傳聲器淺析——技術(shù)、類型、應(yīng)用及型號(hào)（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(chǎng)音響系統(tǒng)中的一種基本器材——它把人聲和樂(lè)器聲轉(zhuǎn)換為一種模擬輸出的電信號(hào)。

電信號(hào)總是從模擬開(kāi)始，無(wú)論是在機(jī)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(hào)。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(lái)一段時(shí)間內(nèi)仍將頻繁地用于專業(yè)領(lǐng)域中（為此美國(guó)聲頻工程協(xié)會(huì)（AES）有其AES 42標(biāo)準(zhǔn)）。也就是說(shuō)，在可預(yù)見(jiàn)的未來(lái)，模擬設(shè)備還將使用一段時(shí)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(diǎn)。

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(jì)專利而制成的首支傳聲器，實(shí)際上這是一種動(dòng)鐵型的設(shè)計(jì)，后來(lái)經(jīng)過(guò)柏林納的改良，成為貝爾系統(tǒng)多年來(lái)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(zhǎng)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(zhǎng)時(shí)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(dòng)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(jì)新的傳聲器。

正是在此前后，出現(xiàn)了首支動(dòng)圈傳聲器和電容傳聲器。

1.2 動(dòng)圈傳聲器

動(dòng)圈傳聲器的結(jié)構(gòu)與普通揚(yáng)聲器有許多相同之處，所以又被稱作電動(dòng)式、電磁式或動(dòng)圈式傳聲器。這類傳聲器的設(shè)計(jì)（見(jiàn)圖1），線圈被粘貼在振膜上，當(dāng)聲波使振膜振動(dòng)時(shí)，線圈在磁場(chǎng)中進(jìn)進(jìn)出出，因此，在線圈中感應(yīng)出電壓——完全是一種動(dòng)圈式揚(yáng)聲器的反向動(dòng)作，只不過(guò)這更靈敏。不過(guò)在實(shí)際設(shè)計(jì)中，為了獲得平直的頻率響應(yīng)，還是相當(dāng)復(fù)雜的。

由機(jī)械線圈和振膜裝置所組成的傳聲器本身并不能達(dá)到平直的頻率響應(yīng)，因?yàn)闄C(jī)械的質(zhì)量將會(huì)在某個(gè)頻率產(chǎn)生諧振，這種諧振將產(chǎn)生一個(gè)峰值，所以通常要在所需頻響的幾何平均數(shù)上做設(shè)計(jì)（見(jiàn)圖2）。曲線1是在800 Hz有嚴(yán)重諧振的未經(jīng)加工過(guò)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(lái)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(jià)（曲線2）。為了補(bǔ)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(lái)提供選擇，以此提升低頻端的綜合靈敏度。另一方面，對(duì)于高頻段，在振膜內(nèi)部設(shè)計(jì)成一個(gè)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(gè)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(dòng)圈傳聲器的優(yōu)點(diǎn)在于它堅(jiān)固耐用，價(jià)格相對(duì)較低。它們不需要幻像供電，并且對(duì)濕度的變化也不敏感。不過(guò)，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(dòng)圈傳聲器偶爾被連接到幻像電源之后一般不會(huì)受損，但是長(zhǎng)期連接的話，會(huì)使振膜受到電壓偏置（能限制其振膜的移動(dòng)端距），這樣會(huì)明顯地降低靈敏度及頻響指標(biāo)。長(zhǎng)時(shí)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(dá)的聲波壓力而自由移動(dòng)。這樣使極板上的電荷發(fā)生變化（見(jiàn)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(huì)有所變化的。當(dāng)極板遠(yuǎn)離時(shí)，電荷會(huì)減少，這樣要使電壓上升，而當(dāng)極板靠近時(shí)，為與電荷的增加相一致而要降低電壓。實(shí)際上極板的移動(dòng)是極微小的，在聲壓自54 dB ～134 dB之間的差異時(shí)，極板的移動(dòng)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(dòng)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(wú)方向性的，為得到一定的方向性，設(shè)計(jì)者在傳聲器的后極板處開(kāi)了一些小孔。這樣使到達(dá)后極板上的聲音可被延時(shí)，并與到達(dá)前極板上的聲音相一致，從而消除了到達(dá)極板上的聲音的時(shí)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(jì)的優(yōu)點(diǎn)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(guò)改變從每片振膜至放大器的信號(hào)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(gè)傳聲器頭上的開(kāi)關(guān)來(lái)選擇。

最近40年來(lái)，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(lái)說(shuō)，它除了極板是在加熱情況下用強(qiáng)磁場(chǎng)極化為永久充電電荷體以外，都與電容傳聲器相同。因?yàn)榭梢曰ㄝ^少的經(jīng)費(fèi)來(lái)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(hào)的傳聲器有時(shí)會(huì)隨著時(shí)間而損失充電能力，近來(lái)這一現(xiàn)象很少發(fā)生。電容傳聲器的優(yōu)點(diǎn)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(dòng)態(tài)范圍。不過(guò)，對(duì)濕度和溫度較為敏感，所以，會(huì)給出制造上的允許誤差，兩支相同型號(hào)的傳聲器可能不會(huì)有特別一致的聲音。它們也需要外部供電，常見(jiàn)的就是從調(diào)音臺(tái)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(shí)間的推移高頻響應(yīng)會(huì)降低，所以，需要一定的維護(hù)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(jiàn)類型。這類傳聲器對(duì)相近間隔點(diǎn)上的前后振膜之間的壓力差特別敏感。這一技術(shù)由美國(guó)無(wú)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(dòng)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(jiàn)圖4），以此成為一種振膜，振膜在磁場(chǎng)內(nèi)移動(dòng)——在金屬薄片內(nèi)就會(huì)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(gè)變壓器提升電壓。

當(dāng)把振膜的兩側(cè)設(shè)計(jì)為可以傳感壓力時(shí)，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(dòng)圈傳聲器的振膜要輕得多，這樣機(jī)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(dòng)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(diǎn)是更為平直而且有良好的高頻響應(yīng)，無(wú)需電源。不過(guò)這類傳聲器較為嬌貴，價(jià)格也相對(duì)較高。老式的一種傳聲器由于年代久遠(yuǎn)而會(huì)使金屬帶下垂，如果在室外使用遇有強(qiáng)風(fēng)，甚至有可能導(dǎo)致傳聲器損壞。

自從晶體管問(wèn)世以及有更好的動(dòng)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(zhēng)議，尤其對(duì)廣播應(yīng)用的傳聲器，像早期的Chunky設(shè)計(jì)（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(jī)。不過(guò)近來(lái)有許多制造商已經(jīng)著手對(duì)早先的設(shè)計(jì)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(zhǎng)的穿孔管腔。它的工作原理是，到達(dá)管腔側(cè)面槽口的聲音會(huì)阻止和抵消來(lái)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(jì)而制成很小的尺寸，現(xiàn)代設(shè)計(jì)可使傳聲器頭的直徑僅為數(shù)毫米。其優(yōu)點(diǎn)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(jué)干擾。由于傳聲器靠近人體和服裝，因此，對(duì)于織物摩擦引起的動(dòng)作噪聲特別敏感，所以，在實(shí)際佩戴時(shí)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)髀暺鳌Ｋ彩且环N電容傳聲器設(shè)計(jì)，因?yàn)榘褌髀暺髦糜谄桨迳隙妹Ｓ捎趥髀暺黝^緊貼平板界面，因而減少了來(lái)自房間各個(gè)方向的反射聲，僅拾取到達(dá)傳聲器的直達(dá)聲。這樣得到了更高的靈敏度，因?yàn)樗鼉H能拾取較少的房間混響聲，所以可以獲得較少混響的信號(hào)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(dá)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(tái)臺(tái)唇口擺放，傳聲器頭向下指，而不是指向“演員活動(dòng)區(qū)”。用這一方法，它們可以拾取直達(dá)的強(qiáng)反射聲，而不會(huì)拾取來(lái)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(lái)放大信號(hào)。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(rèn)為，它們的聲音更渾厚、溫暖或豐滿。