传声器浅析——技术、类型、应用及型号（一）

文/[英]詹姆斯·伊德 编译/朱慰中

传声器是一直应用于各类现场音响系统中的一种基本器材——它把人声和乐器声转换为一种模拟输出的电信号。

电信号总是从模拟开始，无论是在机架内的DSP上，或是在多芯线缆内的数字转换器上，都要被转换为数字信号。虽然有相当数量的USB传声器可出售给家用录音室使用，但可以肯定传声器在未来一段时间内仍将频繁地用于专业领域中（为此美国声频工程协会（AES）有其AES 42标准）。也就是说，在可预见的未来，模拟设备还将使用一段时间。

1 传声器的发展

这里例举一些常用的不同类型的传声器以及它们各自的特点。

1.1 碳粒传声器

最早期的碳粒传声器是传声器技术的支柱，它是根据1876年贝尔获得的设计专利而制成的首支传声器，实际上这是一种动铁型的设计，后来经过柏林纳的改良，成为贝尔系统多年来的标准。碳粒传声器很容易制造，它靠声波压力撞击振膜而压缩碳粒，从而改变了电阻。但是，它不一定十分可靠——年长的读者也许都记得，猛击一下桌子上的电话送话器之后，碳粒便被粘在一起，所以要设法让碳粒松弛。

电话用的碳粒传声器使用了很长时间，直到1920年之后，由于碳粒传声器的频率响应（频响范围在400 Hz～2 000 Hz）及动态范围等指标的限制，已不能满足高质量音频广播的需要，为此，需要设计新的传声器。

正是在此前后，出现了首支动圈传声器和电容传声器。

1.2 动圈传声器

动圈传声器的结构与普通扬声器有许多相同之处，所以又被称作电动式、电磁式或动圈式传声器。这类传声器的设计（见图1），线圈被粘贴在振膜上，当声波使振膜振动时，线圈在磁场中进进出出，因此，在线圈中感应出电压——完全是一种动圈式扬声器的反向动作，只不过这更灵敏。不过在实际设计中，为了获得平直的频率响应，还是相当复杂的。

由机械线圈和振膜装置所组成的传声器本身并不能达到平直的频率响应，因为机械的质量将会在某个频率产生谐振，这种谐振将产生一个峰值，所以通常要在所需频响的几何平均数上做设计（见图2）。曲线1是在800 Hz有严重谐振的未经加工过的线圈装置的响应曲线。通常在线圈的后面用数层丝绸来加以阻尼，这样降低了谐振峰值，但却以损失上下边频响应为代价（曲线2）。为了补偿低端频率的损失，一般在传声器腔体至外部空气之间插入一根管子。管子的尺寸由低频段内的赫姆霍兹谐振来提供选择，以此提升低频端的综合灵敏度。另一方面，对于高频段，在振膜内部设计成一个小小的谐振腔体，用于在那些高端频率处提供一种谐振提升。根据传声器的预期应用，可以发现这些谐振的好处——人声用传声器通常有几个赫姆霍兹谐振峰，它能使声音更为明亮，从而增加了可懂度。

动圈传声器的优点在于它坚固耐用，价格相对较低。它们不需要幻像供电，并且对湿度的变化也不敏感。不过，这类传声器的灵敏度不太高，其频率响应指标也不是最好。动圈传声器偶尔被连接到幻像电源之后一般不会受损，但是长期连接的话，会使振膜受到电压偏置（能限制其振膜的移动端距），这样会明显地降低灵敏度及频响指标。长时间地连接幻像电源有可能烧毁线圈。

1.3 电容传声器

电容传声器使用静电充电的两块极板。一块极板是被固定的，而另一块则随着到达的声波压力而自由移动。这样使极板上的电荷发生变化（见图3），从而导致微小的电压变化，将此电压在传声器内放大，为此传声器需要幻像电源。极化电压的施加，极板上的电荷是不会有所变化的。当极板远离时，电荷会减少，这样要使电压上升，而当极板靠近时，为与电荷的增加相一致而要降低电压。实际上极板的移动是极微小的，在声压自54 dB ～134 dB之间的差异时，极板的移动距离Lp大约为0.1 mm，如此巨大的压力差却只有微小的移动量。

电容传声器在通常状况下的拾音极坐标图形大体上是无方向性的，为得到一定的方向性，设计者在传声器的后极板处开了一些小孔。这样使到达后极板上的声音可被延时，并与到达前极板上的声音相一致，从而消除了到达极板上的声音的时间差——小孔的尺寸及位置决定了受到影响的那些频率。这种设计的优点是可以产生多种拾音极坐标图形，尤其是大振膜型电容传声器（诸如录音棚内人声用传声器），在静止极板的两侧置有两片振膜。通过改变从每片振膜至放大器的信号总量，其极坐标图形就可以从心形、8字形至全方向形之间变化——通常只要用一个传声器头上的开关来选择。

最近40年来，电容传声器的普通类型还有驻极体的传声器，从本质上来说，它除了极板是在加热情况下用强磁场极化为永久充电电荷体以外，都与电容传声器相同。因为可以花较少的经费来获得很好质量的频率响应，所以目前仍普遍应用。早先一些型号的传声器有时会随着时间而损失充电能力，近来这一现象很少发生。电容传声器的优点包括极优良的频率响应（并不完全平直，通常在高音频处有微小的提升），以及较宽广的动态范围。不过，对湿度和温度较为敏感，所以，会给出制造上的允许误差，两支相同型号的传声器可能不会有特别一致的声音。它们也需要外部供电，常见的就是从调音台那里获取幻像电源。而且还需要注意：起磁体作用的被充电后的极板如果遇有灰尘或空气中的废弃物，随着时间的推移高频响应会降低，所以，需要一定的维护才能保持良好的性能指标。

1.4 带式传声器

带式传声器是压力梯度式传声器或压差式传声器的最常见类型。这类传声器对相近间隔点上的前后振膜之间的压力差特别敏感。这一技术由美国无线电公司（RCA）的哈利·奥尔森在1930年发明，此后一直被作为广播用传声器。带式传声器具有动圈传声器所拥有的性能指标，其通常内置有一片金属薄片（见图4），以此成为一种振膜，振膜在磁场内移动——在金属薄片内就会有电流流通。该电流极其微弱，为了获得有用的电压，经常用一个变压器提升电压。

当把振膜的两侧设计为可以传感压力时，这种传声器就具有“8字形”的极坐标图形特性。金属薄片振膜比起动圈传声器的振膜要轻得多，这样机械装置的谐振峰值通常位于很低的频率处（约在25 Hz或更低），更轻的质量意味着其振动更为自如，因而具有较高的高频响应。这种传声器的优点是更为平直而且有良好的高频响应，无需电源。不过这类传声器较为娇贵，价格也相对较高。老式的一种传声器由于年代久远而会使金属带下垂，如果在室外使用遇有强风，甚至有可能导致传声器损坏。

自从晶体管问世以及有更好的动圈和电容传声器技术之后，带式传声器的使用就一直存在着争议，尤其对广播应用的传声器，像早期的Chunky设计（将电磁学与变压器集成在一起）就不被看好应用于摄像机。不过近来有许多制造商已经着手对早先的设计作更新和改良。

1.5 其他类型的传声器

1.5.1 枪式指向型传声器

电容传声器的一种变形是枪式指向型，即在普通的电容传声器的前端带有较长的穿孔管腔。它的工作原理是，到达管腔侧面槽口的声音会阻止和抵消来自前端的声音，因而降低了传声器近旁的电平，使传声器在指定的方向上具有高增益。

1.5.2 领夹式传声器

领夹式传声器由于其尺寸小而被广泛应用于佩戴。这种传声器通常用驻极体电容传声器设计而制成很小的尺寸，现代设计可使传声器头的直径仅为数毫米。其优点是它们可被置于服装上或头发内，可以降低在电视或剧院里的视觉干扰。由于传声器靠近人体和服装，因此，对于织物摩擦引起的动作噪声特别敏感，所以，在实际佩戴时要特别小心。

1.5.3 压力区传声器

另一种常用的传声器叫做压力区传声器（PZM），或者称之为界面传声器。它也是一种电容传声器设计，因为把传声器置于平板上而得名。由于传声器头紧贴平板界面，因而减少了来自房间各个方向的反射声，仅拾取到达传声器的直达声。这样得到了更高的灵敏度，因为它仅能拾取较少的房间混响声，所以可以获得较少混响的信号声音。根据同样的原理使用那些普通的电容传声器也能达到这一目的。例如，把需要拾取剧院演员声音的那些传声器，可以用低传声器架沿着舞台台唇口摆放，传声器头向下指，而不是指向“演员活动区”。用这一方法，它们可以拾取直达的强反射声，而不会拾取来自其他方向的较弱的反射声。

1.5.4 真空管电容传声器

还有一种是真空管电容传声器，经常用于人声录音与广播。它并不是用真空管结构作为换能器件，即通常是电容传声器类型，是换能器自身来放大信号。因其电子管工作的非线性及谐波分量，任何真空管放大器的推崇者都认为，它们的声音更浑厚、温暖或丰满。