第九章 话筒、耳机和立体声技术
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§9-1  麦克风 (Microphone)
引言：麦克风是英文Microphone 的音译，它又称为微音器，或称话筒，统称为
传声器。在语言通信系统(如电话)中使用的传声器，一般叫做送话器。听筒叫受
话器。
传声器是一种将声信号转换为相应的电信号的电声换能器。传声器将声信号
弯为电信号后，经过放大，可以用来进行语言通信、录音、广播和扩声。
从换能原理来看，目前用得最广泛的传声器是动圈式、电容式、压电式等。
各种类型的传声器尽管在结构上有些不同，但它们总少不了一个振动系统。该系
难道造句
统受声波作用而引起振动，产生相应的电压变化(动圈式)或振动引起电容变化使
最后的输出仍为电压变化。
传声器的主要电声性能指标有：灵敏度、频率响应、指向性、输出阻抗和动
态范围等。
§9-1-1 麦克风的指向特性
1. 指向特性
(1)无指向性，对来自四面八方的入射声波都灵敏，具有大体相同的灵敏度。
进京证办理(2)单指向性：正面入射声波比背面入射声波灵敏，即正面灵敏度远大于背面灵
敏度；另外，由于传声器的组合方式或结构形式不同，其正面与背面的灵敏度也
各不相同，故单指向性又根据其指向性图一般分为心形、超心形和超指向性三种。
(3)双指向性：从正面来的入射声波和从背面来的入射声波，其灵敏度一样大，
而对两侧来的入射声波不灵敏。
2.指向特性的描述：
传声器的指向特性，通常用指向性图、指向性因数和指向性指数来描述。
(1) 指向性图：将传声器对某一频率(如400Hz)的不同入射角的声波的响应表
示在极座标中，即得到指向性图，极座标中的零度轴为传声器的主(声)轴，
优秀班主任主要事迹即灵敏度最大的方向。
(2)指向性函数R(Q )＝E(Q )E(0)
E(Q )为入射角Q 时传声器灵敏度                            E(0)为轴向(Q=0)时传声器灵敏度
(3)指向性因数：通常将一个传声器正向自由场灵敏度的平方和其扩散场灵敏度
平方的比值，称为指向性因数Q M
(4)指向性指数D M ＝10㏒10Q M
§9-1-2传声器的激振方式：
不同激振力不仅决定着传声器灵敏度，也决定着传声器的指向特性，获得
激振力的方式有：
1.压强式：将声压作为激振力的话，其激振方式就是压强式，该传声器就是压强式传声器，压强式传声器是无指向性的。
2.压差式：声波通过两条不同路径到达振膜，这种分开振膜前后的距离，声学上称之为膜前后声程差d，由于有这种声程差，作用在膜两面的声波就有相位差，振膜前后就有压力梯度，这种压差式传声器的指向性呈现8字形，被称为双指向性传声器。
3.压差----相移式：它是压差式的延伸，不过声波是经过不对称的路径到达振膜声波产生的振膜激振力F(θ)＝a(1+βCosθ)
a为与θ无关常数. β＝di
烧柴火的灶台d a为一个参量
当β＝1时F(θ)指向性呈心形
β＝0时无指向性
β＝0.6时为超心形传声器
§9-1-3 电动式传声器
1.原理：把导体置于磁场中，用声音激励振动系统使其振动，通过电磁感应作用，在导体上产生电动势E＝BLV L－音圈总长度V－音圈振速
2.优点：电动式传声器不需要极化电压，不需要附加预放大器，性能比电容式传声器稳定，噪声电平较低，结构牢固，寿命长，价格较低廉等。目前广泛使用的电动式传声器绝大多数是动圈式传声器。
§9-1-4电容式传声器
1.原理：依靠电容量变化而起换能作用的传声器。
2.结构：由极头、前置放大器、极化电源和电缆等部分组成
电容传声器极头实际上是一只电容器，电容器两个电极一个固定，一个可动，两极相隔只有几十微米。可动电极是一片极薄的振膜（约25～30微米）
2.特点：灵敏度高(＞0.8mv/mba)，动态范围宽(120dB)、频率响应(从10Hz～200M
Hz) 宽而平直，以及优越的瞬态响应和稳定性。极低的机械振动灵敏度、音质好等，但制造工艺较复杂，比较娇气，成本也较高。由于它灵敏度极其稳定且可绝对校准，可用其精确标定声压。
§9-1-5 驻极体式传声器
1.原理：驻极体是一种永久性极化的电介质，利用这种材料制作的电容传声器，称之为驻极体式传声器。
q宠大乐斗结拜以空气隙和驻极体作绝缘介质，以背极和驻极体上的金属层作为两个电极的介质电容器。
§9-2 耳机
耳机是一种将电能转换为声能的换能器，都是重放声音的。耳机和扬声器功能一样，都是重放声音的，扬声器是向自由空间辐射声能，而耳机则仅在一小空腔内形成声压。用耳机来重放真实声场加给人耳鼓膜的声压，在物理性能上比用扬声器重放要好，在实际使用中，耳机是与人耳耦合的。这样既没有声波间的相互干扰，又不受空间的限制和“混响”的影响。
受话器频带300～3400 Hz 耳机20～20kc
§9-2-1 电动式耳机
1.动圈式耳机，工作原理与扬声器相同。
2.电动式耳机频响宽，音质较好，特别低频响应。
3.结构：振动系统(振膜音圈)，磁路系统(磁体、极等化)，辅助系统，外壳，耳垫。
§9-2-2立体声耳机
放声效果具有立体感的耳机，左、右两只耳机可分别连接在立体声设备的左右两个声道上，并通过“双耳效应”而产生立体声效果。
§9-3 立体声技术
声音感觉的一个重要现象是对于声源的空间印象，即人耳的听觉具有敏锐的方向感。正是由于人耳听觉的敏锐方向感，才有可能形成立体声。上个世纪已有人开始研究立体声技术，它付之实用也已有好几十年的历史了。这许多年来，随着科学技术的发展，已经出现了许多立体声方式。不过作为记录和广播的成熟方式，目前还只有二路立体声，对于尚在试验发展的四路立体声，波前制立体声本章暂不讨论。
此外，理论与实践证明，在二路立体声中，采用耳机作为重放终端的立体声系统的性能要比用扬声器重放的立体声系统优越，这主要是因为前者可以避免重放时环境的附加影响，更加准确地模拟实际声源在人两耳处造成声波状态(例如模拟音乐厅中听者两耳处的直达声、前期反射声与混响声)不过头戴耳机毕竟是一件不方便的事，因此它的实用范围受到限制。实际上，目前立体声系统中还是以扬声器
重放的居多，特别是无线电立体声广播大多数节目提供给扬声器重放的。鉴于这种实际情况，本章不再专门介绍耳机立体声。
§9-3-1立体声的特点
各种立体声方式有其各自的特点，但与单道声相比，立体声可归纳出以下一些主要优点：
第一、声象的分布感：
立体声重放首先给人的感觉是，声音不再像单(道)声那样从一个“点”
发出，而是感到声源(实际上是声源的幻象，简称“声象”)分布到了一个较宽的范围，而且前期反射声与混响声的方向也接近实际情况，这是立体声最突出，最容易被人们察觉到的特点；
第二、清晰度的提高：
由于立体声使人感到各声源(声象)来自不同的方向，因此听起来各声源
之间的掩蔽效应会比单(道)声(各声源来处同一“点”)要弱，从而提高了清晰度。不少人都做过如下很有说服力的试验：请四个人同时朗诵内容互不相关的文章，在使用单(道)声系统重放时，由于这四个人
的朗诵声来自同一“点”。相互掩蔽十分严重，结果哪一个人的朗诵也听不清；但是若使用一个立体声系统(哪怕是一个很简单的二路立体声)，可使用四个人的重放声象分布开来，只要重放环境有足够的声学比与信噪比，人们会利用听觉的方向判别能力分别听清每个人的朗诵，可见立体声系统的清晰度比单(道)声系统要高；
第三、声部平衡的改进
由于立体声重放声象的分布特性，制做立体声节目时处理各声部间的声量平衡就比单(道)声容易一些，效果好一些，特别是那些有独唱、独奏、领唱、领诵等需要突出某些个体声部的节目，立体声可以借助声象位置的安排，使得那些“独”的声部得到突出，又使整个节目保有较自然的接近实际情况的声部平衡；而单(道)声则不得不采取过分地提高那些“独”的声量比例和过分地“拉近”它的声音的办法来突出这些“独”的声部，这就人为地造成单(道)声节目不自然、不实在的声部平衡；
第四、背景噪声影响的降低：
在单(道)声时，背景噪声与有用声音信号由同一“点”重放出来；而在立体声时，由于噪声的随机性，重放出来的噪声声象将被分布到各个方向上去。相比之下，立体声的“分布”开来的背景噪声对声音信号的干扰作用就会比单(道)声的集中噪声显得弱。
总之，立体声比单(道)声能给出更多的信息，更加自然的效果，但是立体声也提出一些技术上的更高要求，所需设备也要复杂一些。
§9-3-2立体声的基本原理
1.能够获得立体声感的基本原因就在于双耳定位效应。双耳定位主要取决于时间差△t和振幅差△p。或者说辨别方向的能力随声音的频率变化而变化。可听频谱中的较低频率完全不能再现立体声的原因，在于人的头部本身决定了某些频率不会产生方向感，之所以如此，是由于两耳之间的实际距离造成的。两耳之间
的平均距离是：16.25～17.5cm 恰好是0.8kc～1KHz 的波长一半(λ＝c
f)当频
率低于1KHz时，由于它的波长大于17.5cm，使声音到达两耳的时间差很小。
再者，高音受头部的遮蔽较强，而头部对低音的遮蔽作用小得多，因而低音到达
两耳几乎是等响的，故不能对低音的方向作出准确的判断。在立体声系统中，对
低于300H Z的声音常常只使用单声道，因而只需要一只低音扬声器。
声音频率在1KHz以上时，时间差和振幅差十分显著，方向感就比较强。如
图所示，声源S声波到达两耳时，声波A比声波B早几分之一秒，加上头部的形              状，前者也稍强一点。若声音直接对着一只耳朵，1KH Z时的两耳声强差只有3dB；
而在10KH Z时则高达30dB，若这时将头转向右面，使脸部对着声源，结果是对于
音频范围内的所有声波半径，每只耳朵接受的声强及相位都是相同的，因此也就
没有方向感。
如果室内有一个持续的声音，两耳实际上就不能确定声源的位置，若声源突然发声，则声源的位置易于决定。因此两耳最易判别出瞬变声音(语言、打出乐器等)的位置。
立体声录音和放音的基本要求要有两路分开的声道，如下图所示：
每一声道的增益和频率响应必须相同，因为声道间的任何差异都会明显地影响立体声效果。联动音量控制器的使用是很重要的一项措施，它能确保通过每一声道的信号振幅与到达每一传声器的声道，振幅具有同样的相互关系。若要声音尽可能逼真，则设备的各部分都应具有完好的频响范围和优良S/V(信噪比)。 §9-3-3立体声拾音技术
为了能得到良好的立体声效果，两个传声器之间的相对位量及传声器与声源之间的距离是十分重要的。立体声录音传声器的布置技术，概括为三种基本方法，即重合式立体声传声技术，和差法及间隔传声器技术。这三种布置形式在方法上大不相同，但都能获得较好的立体声效果。
1.重合式立体声传声器技术：(又称X---Y制拾音方法)(两声道强度差)
要想获得如同置身于录音棚或音乐会中一样的录音效果，通常都使用这种方法。这种拾音方法首先是由英国人提出来的，现在立体声已较多地使用这种拾音方法，又称X---Y制拾音方法。
最早的X---Y制拾音方法是使用“正交重合”8字指向“传声器对”。这里所谓“重合”，指的是使两个传声器的声波接收器在水平面上重合，即两个传声器的接收器在垂直地面的方向上一个在上方，另一个在下方紧紧靠近安装；所谓“正交”，指的是这两个8字指向传声器的主轴方向彼此成90°；这里所说的“传声器对”，当然指的是两个传声器特性一致。
拾音时，要使两个传声器主轴方向把整个拾音范围包括进去，也即两个传声器的主轴方向对拾音范围中线各成45°角，这两个传声器的输出信号分别送入两个声道(主轴向着左方X的传声器其输出信号送入左声道；对着右方Y的传声器输出送入右声道)见下图：

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