傳聲器淺析——技術(shù)、類型、應(yīng)用及型號（一）

文/[英]詹姆斯·伊德 編譯/朱慰中

傳聲器是一直應(yīng)用于各類現(xiàn)場音響系統(tǒng)中的一種基本器材——它把人聲和樂器聲轉(zhuǎn)換為一種模擬輸出的電信號。

電信號總是從模擬開始，無論是在機架內(nèi)的DSP上，或是在多芯線纜內(nèi)的數(shù)字轉(zhuǎn)換器上，都要被轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。雖然有相當(dāng)數(shù)量的USB傳聲器可出售給家用錄音室使用，但可以肯定傳聲器在未來一段時間內(nèi)仍將頻繁地用于專業(yè)領(lǐng)域中（為此美國聲頻工程協(xié)會（AES）有其AES 42標(biāo)準(zhǔn)）。也就是說，在可預(yù)見的未來，模擬設(shè)備還將使用一段時間。

1 傳聲器的發(fā)展

這里例舉一些常用的不同類型的傳聲器以及它們各自的特點。

1.1 碳粒傳聲器

最早期的碳粒傳聲器是傳聲器技術(shù)的支柱，它是根據(jù)1876年貝爾獲得的設(shè)計專利而制成的首支傳聲器，實際上這是一種動鐵型的設(shè)計，后來經(jīng)過柏林納的改良，成為貝爾系統(tǒng)多年來的標(biāo)準(zhǔn)。碳粒傳聲器很容易制造，它靠聲波壓力撞擊振膜而壓縮碳粒，從而改變了電阻。但是，它不一定十分可靠——年長的讀者也許都記得，猛擊一下桌子上的電話送話器之后，碳粒便被粘在一起，所以要設(shè)法讓碳粒松弛。

電話用的碳粒傳聲器使用了很長時間，直到1920年之后，由于碳粒傳聲器的頻率響應(yīng)（頻響范圍在400 Hz～2 000 Hz）及動態(tài)范圍等指標(biāo)的限制，已不能滿足高質(zhì)量音頻廣播的需要，為此，需要設(shè)計新的傳聲器。

正是在此前后，出現(xiàn)了首支動圈傳聲器和電容傳聲器。

1.2 動圈傳聲器

動圈傳聲器的結(jié)構(gòu)與普通揚聲器有許多相同之處，所以又被稱作電動式、電磁式或動圈式傳聲器。這類傳聲器的設(shè)計（見圖1），線圈被粘貼在振膜上，當(dāng)聲波使振膜振動時，線圈在磁場中進進出出，因此，在線圈中感應(yīng)出電壓——完全是一種動圈式揚聲器的反向動作，只不過這更靈敏。不過在實際設(shè)計中，為了獲得平直的頻率響應(yīng)，還是相當(dāng)復(fù)雜的。

由機械線圈和振膜裝置所組成的傳聲器本身并不能達到平直的頻率響應(yīng)，因為機械的質(zhì)量將會在某個頻率產(chǎn)生諧振，這種諧振將產(chǎn)生一個峰值，所以通常要在所需頻響的幾何平均數(shù)上做設(shè)計（見圖2）。曲線1是在800 Hz有嚴(yán)重諧振的未經(jīng)加工過的線圈裝置的響應(yīng)曲線。通常在線圈的后面用數(shù)層絲綢來加以阻尼，這樣降低了諧振峰值，但卻以損失上下邊頻響應(yīng)為代價（曲線2）。為了補償?shù)投祟l率的損失，一般在傳聲器腔體至外部空氣之間插入一根管子。管子的尺寸由低頻段內(nèi)的赫姆霍茲諧振來提供選擇，以此提升低頻端的綜合靈敏度。另一方面，對于高頻段，在振膜內(nèi)部設(shè)計成一個小小的諧振腔體，用于在那些高端頻率處提供一種諧振提升。根據(jù)傳聲器的預(yù)期應(yīng)用，可以發(fā)現(xiàn)這些諧振的好處——人聲用傳聲器通常有幾個赫姆霍茲諧振峰，它能使聲音更為明亮，從而增加了可懂度。

動圈傳聲器的優(yōu)點在于它堅固耐用，價格相對較低。它們不需要幻像供電，并且對濕度的變化也不敏感。不過，這類傳聲器的靈敏度不太高，其頻率響應(yīng)指標(biāo)也不是最好。動圈傳聲器偶爾被連接到幻像電源之后一般不會受損，但是長期連接的話，會使振膜受到電壓偏置（能限制其振膜的移動端距），這樣會明顯地降低靈敏度及頻響指標(biāo)。長時間地連接幻像電源有可能燒毀線圈。

1.3 電容傳聲器

電容傳聲器使用靜電充電的兩塊極板。一塊極板是被固定的，而另一塊則隨著到達的聲波壓力而自由移動。這樣使極板上的電荷發(fā)生變化（見圖3），從而導(dǎo)致微小的電壓變化，將此電壓在傳聲器內(nèi)放大，為此傳聲器需要幻像電源。極化電壓的施加，極板上的電荷是不會有所變化的。當(dāng)極板遠離時，電荷會減少，這樣要使電壓上升，而當(dāng)極板靠近時，為與電荷的增加相一致而要降低電壓。實際上極板的移動是極微小的，在聲壓自54 dB ～134 dB之間的差異時，極板的移動距離Lp大約為0.1 mm，如此巨大的壓力差卻只有微小的移動量。

電容傳聲器在通常狀況下的拾音極坐標(biāo)圖形大體上是無方向性的，為得到一定的方向性，設(shè)計者在傳聲器的后極板處開了一些小孔。這樣使到達后極板上的聲音可被延時，并與到達前極板上的聲音相一致，從而消除了到達極板上的聲音的時間差——小孔的尺寸及位置決定了受到影響的那些頻率。這種設(shè)計的優(yōu)點是可以產(chǎn)生多種拾音極坐標(biāo)圖形，尤其是大振膜型電容傳聲器（諸如錄音棚內(nèi)人聲用傳聲器），在靜止極板的兩側(cè)置有兩片振膜。通過改變從每片振膜至放大器的信號總量，其極坐標(biāo)圖形就可以從心形、8字形至全方向形之間變化——通常只要用一個傳聲器頭上的開關(guān)來選擇。

最近40年來，電容傳聲器的普通類型還有駐極體的傳聲器，從本質(zhì)上來說，它除了極板是在加熱情況下用強磁場極化為永久充電電荷體以外，都與電容傳聲器相同。因為可以花較少的經(jīng)費來獲得很好質(zhì)量的頻率響應(yīng)，所以目前仍普遍應(yīng)用。早先一些型號的傳聲器有時會隨著時間而損失充電能力，近來這一現(xiàn)象很少發(fā)生。電容傳聲器的優(yōu)點包括極優(yōu)良的頻率響應(yīng)（并不完全平直，通常在高音頻處有微小的提升），以及較寬廣的動態(tài)范圍。不過，對濕度和溫度較為敏感，所以，會給出制造上的允許誤差，兩支相同型號的傳聲器可能不會有特別一致的聲音。它們也需要外部供電，常見的就是從調(diào)音臺那里獲取幻像電源。而且還需要注意：起磁體作用的被充電后的極板如果遇有灰塵或空氣中的廢棄物，隨著時間的推移高頻響應(yīng)會降低，所以，需要一定的維護才能保持良好的性能指標(biāo)。

1.4 帶式傳聲器

帶式傳聲器是壓力梯度式傳聲器或壓差式傳聲器的最常見類型。這類傳聲器對相近間隔點上的前后振膜之間的壓力差特別敏感。這一技術(shù)由美國無線電公司（RCA）的哈利·奧爾森在1930年發(fā)明，此后一直被作為廣播用傳聲器。帶式傳聲器具有動圈傳聲器所擁有的性能指標(biāo)，其通常內(nèi)置有一片金屬薄片（見圖4），以此成為一種振膜，振膜在磁場內(nèi)移動——在金屬薄片內(nèi)就會有電流流通。該電流極其微弱，為了獲得有用的電壓，經(jīng)常用一個變壓器提升電壓。

當(dāng)把振膜的兩側(cè)設(shè)計為可以傳感壓力時，這種傳聲器就具有“8字形”的極坐標(biāo)圖形特性。金屬薄片振膜比起動圈傳聲器的振膜要輕得多，這樣機械裝置的諧振峰值通常位于很低的頻率處（約在25 Hz或更低），更輕的質(zhì)量意味著其振動更為自如，因而具有較高的高頻響應(yīng)。這種傳聲器的優(yōu)點是更為平直而且有良好的高頻響應(yīng)，無需電源。不過這類傳聲器較為嬌貴，價格也相對較高。老式的一種傳聲器由于年代久遠而會使金屬帶下垂，如果在室外使用遇有強風(fēng)，甚至有可能導(dǎo)致傳聲器損壞。

自從晶體管問世以及有更好的動圈和電容傳聲器技術(shù)之后，帶式傳聲器的使用就一直存在著爭議，尤其對廣播應(yīng)用的傳聲器，像早期的Chunky設(shè)計（將電磁學(xué)與變壓器集成在一起）就不被看好應(yīng)用于攝像機。不過近來有許多制造商已經(jīng)著手對早先的設(shè)計作更新和改良。

1.5 其他類型的傳聲器

1.5.1 槍式指向型傳聲器

電容傳聲器的一種變形是槍式指向型，即在普通的電容傳聲器的前端帶有較長的穿孔管腔。它的工作原理是，到達管腔側(cè)面槽口的聲音會阻止和抵消來自前端的聲音，因而降低了傳聲器近旁的電平，使傳聲器在指定的方向上具有高增益。

1.5.2 領(lǐng)夾式傳聲器

領(lǐng)夾式傳聲器由于其尺寸小而被廣泛應(yīng)用于佩戴。這種傳聲器通常用駐極體電容傳聲器設(shè)計而制成很小的尺寸，現(xiàn)代設(shè)計可使傳聲器頭的直徑僅為數(shù)毫米。其優(yōu)點是它們可被置于服裝上或頭發(fā)內(nèi)，可以降低在電視或劇院里的視覺干擾。由于傳聲器靠近人體和服裝，因此，對于織物摩擦引起的動作噪聲特別敏感，所以，在實際佩戴時要特別小心。

1.5.3 壓力區(qū)傳聲器

另一種常用的傳聲器叫做壓力區(qū)傳聲器（PZM），或者稱之為界面?zhèn)髀暺?。它也是一種電容傳聲器設(shè)計，因為把傳聲器置于平板上而得名。由于傳聲器頭緊貼平板界面，因而減少了來自房間各個方向的反射聲，僅拾取到達傳聲器的直達聲。這樣得到了更高的靈敏度，因為它僅能拾取較少的房間混響聲，所以可以獲得較少混響的信號聲音。根據(jù)同樣的原理使用那些普通的電容傳聲器也能達到這一目的。例如，把需要拾取劇院演員聲音的那些傳聲器，可以用低傳聲器架沿著舞臺臺唇口擺放，傳聲器頭向下指，而不是指向“演員活動區(qū)”。用這一方法，它們可以拾取直達的強反射聲，而不會拾取來自其他方向的較弱的反射聲。

1.5.4 真空管電容傳聲器

還有一種是真空管電容傳聲器，經(jīng)常用于人聲錄音與廣播。它并不是用真空管結(jié)構(gòu)作為換能器件，即通常是電容傳聲器類型，是換能器自身來放大信號。因其電子管工作的非線性及諧波分量，任何真空管放大器的推崇者都認為，它們的聲音更渾厚、溫暖或豐滿。