應(yīng)用來說，什么類型的傳聲器最合適？我們應(yīng)該選擇電容傳聲器還是動圈傳聲器，是選擇全指向還是心型指向傳聲器，選擇頻響曲線平坦的還是擁有特定頻響特性的？本文將會探討各種類型話筒的優(yōu)點和缺點，并將這些優(yōu)/缺點與各種類型的應(yīng)用場景關(guān)聯(lián)起來，通過了解這些方面的只是能夠幫助您正確的選擇傳聲器。
理想狀態(tài)下，應(yīng)該會有一只適用于所有應(yīng)用場合的通用傳聲器。但實際上并沒有這么一種傳聲器，因為每一個應(yīng)用場合都有不同的使用需求。理想當(dāng)中的功率放大器或揚聲器擁有線性傳輸特性，與之不同的是傳聲器的頻響特性通常是專門為了某些特定類型的應(yīng)用進行優(yōu)化的。
例如，一個古典音樂錄音工程師為了精確地復(fù)制音色，需要的是一個頻響特性平坦的傳聲器。但是，一個流行音樂制作人可能想要的是一個高頻部分被提升的傳聲器來獲取較高的響度。
對于古典音樂錄音工程師來說，41 Hz的信號是音樂；而對于語音廣播工程師來說，這個頻段的聲音是噪音。因此，用于古典音樂錄音的傳聲器擁有良好的低頻響應(yīng)特性，而用于語言信號拾取的傳聲器則在低頻段采用了滾降設(shè)計。
與之相近的是，舞臺上的歌手通常喜歡使用可以提升低頻（近講效應(yīng)）的傳聲器使聲音聽起來更溫暖、更有力度。而具有同樣特性的傳聲器在錄音室使用又未經(jīng)均衡處理的話，則會使樂器的聲音聽起來渾濁。
此外，根據(jù)不同的應(yīng)用需求還存在著多種不同類型的傳聲器指向特性設(shè)計。全指向傳聲器 – 拾取所有方向上的聲音，適用于拾取演奏廳的混響聲。相對于全指向傳聲器來說，單一指向傳聲器拾取的混響聲和聲泄露較少，適用于當(dāng)外部噪音對聲音拾取質(zhì)量造成影響的場合，譬如現(xiàn)場錄音。
這些設(shè)計上的變化使得傳聲器布局的設(shè)計和使用都變得非常有趣。
每一只傳聲器都需要具備的特性
我們剛剛談到的是對不同頻響特性和指向特性的傳聲器的需求。但是，所有傳聲器都需要具備以下共性：
低本底噪聲
高動態(tài)（能夠在不失真的前提下承受高聲壓）
較好抗射頻干擾能力
較低的機械噪聲（手持時的摩擦）
較低的風(fēng)噪和pop噪聲（爆發(fā)性的呼吸聲）
最小化偏軸聲染色（在軸向和偏軸方向的頻響特性保持一致）
高靈敏度
這些特性對于獲取清晰地聲音來說是必要條件：無噪聲、無失真、在偏軸方向無聲染色。其他一些特性需求，例如：
體積小（某些時候）
強指向性（某些時候）
堅固耐用
低成本
不幸的是，我們不可能把所有上述需求集中在一個傳聲器內(nèi)，因為這些特性需求之間存在沖突。譬如，如果使用較大的隔柵網(wǎng)罩來消除pop噪聲的話，那么傳聲器的整體尺寸就會變得太大；如果通過加入內(nèi)置衰減電路來提高動態(tài)余量的話，那么信噪比會被降低。
總的來說，每一個設(shè)計上的決定都是出于折衷考慮。在某一個方面的特性獲得提升意味著在另一個方面的特性受到限制。
本文的目的是描述這些設(shè)計上的折衷，使傳聲器用戶能夠更好的理解哪些特性在給定使用場景當(dāng)中更為重要。通過了解設(shè)計上的折衷，我們能夠更明智的選擇適當(dāng)?shù)膫髀暺鳌?/P>
傳聲器設(shè)計上的折衷
傳聲器類型概覽
首先，讓我們來了解一下不同類型的傳聲器如何將聲音轉(zhuǎn)換為電信號。應(yīng)用于專業(yè)領(lǐng)域的傳聲器依據(jù)它們的工作原理可分為兩種類型：動圈或電容傳聲器。在動圈傳聲器當(dāng)中，通過一個可移動的導(dǎo)體切割磁力線來產(chǎn)生電信號。動圈傳聲器又分為動線圈傳聲器和帶式傳聲器兩種。
動線圈傳聲器（通常被稱為動圈傳聲器）如Fig 1所示。一個與振膜連接的線圈懸掛在磁場內(nèi)。當(dāng)聲波使振膜震動時，線圈也會在磁場內(nèi)震動從而產(chǎn)生與輸入聲波相近的電信號。
帶式傳聲器如Fig 2所示，一塊非常薄的金屬箔片或帶狀金屬片懸掛在磁場當(dāng)中。聲波使懸掛在磁場內(nèi)的金屬片產(chǎn)生震動，并由此產(chǎn)生電信號。
電容傳聲器如Fig 3所示，一塊可以導(dǎo)電的振膜和一塊金屬板（背面電極）分別與電容的兩極相連。聲波使振膜震動的時候改變了振膜與金屬背板之間的體積，這種變化改變了電容量并由此產(chǎn)生于輸入聲波相近似的電信號。
振膜與金屬背板可以通過外接設(shè)備或通過內(nèi)嵌于振膜或金屬背板的永極體供電。
如何在電容、帶式和動圈傳聲器之間選擇
物理結(jié)構(gòu)的差異使這三種類型傳聲器形成了不同的性能特性。
當(dāng)你有以下使用需求時，較好的選擇是電容傳聲器：
極佳的瞬態(tài)響應(yīng)（例如，用于打擊樂器、大镲、原聲樂器和大編制合奏的聲音拾取等）
高靈敏度（用于對原生音量較小的聲源進行遠距離拾取）
工作頻段較寬，頻響曲線平滑（適用于大多數(shù)要求忠實重現(xiàn)聲源自然音質(zhì)的工作室）
較小的體積（領(lǐng)夾式傳聲器或界面?zhèn)髀暺鳎?/P>
當(dāng)你有以下使用需求時，較好的選擇是動圈傳聲器：
較慢的瞬態(tài)響應(yīng)（對過多細節(jié)實現(xiàn)衰減，例如對木管樂器或銅管樂器近距離拾音）
較低的價格（通常來說，動圈傳聲器價格低于電容傳聲器）
堅固耐用
承受高聲壓的能力（例如，用于電吉他音箱或鼓組的拾音）
低本底噪聲
受溫度和濕度的影響較小
更高的可靠性（不需要供電）
當(dāng)你有以下使用需求時，較好的選擇是帶式傳聲器：
溫暖、平滑的聲音（例如，在對銅管樂器近距離拾音時可以使聲音聽起來沒那么“尖銳”）
需要注意的是，上述不同類型傳聲器的性能屬性是總體趨勢。譬如，有一些動圈傳聲器同樣具備平滑的頻響特性或高靈敏度特性，有些電容傳聲器則具備較好的動態(tài)余量并且堅固耐用。上面描述的傳聲器選擇是基于各類型傳聲器的共性提出的。
不同類型換能器的頻響特性
在下面的圖表當(dāng)中，最左側(cè)一欄顯示的分別是四種換能器與頻率相對應(yīng)的振膜速率（實線）或與頻率對應(yīng)的振膜位移（虛線）。
中間一欄顯示的分別是壓力階差（在振膜前端和后端的聲波壓力差）對振膜震動的關(guān)系。對于全指向傳聲器來說，振膜的后端是密封的外殼，因此壓差與頻率之間的關(guān)系是恒定的。對于單指向或雙指向（壓力階差）傳聲器來說，振膜的后端會受到聲波的影響，并且與到達振膜前端的聲波之間存在時間差，因此壓差隨著頻率的提高而增加。
右側(cè)一欄顯示的是振膜速率和壓力階差相加之后的結(jié)果（動圈傳聲器）或振膜位移與壓力階差相加之后的結(jié)果（電容傳聲器）。相加之后的結(jié)果就是傳聲器的振幅/頻率響應(yīng)特性。
圖A所示為全指向動圈（全指向動線圈）換能器。這個類型的換能器對中頻共振存在阻尼，因此振膜速率與頻率變化之間的關(guān)系保持了相對恒定。輸出電壓與振膜速率整成比。振膜正反兩端的壓力階差與頻率變化之間也處于恒定狀態(tài)，這是因為振膜的后端位于密封空間內(nèi)。因此，這一類型的傳聲器在大部分音頻信號頻率范圍內(nèi)都能夠保持平坦的響應(yīng)特性。
圖A
圖B所示為全指向電容換能器。這個類型的換能器對高頻部分的共振存在阻尼。振膜的速率每倍頻程提升6 dB，因此振膜位移幅度與頻率變化之間的關(guān)系保持恒定。輸出電壓與振膜位移幅度成正比。壓力階差與頻率變化之間的關(guān)系保持恒定，因此在大部分音頻信號頻率范圍內(nèi)保持平坦的頻率響應(yīng)特性。
圖B
圖C所示為單一指向的動圈換能器。這一類型的換能器對于低頻共振存在阻尼，其振膜速率在大部分頻率范圍內(nèi)都保持了每倍頻程下降6 dB的趨勢。輸出電壓與振膜速率成正比。但是，由于壓力階差在中高頻段出現(xiàn)每倍頻程提升6 dB的現(xiàn)象，因此在大部分音頻信號頻率范圍內(nèi)仍然保持了平坦的頻率響應(yīng)特性。
圖C
圖D所示為單一指向電容換能器。這一類型的換能器對于中頻共振存在阻尼。其振膜速率與頻率變化之間的關(guān)系保持恒定，振膜位移則在大部分頻率范圍內(nèi)保持每倍頻程下降6 dB的趨勢。輸出電壓與振膜位移成正比。但由于壓力階差在大部分頻率范圍都保持每倍頻程提升6 dB的趨勢，因此仍然能夠獲得平坦的頻率響應(yīng)特性。
圖D
各類傳聲器優(yōu)點和缺點
讓我們從幾個方面來對傳聲器的性能進行檢測，看一下不同類型的傳聲器在每個受測方面的有點和缺點。
瞬態(tài)響應(yīng) – 由于電容傳聲器的振膜質(zhì)量較小并且阻尼較高，因此對于變化速度較快的聲源來說它們的響應(yīng)速度比動圈傳聲器更快（瞬態(tài)）。使用性能出色的電容傳聲器時，我們可以聽到敲擊镲片時的“砰”聲或者彈奏吉他和弦時撥弦的聲音。電容傳聲器能夠提供清晰、細節(jié)豐富的聲音，使得它們非常適合用于镲片、軍鼓、原聲樂器和人聲錄音等用途。
通常來說，動圈傳聲器的瞬態(tài)響應(yīng)弱于電容傳聲器。因此，動圈傳聲器可以用于需要對細節(jié)過于豐富的聲音進行“軟化”的應(yīng)用場合。
頻率響應(yīng) – 由于換能器結(jié)構(gòu)設(shè)計相對來說較為簡單，電容傳聲器通常來說能夠提供更為平滑的頻率響應(yīng)特性。同樣，由于結(jié)構(gòu)較為簡單，帶式傳聲器的無峰值頻響特性使其廣受贊譽。此外，帶式傳聲器的金屬箔片振膜被設(shè)計為波紋型以降低破損的幾率。
與之相反，除了一些品質(zhì)非常出色的動圈傳聲器之外，一般來說動圈傳聲器的頻響特性沒有電容傳聲器或帶式傳聲器那么平坦。動圈傳聲器的換能器結(jié)構(gòu)中包含一個可與振膜活塞機構(gòu)脫離的線圈，或者說可以前后運動的線圈。這個結(jié)構(gòu)特性使得動圈傳聲器的頻率響應(yīng)特性存在峰值的限制。此外，由于線圈在聲學(xué)上將振膜機構(gòu)分割為兩個聲腔，從而與磁隙慣量產(chǎn)生共振并導(dǎo)致頻率響應(yīng)異常。電容傳聲器和帶式傳聲器的振膜同樣為可分離結(jié)構(gòu)，但通常來說對頻率響應(yīng)的影響程度較低。
由于振膜質(zhì)量較小，因此電容傳聲器通常能夠提供比帶式或動圈傳聲器更出色的高頻響應(yīng)特性。盡管帶式傳聲器的振膜質(zhì)量也較小，但由于振膜前端和后端之間的聲學(xué)相位干涉作用會導(dǎo)致在高頻區(qū)域形成抵消。這是由于高頻部分的波長很短，在帶式振膜兩側(cè)的信號有可能會形成極性相反，因此會產(chǎn)生聲學(xué)抵消現(xiàn)象。由于結(jié)構(gòu)設(shè)計的原因，這個問題在電容或動圈傳聲器當(dāng)中并不會出現(xiàn)。在振膜后方的高頻能量或被傳聲器外殼衰減（全指向傳聲器），或被聲學(xué)相位偏移網(wǎng)絡(luò)消除（單一指向傳聲器）。
動圈傳聲器的高頻響應(yīng)特性可以通過設(shè)置在振膜前方的Helmholz諧振器實現(xiàn)擴展。Helmholz諧振器是擁有1個或多個聲波入口的小尺寸氣室，在高頻部分產(chǎn)生的諧振能夠改善動圈傳聲器的高頻響應(yīng)表現(xiàn)。但是，這個設(shè)計仍然有一定的局限性，在高于諧振器共振點的頻段會出現(xiàn)衰減以及更高程度的相位偏移。Helmholz諧振器也經(jīng)常應(yīng)用于電容傳聲器設(shè)計當(dāng)中，但通常來說所需的高頻能量提升會小于動圈傳聲器。
靈敏度 – 一般來說，電容傳聲器的靈敏度最高，其次是動圈傳聲器，而帶式傳聲器的靈敏度最低。以下是這三種類型傳聲器較為典型的開路靈敏度參數(shù)：
電容傳聲器：-65 dBV（5.6 mV/Pa）
動圈傳聲器：-75 dBV（1.8 mV/Pa）
帶式傳聲器：-80 dBV（1 mV/Pa）
電容傳聲器的靈敏度高于動圈傳聲器的原因是，電容傳聲器的換能器設(shè)計效率更高，并且內(nèi)置了相應(yīng)的前置放大器使其能夠獲得更高的增益。
電容傳聲器的輸出電壓可通過一下公式計算得出：
其中：
V = 通過電容器的電壓
△V = 電壓變量或輸出信號電壓
C = 振膜和背面電極之間的電容量，單位為法拉
△C = 由于振膜移動使電容的兩極距離減少或增加，由此產(chǎn)生的電容量變化
電壓越高，靈敏度越高。但是過高的電壓會導(dǎo)致振膜由于靜電斥力的原因被吸附在背面電極上，阻礙振膜的震動。
電容量變化越大，電壓變化越大（也就是說，輸出信號電壓越大）。振膜的面積越大或振膜與背面電極之間的距離越小，電容量的變化越大。不幸的是，大尺寸振膜由于衍射等因素影響，容易在偏軸方向產(chǎn)生聲染色；而降低振膜與背面電極之間的距離非常困難并且造價昂貴，需要在組裝過程中非常小心的避免微塵顆粒進入振膜和背面電極之間的空腔。因此，傳聲器制造廠商必須找尋一個適當(dāng)?shù)恼壑越鉀Q方案。
為了獲取足夠的靈敏度，動圈傳聲器同樣需要從設(shè)計上尋找一個這種解決方案。動圈傳聲器的輸出電壓公式如下：
其中：
e = 輸出電壓（感應(yīng)電動勢）
B = 磁通密度，單位為特斯拉
l = 導(dǎo)體長度，單位為米
v = 運動速度，單位為米/秒
磁通密度越高，線圈的匝數(shù)越多，輸出電壓越高。但是，尺寸過大的磁體可能會在聲學(xué)上影響頻率響應(yīng)特性，同時也會增加傳聲器的尺寸和重量。同樣，線圈的匝數(shù)過多會增加動圈機構(gòu)的質(zhì)量，導(dǎo)致傳聲器對高頻響應(yīng)的劣化。如果通過縮小磁隙來獲取更高的磁通密度的話，很難確保線圈不會與磁極產(chǎn)生摩擦。值得一提的是，例如釤鈷磁鐵等新型磁體材料能夠以較小的體積產(chǎn)生較高的磁通密度。
帶式傳聲器的靈敏度低于動圈傳聲器的原因是，帶式傳聲器只有1個低阻抗導(dǎo)體（帶狀金屬箔片）來產(chǎn)生電信號，需要大尺寸磁體和升壓器來提升輸出電壓。此外，帶狀金屬箔片依靠振膜正反兩側(cè)的壓差（壓力階差）驅(qū)動，這種壓差對于雙指向性的帶式傳聲器設(shè)計來說甚至小于單一指向設(shè)計的動圈傳聲器。
尺寸 – 與動圈傳聲器相比，電容傳聲器的體積可以小很多。動圈傳聲器需要一定體積的磁體和音圈才能夠提供足夠的輸出電壓，但即使振膜面積小于1cm2的電容傳聲器也能夠提供足夠的輸出電壓。
最大聲壓級 – 一個設(shè)計良好的動圈傳聲器可以承受非常大的聲壓而不會在輸出端產(chǎn)生過多的失真。即使是非常高的聲壓也只會使振膜產(chǎn)生輕微的震動。但是電容傳聲器所使用的電器元件很容易由于換能器產(chǎn)生的電信號導(dǎo)致過載。如果在換能器和電器元件之間插入衰減器來避免過載的話（譬如，用來增加最大聲壓級承受能力），那么信噪比也會相應(yīng)下降。如果傳聲器電器元件的動態(tài)余量采用最大化設(shè)計時，通常來說需要付出的代價就是消耗更多的電流和更高的本底噪聲。換能器制造商必須對所有這些影響因素進行綜合考慮，并根據(jù)實際應(yīng)用需求來決定適合的設(shè)計方案。
本底噪聲 – 由于沒有需要外部供電的元器件，動圈傳聲器的本底噪聲與電容傳聲器相比非常低。動圈傳聲器產(chǎn)生的開路噪聲電壓可通過一下公式計算：
其中：
E = 噪聲信號電壓，單位為伏特
k = 波茲曼常數(shù)（1.38 x 10-23 J/K）
R = 傳聲器的內(nèi)阻，單位為歐姆
T = 溫度，單位為開爾文
ΔF = 頻率帶寬，單位為赫茲
傳聲器輸出阻抗（在一個特定頻率的電阻，于傳聲器連接終端測量所得）越高，它的本底噪聲越大。本底噪聲可通過以下等式計算：
其中：
Vn = 噪聲信號電壓，單位為dBV
S = 傳聲器靈敏度，單位為dBV/μbar
例如，如果一個噪聲信號電壓為-133 dBV、靈敏度為-75 dBV/μbar的傳聲器，其本底噪聲為16 dB SPL。這項數(shù)值是根據(jù)無計權(quán)測量結(jié)果進行計算的。如需要A計權(quán)參數(shù)則需要通過模擬人耳頻響曲線的計權(quán)網(wǎng)絡(luò)進行測量（在低于1 kHz以下的頻率進行滾降處理）。根據(jù)A計權(quán)測量結(jié)果計算所的數(shù)值相對來說更接近人耳的聽感。
一支本底噪聲極低的電容傳聲器指標(biāo)為14 dBA。如果一支電容傳聲器的本底噪聲指標(biāo)低于20 dBA的話，通常被認(rèn)為是非常出色；如低于30 dBA，通常被認(rèn)為是性能良好的電容傳聲器。
供電系統(tǒng)需求 – 電容傳聲器需要外接電源供應(yīng)系統(tǒng)才能夠工作，譬如電池或
外置的幻像電源系統(tǒng)�；孟耠娫词峭ㄟ^傳聲器連接器的pin 2和pin 3來傳輸?shù)?2 – 48 V直流電。傳聲器使用相同的兩條導(dǎo)線接受幻像供電和發(fā)送音頻信號。很多調(diào)音臺都支持通過它們的信號輸入接口為傳聲器提供幻像電源，用戶只需要將傳聲器與調(diào)音臺的輸入端口連接就可以獲取幻像電源。
與之相反，動圈傳聲器不需要任何供電系統(tǒng)就可以工作，因此可靠性更加高。
兼顧與耐用 – 一支設(shè)計良好的動圈傳聲器通常來說都非常耐用，并且可以在一定程度的惡劣使用條件下保持性能完好。一些現(xiàn)代的電容傳聲器也具備相同的耐用性，盡管它們復(fù)雜的電氣組件可能看起來很脆弱。反之，帶式振膜則非常脆弱，大風(fēng)或惡劣的使用習(xí)慣都有可能導(dǎo)致振膜變形。
高溫和高濕度都有可能導(dǎo)致駐極體損壞，但對動圈換能器來說則影響不大。過高的濕度會導(dǎo)致電容傳聲器的振膜與背面電極之間的狹小空間充滿水汽，從而導(dǎo)致?lián)Q能器失效。對于動圈換能器來說，線圈和磁體之間的空隙較大，因此在高濕度環(huán)境下受到的影響較小。
指向特性
不同類型的指向特性（有指向的拾取模式）同樣有各自的優(yōu)勢和缺點。在進行進一步探討之前，讓我們來回顧一下常見的傳聲器指向特性。
指向特性概覽
全指向傳聲器對從所有方向傳來的聲音具備相同的靈敏度；單一指向傳聲器則只對從一個方向傳來的聲音靈敏度最高（從傳聲器前方傳來的聲音，而對從側(cè)面或后方傳來的聲音靈敏度較低）；雙指向傳聲器對于從兩個方向傳來的聲音靈敏度最高 – 前方和后方，但會對從側(cè)方傳來的聲音進行衰減。圖4所示為不同類型的傳聲器指向特性。
圖4
單一指向器可以細分為3個子類型：心型、超心型和混合心型指向。心型指向傳聲器對前方較寬角度范圍內(nèi)的聲音靈敏度較高，在側(cè)面的靈敏度衰減幅度為6 dB，后方的靈敏度衰減幅度為15 – 25 dB。超心型指向傳聲器對側(cè)向聲波的衰減為8.7 dB，并在軸向125度區(qū)域出現(xiàn)兩個零拾取區(qū)域�；旌闲男椭赶騻髀暺鲗�(cè)向聲波的衰減為12 dB，并在軸向110度區(qū)域出現(xiàn)兩個零拾取區(qū)域。
由于它們可以隔離來自后方和側(cè)向的聲波，單一指向和雙指向傳聲器能夠幫助用戶去除不需要的聲音，例如房間反射聲、反饋或聲泄露（來自位于傳聲器偏軸區(qū)域的其他樂器）。這些傳聲器能夠在各聲軌之間保持良好的聲隔離或分離度。
在混合心型傳聲器的聲腔前端安裝開縫管（波干涉管）之后就成為超指向傳聲器，例如槍式傳聲器或線性指向傳聲器。這些傳聲器通常用于電影制作、電視制作和新聞采訪時對語音信號進行遠距離拾取。
近講效應(yīng)
當(dāng)與聲源的距離非常近的時候，大多數(shù)單一指向和雙指向傳聲器都會出現(xiàn)低頻部分提升的現(xiàn)象。最常見的就是歌手在距離傳聲器很近的距離演唱時，聲音會變得較為渾厚。這種由于距離聲源較近而導(dǎo)致低頻部分得到提升的現(xiàn)象被稱為近講效應(yīng)。這種現(xiàn)象通常出現(xiàn)在single-D類型的單一指向傳聲器上，這類型傳聲器的振膜與前端和后端的聲波入口距離固定。
近講效應(yīng)可以使鼓的聲音變得更加溫暖和飽滿。但在大多數(shù)錄音應(yīng)用當(dāng)中，近講效應(yīng)會導(dǎo)致樂器的聲音或人聲過于渾濁、不自然。為了降低近講效應(yīng)的影響，一些采用特殊設(shè)計的Multiple-D類型傳聲器開始出現(xiàn)；其他類型的傳聲器則通過內(nèi)置的低頻滾降開關(guān)來對低頻提升現(xiàn)象進行增益補償。當(dāng)然，用戶也可以使用調(diào)音臺上面的均衡器來對過多的低頻能量進行衰減，同時也可以衰減傳聲器拾取到的聲泄露當(dāng)中的低頻能量。
選擇指向特性最合適的傳聲器
全指向傳聲器的一些特性使它們非常適合在某些特性場合使用。在以下應(yīng)用場合，使用全指向傳聲器是較好的選擇：
全向拾音
拾取房間的混響聲
希望降低pop聲（爆發(fā)性的呼吸聲）對聲音拾取的影響
較低的機械噪聲
無近講效應(yīng)
擴展的低頻響應(yīng)（電容傳聲器）
相對來說較低的成本
在以下應(yīng)用場合，使用單一指向傳聲器是較好的選擇：
有選擇性的聲音拾取
避免房間混響聲、背景噪音和聲泄露的影響
近講效應(yīng)對聲音質(zhì)量有幫助時
與擴聲系統(tǒng)配合使用時，獲取更好的反饋前增益
同步立體聲拾音
在以下應(yīng)用場合，使用心型指向傳聲器是較好的選擇：
對傳聲器前方較寬的區(qū)域?qū)β曉催M行拾取
對來自傳聲器后方的聲音進行最大程度的隔離
在以下應(yīng)用場合，使用超心型指向傳聲器是較好的選擇：
需要實現(xiàn)前半?yún)^(qū)和后半?yún)^(qū)聲音拾取差異最大化
尋求在隔離來自后方的聲音（來自地面返送揚聲器）和隨機突發(fā)的聲音（來自主擴聲系統(tǒng)揚聲器）之間的適當(dāng)?shù)钠胶恻c
在以下應(yīng)用場合，使用混合心型指向傳聲器是較好的選擇：
希望通過單一指向傳聲器實現(xiàn)側(cè)向隔離最大化
對房間混響、聲泄露、反饋和背景噪聲實現(xiàn)最大化隔離�；旌闲男蛡髀暺鲹碛凶罴央S機能量效率（對隨機出現(xiàn)的突發(fā)性聲音具有最佳隔離度）特性。
在以下應(yīng)用場合，使用雙指向傳聲器是較好的選擇：
需要同時拾取傳聲器前方和后方的聲音信號，同時還需要對側(cè)向的聲音進行隔離（譬如，面對面的訪談）
以軸向向下傾斜、吊裝的方式拾取交響樂團坐席聲音信號時，實現(xiàn)對側(cè)向聲音的隔離
布魯姆林立體聲拾取方式
在以下應(yīng)用場合，使用槍式傳聲器是較好的選擇：
從較遠的距離拾取所需的聲音信號
在電影、電視和新聞制作中進行遠距離拾音
希望對背景噪聲和房間反射聲進行最大化隔離
需要注意的是，無論是電容還是動圈傳聲器都可以被設(shè)計為任意指向特性（除了雙指向動線圈設(shè)計以外）。帶式傳聲器要么是雙指向設(shè)計，要么是混合心型指向設(shè)計。圖5是根據(jù)換能器類型和指向特性劃分的傳聲器分類表。
指向特性是如何形成的
在傳聲器振膜后方設(shè)置不同類型的氣孔、氣管和阻尼材料，通過這種方式可以使傳聲器對來自不同方向的聲音的響應(yīng)發(fā)生變化。
全指向傳聲器（電容或動圈）只在振膜前端采取開放式設(shè)計，因此振膜只對來自外界的壓力產(chǎn)生響應(yīng)。從所有方向到達振膜前端的聲波壓力都是相等的，因此對于從任意角度到達振膜前端的聲音信號來說，傳聲器的輸出電壓是相同的，也就是說傳聲器對來自所有方向的聲音信后具有相同的響應(yīng)特性。但是，在高頻部分全指向傳聲器的指向特性會變成雙指向，這是由于對于聲波的高頻部分來說傳聲器本身就是一個障礙物。
與之相反，單一指向傳聲器（電容或動圈）在振膜的兩側(cè)都采用開放式設(shè)計。振膜通過其正反兩面的壓差驅(qū)動。在振膜的后端入口帶有一個聲學(xué)相位偏移網(wǎng)絡(luò)（RC或RLC低通濾波器）。這個濾波器在其拐角頻率以下會產(chǎn)生一個恒定的延時。這個恒定的延時就是使傳聲器產(chǎn)生單一指向特性的原因：聲波不但從前端擠壓振膜，同時也從后端入口擠壓振膜，聲波到達前端和后端的時間差異和后端入口處的相位偏移網(wǎng)絡(luò)會產(chǎn)生相位偏移。因此，振膜同時受到到達前端的聲波以及經(jīng)過相位偏移的后端聲波擠壓（圖6）。由于相位偏移在振膜正反兩側(cè)產(chǎn)生的瞬時壓差驅(qū)動振膜進行震動。
從后方傳來的聲波通過兩個路徑到達傳聲器的振膜位置：1）繞過傳聲器腔體后到達振膜前端入口，2）通過后端入口和相位偏移網(wǎng)絡(luò)。聲音信號被加入了由于聲波輻射需要繞過傳聲器腔體所產(chǎn)生的外部延時和相位偏移網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生的內(nèi)部延時（圖7）。
在心型指向傳聲器設(shè)計中，內(nèi)部延時被設(shè)置為與外部延時相等，因此聲波同時到達振膜前端和后端。由于從前方傳來的聲波和從后方傳來的聲波極性相反，因此產(chǎn)生抵消現(xiàn)象，從而使得從后方傳來的聲波不會產(chǎn)生或產(chǎn)生非常小的輸出電壓。這就是心型指向傳聲器隔離后方聲音信號的原理。
相位偏移網(wǎng)絡(luò)僅對中高頻以下的頻段起作用。對高于中高頻段的聲音信號來說，傳聲器腔體本身就是一個物理上的障礙物，可以對來自后方的高頻信號進行隔離
通過外部延時和內(nèi)部延時的比例調(diào)整（通過調(diào)整聲波入口的空間尺寸和聲學(xué)優(yōu)化），可以形成其他類型的指向特性。每一種指向特性都有一個特定的角度，在這個角度上兩個延時相等（產(chǎn)生抵消）。雙指向傳聲器的最佳抵消角度在側(cè)面（偏離軸向90o），心型指向傳聲器的最佳抵消角度在后端（180o），混合心型指向傳聲器的最佳抵消角度為110o。
一般來說，傳聲器的指向特性可通過下列等式計算得出：
其中：
r = 在角度φ的輸出振幅（當(dāng)角度為0o時，r=1）
A/B = 內(nèi)部延時與外部延時的比例，A+B=1
φ = 聲波傳入的角度，0o為聲波從傳聲器軸向上傳入（傳聲器正前方）
通過上面的等式可以得出以下結(jié)果：
全指向傳聲器：r = 1
心型指向傳聲器：0.5 + 0.5 cosφ
超心型指向傳聲器：0.366 + 0.634 cosφ
混合心型指向傳聲器：0.25 + 0.75 cosφ
雙指向傳聲器：cosφ
需要注意的是，對于雙指向傳聲器來說A = 0，因為這一類型的傳聲器沒有相位偏移網(wǎng)絡(luò)；對于全指向傳聲器來說B = 0，因為這一類型的傳聲器振膜的后端位于密封艙體。對于心型指向傳聲器來說，A/B = 1。
全指向傳聲器的優(yōu)勢
全指向傳聲器擁有的幾項優(yōu)勢使它在常規(guī)應(yīng)用場合經(jīng)常會成為很不錯的第一選擇。由于結(jié)構(gòu)簡單（沒有后端入口或相位偏移網(wǎng)絡(luò)），全指向傳聲器的價格通常會低于指向性話筒，并且能夠提供更為平滑的頻響曲線。此外，全指向傳聲器對機械噪聲和pop噪聲的靈敏度比單一指向傳聲器低15 – 20 dB。原因在于，全指向動圈傳聲器的共振頻率大約在500 – 1000 Hz范圍內(nèi)，并有針對性的采取了大幅度阻尼衰減處理。而單一指向傳聲器的共振頻率大約在150 Hz，并且阻尼衰減處理幅度較小，因此低頻機械沖擊比較容易導(dǎo)致振膜震動。
對任何尺寸的全指向電容傳聲器來說，振膜機構(gòu)的剛度都被控制在共振頻率之下（通常來說在8 – 10 kHz）。振膜的速率在到達共振頻率之前都保持每倍頻程提升6 dB的特性（圖8）。由于振膜位移產(chǎn)生的是層速度，因此振膜位移幅度在低于共振頻點時與頻率變化為恒定關(guān)系。輸出電壓與振膜位移呈正比，因此在低于共振頻點時輸出電壓也與頻率變化保持恒定關(guān)系。
換句話說，全指向電容傳聲器在低于共振頻率的頻段能夠提供平滑的頻響曲線（有意對低頻進行滾降處理除外）。這一特性是所有尺寸規(guī)格的傳聲器的共性（盡管對于揚聲器來說較小的尺寸意味著低頻響應(yīng)收到限制，但即使是微型全指向傳聲器也可以在低至約20 Hz的頻段內(nèi)提供平滑的頻響曲線）。
圖9所示為一個微型全指向電容傳聲器的振幅/頻率響應(yīng)曲線。
與之相反，采用指向性設(shè)計的傳聲器通常在低頻部分出現(xiàn)滾降的趨勢，特別是當(dāng)距離聲源只有幾英尺時。這是因為，采用指向性設(shè)計的傳聲器振膜依靠振膜前端和后端的壓差來驅(qū)動。對于聲波中的低頻部分來說，在振膜前端和后端形成的壓力同相。由于作用于振膜兩側(cè)的瞬間壓力幾乎相等，因此振膜的震動幅度非常小，也就意味著輸出電壓非常低。
此外，全指向傳聲器相對于單一指向傳聲器來說，在離軸區(qū)域的聲染色程度較低。全指向傳聲器在離軸方向出現(xiàn)聲染色的表現(xiàn)為在高頻部分出現(xiàn)滾降。振膜尺寸越大，高頻能量滾降幅度越大。單一指向傳聲器的離軸區(qū)域聲染色除了同樣具備高頻滾降的特征以外，還會在整個頻響范圍內(nèi)出現(xiàn)波峰和波谷。這是由于到達振膜前端和后端的聲波之間的相位關(guān)系與頻率變化不一致所導(dǎo)致的。
振膜尺寸
在某些應(yīng)用場合當(dāng)中，大振膜（振膜直徑超過1 cm）比小振膜有更多的優(yōu)勢，反之亦然。
選擇合適的振膜尺寸
在以下應(yīng)用當(dāng)中，選擇大振膜傳聲器是較好的選擇：
希望采用指向性設(shè)計的傳聲器能夠提供擴展的低頻響應(yīng)（通常來說）
降低對風(fēng)噪和pop噪聲的靈敏度
獲得更高的靈敏度
獲得更低的本底噪聲
獲得更高的信噪比
后面三個特性是相互關(guān)聯(lián)的：振膜尺寸越大，換能器越能夠提供比傳聲器本身電器元件所產(chǎn)的本底噪聲能量更高的音頻信號。
在以下應(yīng)用當(dāng)中，選擇小振膜傳聲器（微型傳聲器）是較好的選擇：
不希望傳聲器影響視覺效果（用夾子固定在新聞廣播員身上或樂器上）
對持續(xù)移動的聲源進行穩(wěn)定一致的拾取（用夾子固定在新聞廣播員身上或樂器上）
最小化離軸聲染色對音質(zhì)的影響（對一個寬角度聲源進行拾取，例如大型合唱團或鼓組中的镲片）
在對聲源采用界面拾取方式時，希望獲得擴展的高頻響應(yīng)
在對聲源采用界面拾取方式時，希望在整個頻率范圍內(nèi)獲得一致的指向特性
微型傳聲器的優(yōu)勢
對于尺寸較大的同類傳聲器來說，小型全指向傳聲器的離軸聲染色程度較低（高頻滾降）。原因在于：由于衍射的原因，軸向上的高頻能量出現(xiàn)提升，而在離軸區(qū)域則不會出現(xiàn)提升。
當(dāng)振膜直徑等于1個波長時，相對應(yīng)的頻率能量提升最大。對于小振膜傳聲器來說，最大能量提升現(xiàn)象發(fā)生在可聞頻段之上；大振膜傳聲器的高頻能量最大提升現(xiàn)象通常發(fā)生在11 – 18 kHz，因此對于大振膜傳聲器來說，軸向和離軸區(qū)域的高頻響應(yīng)變化更容易被察覺。此外，小振膜傳聲器在離軸區(qū)域的相位差小于大振膜傳聲器，因此在其離軸區(qū)域的高頻部分產(chǎn)生的抵消更少。簡單的說，換能器尺寸越小，離軸區(qū)域的高頻滾降幅度越小。
小型指向性傳聲器在離軸區(qū)域的聲染色程度低于大尺寸指向性傳聲器。原因是：大尺寸傳聲器的指向特性在低頻部分是通過相位偏移網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)的，在高頻部分則通過衍射實現(xiàn)；而小尺寸傳聲器的指向特性即便是在非常高的頻段也是通過相位偏移網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)的。
由于使相位偏移網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生的相位差與通過衍射產(chǎn)生的相位差相等非常困難，因此大尺寸傳聲器的指向特性會隨著頻率的變化而發(fā)生變化。對于小尺寸傳聲器來說，指向特性在大部分可聞頻段內(nèi)都可以通過相位偏移網(wǎng)絡(luò)進行控制，因此其指向特性與頻率之間的關(guān)系能夠保持相對恒定。由此產(chǎn)生的結(jié)果就是，小尺寸傳聲器在離軸區(qū)域的聲染色程度低于大尺寸傳聲器。
圖10顯示了一支振膜直徑為1.19-inch（3 cm）的心型指向傳聲器的指向特性隨頻率變化而發(fā)生變化的情形。圖11顯示了一個微型混合心型指向傳聲器在同樣條件下的指向特性變化情況。從圖中我們可以清楚地看到，尺寸較小的傳聲器的指向特性在頻率變化時保持了較高的一致性，尤其是在前半?yún)^(qū)。
在被安裝在一個反射面作為界面?zhèn)髀暺魇褂脮r，小尺寸傳聲器能夠提供比大尺寸傳聲器更平滑的高頻響應(yīng)特性。原理如下：在一些界面?zhèn)髀暺鞯慕Y(jié)構(gòu)當(dāng)中，傳聲器的換能器的軸線與邊界平面平行，振膜的中軸略高于邊界平面。因此，界面反射聲到達振膜的時間晚于直達聲，也就是說反射聲與直達聲之間存在時間差（圖12）。
當(dāng)直達聲和反射聲在振膜中心點進行融合時，會在高頻部分出現(xiàn)相位干涉現(xiàn)象。振膜尺寸越小，延時也越小，并且產(chǎn)生最大抵消的頻率越高。如果振膜直徑為1 cm或更小時，產(chǎn)生最大抵消的頻率就會出現(xiàn)在可聞頻譜之上，因此采用這種結(jié)構(gòu)設(shè)計的界面?zhèn)髀暺髟诟哳l部分的頻響曲線相對來說較為平坦。
在其他使用條件相同的情況下，小尺寸傳聲器在被水平放置在平面上時，相較于大尺寸傳聲器所產(chǎn)生的高頻滾降幅度較小。
當(dāng)傳聲器被向下指向安裝時（換能器指向反射平面），會在振膜和平面之間形成一個細縫和復(fù)合腔體。這個細縫和腔體在聲學(xué)上會構(gòu)成一個RLC網(wǎng)絡(luò)（低頻濾波器），導(dǎo)致在高頻部分出現(xiàn)滾降現(xiàn)象。傳聲器尺寸越小，聲學(xué)腔體越小、細縫越短，因此在可聞頻段內(nèi)的高頻滾降幅度也越小。
在作為界面?zhèn)髀暺魇褂脮r，微型傳聲器在高頻區(qū)域的指向特性的一致性優(yōu)于大尺寸傳聲器。對于大尺寸傳聲器來說，由于界面反射產(chǎn)生的相位抵消發(fā)生在可聞頻段內(nèi)，同時這種相位干涉也會影響指向特性。
微型傳聲器的缺點
微型指向性傳聲器會在低頻區(qū)域出現(xiàn)滾降現(xiàn)象，主要是由于對于小尺寸換能器來說需要較低的振膜震動阻尼來獲得合適的靈敏度。但這個問題可以通過在傳聲器電氣部分加入校正均衡（提升低頻）或借助近講效應(yīng)來獲得更平滑的頻響曲線。因此，對于近距離拾音的樂器來說，低頻部分的聲音信號能夠被忠實地還原。
傳聲器的靈敏度與振膜面積成正比。因此，相對來說小尺寸換能器的信噪比低于大尺寸換能器。小尺寸換能器的等效噪音通常為28 – 33 dBA，大尺寸換能器的等效噪聲通常為14 – 18 dBA。
在實際應(yīng)用當(dāng)中，微型傳聲器較低的信噪比并不會產(chǎn)生明顯的問題。安裝距離非常近的微型傳聲器會從樂器接收非常高的輸入聲壓，因此能夠有效提高拾取信號的信噪比。另一個辦法是將換能器安裝在反射界面，直達聲與反射聲的耦合疊加會提供額外的6 dB輸入聲壓。換句話說，表面安裝方式可以有效的將信噪比提高6 dB。
在自由場傳聲器和界面?zhèn)髀暺髦g選擇
自由場傳聲器通常用于遠離反射面的位置，界面?zhèn)髀暺鲃t用于諸如地板、墻面、桌面、鋼琴蓋或內(nèi)部平面等位置。這些界面?zhèn)髀暺魍ǔＪ且粋�緊鄰聲反射板或界面、面向下方的微型電容換能器或面向上方嵌裝在一個聲反射板或界面上的微型電容換能器。傳聲器振膜接收到的直達聲和反射聲在所有頻率都是同相的，因此不會產(chǎn)生相位干涉現(xiàn)象。
在錄音室里，界面?zhèn)髀暺魍ǔ１毁N在鋼琴蓋下方使用，或者貼在墻壁上拾取房間的環(huán)境聲。界面?zhèn)髀暺骺砂惭b在樂器之間的硬質(zhì)障板或平板上，將其作為定向拾音傳聲器使用。
采用單一指向設(shè)計的界面?zhèn)髀暺鞣浅＿m合用于演講、新聞播報、戲劇或音樂劇表演中對舞臺地面信號的拾取。
當(dāng)傳聲器安裝位置遠離反射面時，應(yīng)選用自由場傳聲器。當(dāng)傳聲器與聲源之間的距離非常近的時候，也可以使用自由場傳聲器。此時，相較于直達聲，反射聲的能量較弱。當(dāng)傳聲器安裝位置距離反射面較近時，應(yīng)選用界面?zhèn)髀暺鳌?/P>
界面?zhèn)髀暺骶哂幸韵聝?yōu)點：
由于直達聲與反射聲的融合，聲學(xué)靈敏度和信噪比都會增加6 dB
能夠有效消除由于反射造成的梳妝濾波現(xiàn)象
可使用多個反射平面來增加信噪比（每一個平面可增加6 dB）和減少混響聲的拾�。恳粋�平面可降低3 dB）
離軸區(qū)域聲染色最小化（對于寬角度拾音或持續(xù)移動的聲源來說）
由于混響聲造成的聲染色最小化
具備出色的“延展”特性 – 可清晰地拾取距離較遠的小能量聲源信號
這類型傳聲器通常并不顯眼，可以緩解“傳聲器恐懼癥”
界面?zhèn)髀暺鞯娜秉c：
傳聲器必須放置在距離聲源相對較遠的位置，并且可能會拾取到過多與聲源無關(guān)的聲音、混響聲或出現(xiàn)聲反饋
需要一個尺寸較大、笨重的界面來擴展低頻響應(yīng)和實現(xiàn)對低頻的定向拾取
不同價格之間的選擇
在選擇傳聲器的時候，成本是其中一個考慮因素，特別是對于預(yù)算較為緊張的家庭工作室來說。
高端傳聲器價格更高的原因：
品質(zhì)控制更為嚴(yán)格，因此其容差范圍較小。品控嚴(yán)格的好處是，每一支傳聲器的品質(zhì)一致性更好。制造商對靈敏度、頻率響應(yīng)和指向特性進行細致的控制也就意味著制造成本會增加，當(dāng)然售價也會隨之提高
提供一些額外的附加屬性。例如，雙線圈、內(nèi)置防震架、指向性可調(diào)、頻響曲線可調(diào)、開關(guān)、內(nèi)置衰減器、可替換的組件、multiple-D結(jié)構(gòu)、昂貴的高通量磁體、堅固的結(jié)構(gòu)設(shè)計和使頻率響應(yīng)更平滑的復(fù)雜的聲學(xué)校正網(wǎng)絡(luò)
結(jié)論
我們都知道沒有一支傳聲器能夠適用于所有應(yīng)用場合。如果一支傳聲器在某一領(lǐng)域特別出色的話，那么很有可能它在其他應(yīng)用領(lǐng)域的適用性比較差。選擇什么樣的傳聲器很大程度上取決于你愿意做出多少妥協(xié)。通過了解傳聲器的工作原理，可以幫助我們做出更明智的選擇。
有時，會有一支在設(shè)計上完全沒有任何折衷妥協(xié)的傳聲器出現(xiàn)。也就是說，這個新出現(xiàn)的傳聲器可能會在獲得某項性能提升的同時而無需向之前那樣在其他方面做出犧牲。這種情況通常是在工程學(xué)出現(xiàn)突破的時候才會發(fā)生。
例如，電容傳聲器曾經(jīng)被認(rèn)為是只能在錄音室安全使用的專用設(shè)備，而現(xiàn)在已經(jīng)出現(xiàn)了大量能夠承受多次跌落在硬質(zhì)木地板這種意外情況的錄音室級別電容傳聲器。同樣，動圈傳聲器在過去所能提供的靈敏度遠遠低于電容傳聲器，而現(xiàn)在由于磁體材質(zhì)和磁體結(jié)構(gòu)的改進，市場上已經(jīng)出現(xiàn)了高靈敏度的動圈傳聲器。
因此，盡管在設(shè)計上做出折衷仍然是無法改變的事實，但制造商們都在努力最小化折衷和制造更好的傳聲器。因此，選擇合適的傳聲器會變得越來越容易。
作者: Bruce Bartlett 翻譯：易科國際金磊
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