走近专业无线话筒.doc

走近专业无线话筒来源：av220本文写于07年，那时初涉无线话筒，可以说对无线话筒也是初步的了解和认识，我现在原搬下来，希望能和更多的无线话筒爱好者进一部的交流和学习。这里我将分为三部分对无线话筒的原理、使用方法进行分析和讨论。第一部分主要分析音头和传输摸组，第二部分通过一些案例进行说明使用无线话筒经常遇到的问题和要注意的事项。第三部分讨论一下话筒技术指标与调音台的工作电平，最后列举一下目前最先进最流行的无线话筒。 一音头和无线传输摸组 音头即是传声器，是话筒中最重要的部分。音头分为两大类：动圈式和电容式。 动圈式的转换原理是：处在磁场间隙中的音圈与振膜连接在一起，当声波作用于振膜时，振膜带动音圈作切割磁力线运动，在音圈两端产生与声波同规律的电动势，从而实现了声能与电能之间的转换。动圈咪头的主要部件有磁钢，阻尼材料，振膜和底极等。这些都是决定话筒灵敏度，频率响应，指向性，信噪比，谐波失真，最大声压级等。 电容传声器是现在比较广泛使用的，其原理是在一种特殊的有机薄膜上蒸上一层很薄的金属作为一个电极即（振膜），与后极板组成一个平板电容器。当振膜在声波作用下产生振动时，改变了二极之间的间隙，电容量就会发生变化。当电容器两极之间加一恒定直流电压时，振膜的振动使平板电容器的电容量发生变化，极板上的电荷量就会随之变化，变化的电荷流过外负载电阻，在电阻上就会产生一个与声波同规律的电压降，实现了声能与电能之间的转换。电容音头最重要的部件是振膜与腔体。一般来说，频率响应取决于振膜的大小，随着振膜直径的增大，低频会增多，高频会衰减；信噪比取决于振膜的面积。振膜面积大，将产生越高的灵敏度和输出信号，大振膜拾取低频非常细腻，但是根据早期的一些测试数据大振膜话筒在14KHz的地方开始衰减滚落。对小振膜在20hz到20Khz的频率响应特别精确。但是小振膜的信噪比不好。不过小振膜特别适合音频测试，这就是为什么小振膜测试出来的频率响应曲线虽然很平坦,但拾音效果不好，声音显得单薄的原因。 电容音头和动圈音头除了原理不同外，对声音的拾取有什么区别呢？电容音头就比动圈好吗？这不尽然。电容音头具有响应频率宽、灵敏度高、瞬态反应优等有点，但它也有一些缺点，由于其极头电容量很小，内阻抗非常大，在较大声压下就会失真。而且它灵敏度较高，对使用环境也有一定的限制，保存时也要注意防潮，特别是领夹咪很容易受潮而损坏。动圈传声器则具有耐环境适应性强，与前置放大器衍接方便，具有较大声压级等优点。德国SENNHEISER的e845、e855可谓达到动圈技术的颠峰。它采用压差式换能原理，音质清晰饱满，是其他产品所不能比拟的。 为了让用户更好地了解音头，我特别分析一下音头的指向性和响应频率这两个技术指标。 指向性，因为指向性能反映声源在不同方向的响应程度，所以在不同的使用场合选择不同的指向话筒也是一个关键。（1）心型指向它的这种特性适合被拾取的音源与其他舞台声音保持隔离性。很多大振膜电容话筒都是这种指向性。心型指向话筒具有近讲特性离话筒近的时候中低频得到提升。（2）全向话筒对于来自各个方向的声音具有相同的灵敏度与频响。相对于心型话筒来说，全指向话筒的所拾取的声场更为宽阔，特别适合合唱组，环境音效，以及声学乐器。因为它的空间感特别出色. 就是相对于心型话筒来说它的近讲效应比较少，这就有带来一个好处，对音源远近的稍微移动不敏感。全指向还有一个特点就是不需要太多的均衡（3）超心型话筒的指向性比心型更窄，特别适合近距离拾音。非常适合需要隔离（有的时候是隔离乐器之间的干扰，有的时候是隔离噪音）现场的噪音。对于自弹自唱的演奏者，超指向话筒的相互串扰是最小的。（4）8字型和双向型这种指向的话筒，在振膜的正反两个方向具有相同的灵敏度，对侧面的声音具有很强的隔离。8字型话筒的近讲效应和心型差不多。一支8字型话筒拾取二重奏和面对面的访谈效果特别优秀。40dB的侧面灵敏度对于乐器之间的隔离非常有用。8字型话筒是M/S（midside）立体声拾音的关键部分。 值得注意的一点是，话筒的灵敏度变化遵循反平方定律。话筒拾取到的声能与距离是一种反平方关系，当距离增加一倍（2）时，话筒的声能变为原来的1/4。 响应频率，在音响系统里是指将一个以恒电压输出的音频信号与系统相连接时，音箱产生的声压随频率的变化而发生增大或衰减、相位随频率而发生变化的现象，这种声压和相位与频率的相关联的变化关系(变化量)称为频率响应。在传声器里面一般都是采用灵敏度与频率之间关系的一条曲线来表示，灵敏度频率响曲线越平坦、频带越宽传声器的性能就越好。人对声音频率的感觉在20 Hz20KHz之间，人耳听觉的最高频率是15.1KHz，高于这个频率的就是通过人体和头骨、颅骨感受到传递给大脑听觉区，从而感受到这个声波的存在。一般人的语音频率范围都集中在80Hz12kHz之间。几乎所以音头生产厂家都远远超出这个范围，可是他们拾取出来的声音却包含着各种各样的失真。所以我就有必要提一下各频段声音与听感的关系： 20Hz-60Hz部分，人声一般不包含，这段提升能给音乐强有力的感觉，给人很响的感觉，如雷声。如果提升过高，则又会混浊不清，造成清晰度不佳，特别是低频响应差和低频过重的音响设备。 60Hz-150Hz部分，这段频率影响声音的混厚感和丰满度，是低音的基音区。如果这段频率很丰满，音色会显得厚实、混厚感强；如果这段频率不足，音色会变得无力、单薄、苍白；而如果这段频率过强，音色音色将会显得浑浊，语音的清晰度变差，还会出现低频共振声，有轰鸣声的感觉。 150 Hz-300Hz部分，这段频率影响声音的力度，尤其是男声声音的力度。这段频率是男声低频的基音频率，同时也是乐音中和弦的根音频率。如果这段频率成分缺乏，音色会显得发软、发飘，语音则会变得软绵绵；如果这段频率成分过强，声音会变得生硬而不自然，且没有特色。 300 Hz-1KHz部分，这段频率是人声的基音频率区域。如果这段频率的幅度丰满，那么人声的轮廓明朗，整体感好、有力度。如果这段频率幅度不足，声音会显得空洞、不坚实；如果这段频率幅度过强，音色会变得单调，相对来说低频成分少了，高频成分也少了，语音会变成像电话中声音的音色一样，显得很单调。 1-4KHz部分，人耳耳腔的谐振频率是14KHz，所以人耳对这段频率非常敏感。这段频率是影响声音明亮度和顺畅感，如果这段频率成分过少，音色则松散且音色脱节，声音将会变得朦朦胧胧；如果这个频率成分过强了，音色就会显得呆板、发硬、不自然，有跳跃感。 4kHz-5KHz部分，这是影响临场感（距离感）的频段。提升这一频段，使人感觉声源与听者的距离显得稍近了一些；衰减则就会使声音的距离感变远；如果在5KHz左右提升6dB，则会使整个混合声音的声功率提升3dB。 6kHz-16kHz部分，这一频段控制着音色的明亮度，宏亮度和清晰度。一般来说提升这部分使声音宏亮，但不清晰，还可能会引起齿音过重；衰减这部分使声音变得清晰，可音质又略显单薄。无线传输摸组 早期的无线话筒是采用FM调频来实现的，后来采用石英振荡器产生发射与接收精确稳定的固定频率，这种话筒及接收机只固定单一个频率配对使用。现在专业的无线话筒都是采用频率合成（PLL Synthesized）方式，可以在预设的带宽内任意切换所希望的工作频道，从而达到避免受环境干扰又能实现同时使用多支无线话筒。由于无线高频传输除了受高频讯号干扰外，音频的频率响应还会受到高频调变特性的限制，动态范围也受到高频频宽的限制，所以会产生较大的失真，信噪比达不到70dB。直到70年代末森海塞尔研制HiDyn plus降噪系统成功后，才开辟了无线传输的新纪元，信噪比达到110 dB以上。1999年森海塞尔率先采用PLL技术和HiDyn plus降噪系统推出ew革命系列话筒，受到了全球各演出公司和电视台的青睐，该话筒采用先进的数码滤波技术，在相互频率超过200Khz后就不再受干扰，到目前为止还有很多厂家达不到这个水平。由于滤波不好在500Khz-1Mhz都会受到干扰。2004年森海塞尔在第一代的基础上推出ew第二代G2，该系列话筒性能更稳定，功能更强大。信噪比超过115dB,特别是500系列，不仅增加了带宽，预射频率，还内置均衡器，声检测模式，多种显示方式.非常直观的反映出发射器各种信息，比如射频、音频信号，电池容量，哑音开关等。当信号不稳定，失真，电池电量低，哑音打开时，接收机的蓝屏都会变成红屏，并提示出相关的信息，让调音师迅速作出反应。在当时，全球所有生产厂家无一能达到如此功能的。据说，森海塞尔正准备推出ew第三代，G3将给我们展现怎样的优胜和性能呢？我们将拭目以待。二 使用案例案例1 XX大剧院同时使用45套森海塞尔革命二代500系列无线话筒。森海的带宽是36MHz,频道分辨率25KHz,那么就有1440个可调频点，共有9个预设库，前8个库每个库有20个预设频率，第九个是用户库，可以从预设频率中只有选择。理论上一个区就已经绰绰有余。但是由于话筒数量比较多，除了要慎选物理上互不干扰的频率外还要避开邻接的外界讯号干扰。位置发生改变时就会有讯号衰减的可能，加上各种灯光音响等电子设备，所以环境显得比较恶劣。但是越是恶劣的环境，使用话筒数量越多，越能突显森海的优越性和可靠性。工程师具体的做法是：先打开一台接收机对现场的环境进行扫描，找出可用没有干扰的频率选择一个确定，再打开发射器对应调好。保持发射器打开，再用同样的方法逐一打开第二支，第三支。如果采用NET1进行电脑监控，就可以对所联的全部接收机进行全面扫描，合理分配频率。操作起来非常方便、快捷。监控界面也直观、明了。 案例2 在一百多平方的会议室里同时使用三套话筒,都是双通道的,会议没开始时试音基本正常,可是客人坐满后,在十米外就会断频。当时用户是三台叠在一起的,三套话筒频点都是错开互不干扰的,而且都已经装上天线，天线交不交叉不知道。为什么会造成这种情况呢？是不是人多造成的影响？这个是有但是影响不大（因为人多物多会吸收一定的电波），最主要的就是他直接把接收机叠在一块。解决方案有两个，1、装上天线调到最佳位置（天线与接收机平面保持垂直），把接收机一字排开，天线在同一直线上，机与机之间最好保持15cm以上,这样对于一两百平方米的会议厅绝对没问题。2、增加一台天线分配器再共用一对天线即可（注：每台话筒都要同是U频或V频，因为频段不同天线是不同的，都是取1/2波长）总结：发射功率30mw的射频在无障碍物的情况下接收距离至少会在70m外，为什么会造成这种现象呢？因为当接收器附近有金属物时就会产生高频反射，当反射波和直射反向时，就会引起波全部抵消或局部抵消，从而会产生断频现象（接收机叠在一块时多余的天线和接收机都成了金属反射物） 案例3 广州某一学校的校园广播，接收机是放在广播室里面，话筒每周一要在操场舞台上使用，广播室离舞台有一段相当远的距离，直接使用话筒那肯定是不可能，只能通过采用同轴缆线来接延长天线，当用户拉了150m到达目的地接上天线放大器，再接上定向接收天线，没有信号。为什么会出现这种现象呢？象这种情况我们必须通过各种指标参数进行计算，设计一个可行的天线系统，天线系统的增利益=天线放大器增益+天线增益-同轴电缆线损耗。一般天线放大器的增益是10到14dB,，天线增益是5dB左右，50同轴电缆在传输信号为900MHz损耗信号一般为10到30dB/100m,不同厂家不同规格参数不同，传输频率越高损耗越大。接收机允许接受的损耗在-4 dB左右，在传输距离比较远时必须根据计算在适当的地方加天线放大器。如果用户在60或70米处再加一个天线放大器就能达到很好的效果。不过值得注意的是增益也不能提得过高，如果太高可能会造成接收机失真或产生干扰。 话筒技术指标与调音台的工作电平话筒的最大输入声压级、灵敏度和最大输出电平对于声源和调音台来说，是特别重要的。最大输入声压级是话筒所能承受的达到0.5%总谐波失真的最大声压级的度量，它与声压的关系是： 0dB SPL=210-5Pa 专业话筒的最大输入声压级一般定得比较高，一般都在130155 dB之间。不过森海MD5235Ni咪头最大声压达到163dB。所以专业话筒，一般都不会产生可闻的失真。因此我们这里只需讨论灵敏度和最大输出电平。 1. 灵敏度 灵敏度是话筒在单位声压激励下输出电压与输入声压的比值，其单位是mV/Pa。为与电路中电平的度量一致，灵敏度也可以分贝值表示。早期分贝多以单位dBm和dBV表示： 0dBm=1mW/Pa，即把1Pa输入声压下给600负载带来的1mW功率输出定义为0dB； 0dBV=1V/bar，把在1bar输入声压下产生的1V电压输出定义为0dB。 现在的分贝则以单位dB表示： 0dB=0.775V/Pa，即将1Pa输入声压下话筒0.775V电压输出定义为0dB (这样就把话筒声压电压转换后的电平度量，统一到电路中普遍采用的0dB= 0.775V这一参考单位)。 显然，不论灵敏度如何表示，我们都可将它转换为dB，前提是行输入统一到Pa这个单位。 例如：NEUMANN U89话筒的灵敏度是8mV/Pa，可直接由 20lg(0.008V/Pa)(0.775V/Pa) 得出其灵敏度约为-40dB。 再如：Sennheiser e865话筒的灵敏度为-48dBV，由 0dBV=1V/bar=10V/Pa 先求出1Pa声压下-48dBV的输出电压X： 20lg(X V/Pa)(10V/Pa)=-60 得出X=0.003(V)，即它的灵敏度为3mV/Pa。再由式 20lg(0.003V/Pa)(0.775V/Pa) 可得其灵敏度约为-48dB。 2. 最大输出电平 话筒在最大输入声压级下的输出电平即最大输出电平。如同最大输入声压级限定了话筒与声源间的距离一样，最大输出电平直接决定了调音台的输入工作电平。对于一个给定的话筒来说，只要已知其灵敏度与最高声压级，就可算出它的最大输出电平。 仍以NEUMANN U89话筒为例：其灵敏度为8mV/Pa，最大输入声压级为134dB SPL(在10dB输入衰减档)。先将输入声压级转换成声压，再由灵敏度求出最大输出电平：因为0dB SPL= 210-5Pa，则最大输入声压X可由 134dB SPL=20lgX/210-5Pa 得出X=100(Pa)。由灵敏度8mV/Pa知，100Pa时最大输出为800mV，化成输出电平即： 20lg(0.8V/Pa)(0.775V/Pa) 约为0dB。此即U89话筒理论上的最大输出电平。实际上，正常使用时一般不选择10dB衰减档(以减少输入噪声)，所以只要话筒的摆放距离合适，U89前的最大声压级一般不会超过其正常档位下的134dB SPL，因此它的最大输出电平一般远低于0dB。 二 调音台工作电平的确定 技术上讲，调音台的工作电平是以其上最大信号电平不超过厂家设定的最大动态余量上限来规定的(实际中工作电平还得根据节目的需要才能确定)。这里，最大动态余量指总谐波失真指标下最大电平与0dB之上的一段电平范围。这样，只要在话筒端已知声源可能的最大声压级与话筒的灵敏度，就可算出其相应的最大输出电平；这一电平与调音台动态余量上限的差值，便是调音台输入级，即话筒放大器(简称话放)的输入增益；在此增益下的信号电平就是调音台的工作电平。 以U89话筒和AMEK RemBandt调音台为例，对此进行说明：假如距离话筒70cm处声源的最大声压级是112dB SPL(峰值，A加权)，话筒所能承受的最大输入声压级是134dB、灵敏度是8mV/Pa，由式 112dB SPL=20lgX/210-5 可知112dB声压级相当于8Pa声压，它可有8Pa8mV/Pa=64mV的电压输出，也即有电平输出： 20lg(0.064V/Pa)(0.775V/Pa)=-22dB 这个电平联接到70dB话放增益、话放级的动态余量在总谐波失真是0.017%时为12dB的调音台后(该调音台线路放大级的动态余量为28dB)，与+12dB的