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[教程] 电容话筒是什么

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#1 10-3-8 09:31

电容话筒是什么


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有贴子讨论国内什么什么厂家月产音头2W,先不讨论真假,其实2W有如何呢,有很多驻极体电容厂家月产音头超过千万,能算电容话筒著名厂家吗?

电容话筒音头只是电容话筒的一个部件而已,即使你购买了Neumann的音头,如果你的话筒的网子结构设计不好,线路设计不好,结构设计不好,最后仍然是一个败笔,咱这里先了解了解电容话筒是什么,然后再争辩争辩。

电容话筒属于话筒家族里面规格种类比较多的一类话筒,这里就个人了解的一些与大家分享。

电容话筒,之所以称作为电容话筒,是因为其音头是两个金属电极组成,两个电极形成电容,其中一个电极是能随着声音信号移动的,另外一个电极是固定的。当两个电极之间的距离发生变化之后,电容量就会变化,将电容量的变化转换成电信号,就是实现了将声音信号转换成电信号的目的。

由于两电极之间的距离变化非常小,可能只有5%微米,相对于两个电极之间的固定距离(10~50微米)来说非常微小,所以近似认为在将距离变化转换成电信号的时候,还是线性的,所以近似认为电容话筒产生的信号基本上是原始的声音信号的还原。
当然,如果声音特别大,导致电容音头的电容量变化特别大的时候,或许会超出我们认为的线性范围,这时候,就是声音失真了。一般来说,我们的耳朵能承受的声音,基本上还不至于导致电容话筒的音头失真,所以,理论上都认为电容话筒的音头不存在失真问题。唯一可能的是火箭发射以及原子弹爆炸等的巨大声音可能会导致一般电容话筒的音头的失真,所以,测量火箭发射以及原子弹爆炸等声音,需要使用特制的测量话筒去测试。
之所以电容话筒还有一个参数"失真"或者"最大声压级",是因为其内部有一个放大器,放大器存在最大能承受的电信号或者最大能输出的电信号的问题,所以电容话筒的失真是指其内部放大器的失真,而不是电容音头的失真。如果内部放大器设计的足够好,理论上就不存在失真问题。
以上,电容话筒的音头能将声音信号转换成电容量的变化,这只是音头完成了将声音的波转换成电容量的变化,并没有产生电信号。 我们需要的是电信号,所以需要将音头得到的电容量的变化转换成电信号。

一般的转换方式有极化电压的方式(DC直流电容传声器)与非极化电压的方式(RF射频电容传声器)。在电容话筒被发明的初期,由于在当时条件下,可能没有阻值很高的电阻,所以无法采用极化电压的方式,就采用了RF射频的方式.
RF射频方式:把电容话筒的音头作为高频震荡线路的一部分,当音头的电容量变化后,震荡线路的频率以及相位会发生变化,再设计出解调线路,将频率的变化或者相位的变化转换成电信号就得到了我们需要的最终信号。
一般的RF方式的震荡频率在8MHz左右,电容音头的自身容量在30pF左右,此时30pF的容抗大概是660欧姆,所以RF射频话筒的内部线路不需要很严格的屏蔽措施也不会产生很严重的噪声,主要噪声来源是震荡器的稳定性。
RF射频电容话筒不需要给音头提供极化电压,所以音头的膜片可以很松弛,专业的话说就是谐振频率非常低。而且由于没有极化电压,两个电极之间就不会存在电场力阻碍膜片的运动,所以,RF射频话筒的瞬态响应一般都非常好。特别是低频特性可以做到很好。Sennheiser的系列RF射频话筒可以测试2Hz甚至更加低的声音信号。
RF射频话筒的主流厂家是Sennheiser,早期的产品有MKH406/MKH416/MKH816等等,价格都在10000元左右。这些话筒,在北影厂能找到几百支。后期有很大一系列如MKH20,MKH30,MKH40,50...都是非常棒的RF电容话筒,价格更加昂贵。  其他也有一些厂家生产RF射频话筒,但非常少,因为音膜的生产技术以及匹配的射频线路设计技术比较复杂,很少厂家掌握这些技术,据个人知道的,早期的有Sony的C74,C76. 最近几年有个别厂家也在生产RF射频话筒。
除了以上的RF射频话筒,市场上见到的基本上都是DC极化电压方式的电容话筒包括测量话筒基本上都是DC极化方式的。
DC极化电压方式:在电容话筒的音头的两个电极上加上固定的极化电压,当电容量变化后,由于电容上的电荷与电压以及电容量需要遵循Q=C*U的原则,于是产生充电放电,这个充电放电的电流转换成电压信号后就是我们需要的电信号。
DC极化电压方式的条件下,音头的容抗非常高,音频信号的频率一般在20Hz~20KHz,在20Hz的条件下,30pF的音头容量的容抗大概是265兆欧。所以DC极化电压方式,需要有输入阻抗很高的"放大器"将音头上的信号取出来,而且音头需要做好屏蔽,当然"放大器"也需要做好严格的屏蔽工作,否则全部是噪声。这个"放大器"实际上只是一个阻抗变换器,目的是把音头的高阻抗转换成可以传输的低阻抗,所以,电容话筒里面的"放大器"一般没有放大作用,只是阻抗变换作用而已,以便最终的信号能够在一般条件下进行传输。
DC极化电压加到电容话筒的音头上有两种方式:
一种是通过很高阻值的电阻把直流电压加到电容音头的两个电极上(在交流等效电路上,这个高值电阻相当于是音头的负载电阻,如果阻值低,那么音头产生的低频信号就会大多数被此电阻消耗掉,因为低频的时候,音头的等效容抗2即信号源内阻非常高,所以,如果要低频频响好,此电阻必须足够大),通常称为外加极化电压方式,有的电容传声器规格书里面会注明是 "纯电容话筒" 或者 "外加极化电压电容话筒" "external polaring".   这类外加极化电压方式的纯电容话筒,生产工艺、线路设计等,比后面要说的驻极方式复杂、精密的多,所以价格也相对高一些。大家熟知的经典电容话筒 Neumann U87就是典范,国内的朋友们比较熟悉的就是北京七九七的NT2s、CR616之类的,她们都属于1英寸大膜片纯电容话筒。
另外一种就是驻极方式,即电容音头的两个电极中的一个的表面覆盖上一层驻极材料,这个驻极材料上可以保存一些电荷Q,这些电荷不会短时间内消失(估计5~10年内不会消失完),于是根据Q=C*U原则,在音头的电容上产生电压U,当C变化后,U出现变化就得到我们需要的电信号。
这一类话筒又分为两类:膜极化与背极化。 膜极化就是电容音头的可动电极--膜片的材料采用驻极材料,可以存储电荷,缺点是膜片的材料受到限制并且因为膜片总是不停的在振动,相对来说存储的电荷的长期稳定性受到威胁。当然在成本上比较便宜一些。  背极就是在音头的两个电极的不动电极--极板上覆盖驻极材料,克服了膜极化的缺点。
驻极体电容话筒与纯电容话筒相比较,比较明显的优点是:驻极电容话筒不需要给音头外加极化电压,电路设计要求降低,工艺简单化,成本降低, 所以比较适合做低档应用。比如几乎大家都有的手机里面的小话筒,几乎都是驻极体话筒(当然,可能有的人已经使用上最新技术的硅麦克风手机,那也属于电容话筒的一个分支--贴片化低极化纯电容麦克风,音质估计不会比驻极体话筒好)。
驻极体话筒里面,生产量最大的就是手机使用的低档咪头,4~6毫米直径,非常便宜,批发价格才1元人民币左右。通常见到的会议用鹅颈话筒,也是驻极体音头,多数是9.7毫米直径的音头。
也有很多驻极体类的录音话筒,这些驻极体类的录音话筒都是背极类的,所以规格书上多数会写着"背极电容话筒"、"back electret". 也有很多厂家为了不然客户清楚知道其音头是驻极体的,在规格书上简单写着"电容音头"。
驻极体类话筒中比较经典的是AKG的系列话筒,国内曾经大量流行的是AKG C3000,C4000这样的大膜片驻极体话筒,价格不菲,其实性能未必比国产的纯电容话筒好,但是由于客户迷信品牌,AKG赚了很多钱。见到过早先的AKG C3000是一个1英寸大膜片背极音头与一个6毫米的小驻极体音头的组合。 AKG的大多数话筒都是驻极体类话筒,包括近来面世的系列便宜的"大膜片"话筒,比如其最新出品的AKG perception-120USB 24比特的USB话筒,音头也是一个3/4英寸,即16毫米的驻极体音头。跟北京七九七的CR626,Behringer C-2, 铁三角 At2020(USB)等话筒里面使用的音头都差不多。估计这些东东都是北京七九七的同一条流水线上的产物。为了让用户晕乎,所以在宣传的时候,很多厂家都把16毫米的音头作为"大膜片"宣传,有的是在16mm音头的前面增加一个塑料盖子,让人感觉是一个1英寸的大膜片音头...

总的来说,
电容话筒里面的RF射频话筒的音质、噪声等普遍优于DC电容话筒;
DC电容话筒里面,在膜片尺寸相同的条件下,外极化方式的比驻极体方式的性能要优越;
驻极体方式的里面的背极方式比膜极方式好。
电子管的放大器比晶体管的放大器音质暖和。
测量话筒的膜片的谐振频率最高,所以频响最宽,但是音质最糟糕。
选择话筒的时候,不要被厂家的说明书里面的"大膜片" "电容话筒"等字样迷惑,很多厂家的话筒规格书里面的" 大膜片"是指16毫米音头而不是1英寸音头,很多厂家的规格书里面的"电容话筒"实际是驻极体电容话筒

[ 本帖最后由 MIC629 于 10-3-8 10:44 编辑 ]
观众反应

1499
#2 10-3-8 09:46
这里砖家比较多,小心飞砖,我先闪一步

13792
#3 10-3-8 10:03
技术贴顶一个!

1297
#4 10-3-8 10:54
学习了。后面更精彩。

3361
#5 10-3-8 13:02
感谢楼主这样的文章!~

6727
#6 10-3-8 14:32
终于看完了...................

230
#7 10-3-8 14:57
好东西,学习了

2083
#8 10-3-8 16:36
学习&收藏了

192
#9 10-3-8 22:25
好文!学习了 楼主辛苦

843
#10 10-3-8 22:28
楼主好文章,值得收藏啊

仅就楼主文章中所述的两点讨教一下,望不吝赐教:

1)电容话筒的失真是指其内部放大器的失真,而不是电容音头的失真。如果内部放大器设计的足够好,理论上就不存在失真问题。
我的看法:电容话筒的放大器,顶多就是个十倍放大吧?一个十倍的音频放大器,要做到万分之一的失真度,在中学的物理实验室里就能做得出来。按照你的观点,音头是零失真,电路又是耳朵分辨不了的失真,那么音乐人手头的电容话筒能听得到失真从哪里来的呢?现在的电容话筒管他是进口还是国产,能听得到的
失真比比皆是,但是你用信号发生器从场效应管栅极输入,得到的又是失真度极低的输出信号。请问失真从何而来?


2)电容话筒里面的RF射频话筒的音质、噪声等普遍优于DC电容话筒
这句话不敢苟同,做个试验:把RF的射频话筒里的电容拿出来,单独加上DC(按照你的说法,当时是没有大电阻,现在有了),你说它的表现会比在射频状态下更差吗?
说得更加明白一点:无线话筒接收器输出的音质会高于里面的咪头的音质吗?
观众反应
:专业

671
#11 10-3-8 22:56
顶!感谢楼主
还希望楼主能把坛子上常见的话筒归一下类,也好让我们知道他们的类别,方便选用购买,以免被忽悠。

245
#12 10-3-9 09:27
其实我也不是很专业,关于失真, 其实我们应该清楚,话筒在整个音响系统里面只是一个环节。 整个音响系统里面,失真最大的应该是喇叭或者耳机, 所以 我们通常听见的应该是喇叭的失真 而不是话筒的失真, 如果能听见话筒的失真,那么您的话筒就太糟糕了,因为一般来说,录音话筒一般都能承受120  dB SPL以上的声压。 但喇叭要产生120dB SPL以上 而且失真非常小(0.5%)的声音,估计不容易。 所以几乎没有一个话筒厂家去使用喇叭放声后测试话筒的失真的大小。这也就是话筒的失真一般是指其内部放大器的失真的原因,因为找不到不失真的音源来测试话筒的失真。
而且电容话筒里面的放大器其实不是放大作用的,只是阻抗变换的,相当于一个跟随器而已, 电子线路书上有介绍,跟随器线路属于强烈负反馈,所以失真是比较小的。

RF话筒与无线话筒是两个概念。
1 RF射频话筒的提出,首先是因为高阻问题,因为如果要电容话筒的低频响应好,就需要非常阻值高的电阻,才能使得低频从音头传输到放大器不损失。
2 其次,由于射频的应用,不需要给音头加极化电压,至少一般电容话筒的潮湿天气吸膜噪声问题就很大程度被解决了。
3 再者,由于不需要极化电压,所以,膜片的谐振频率可以做的非常低,曾经试验过用烙铁焊接音膜的引线,这时音膜会像小喇叭一样发声。
4 没有极化电压,就不存在电场力阻碍膜片的运动。
因为以上的原因,所以音膜的瞬态响应与相同尺寸的极化电压的音膜相比,要好得多。 可惜目前没有对瞬态响应的测试指标,只能靠耳朵去感觉。
再者,RF射频话筒里面 调相然后不经过任何射频传输后直接解调,所以与通常意义上的无线话筒不可同日而语的。
再看看无线话筒:
1 音头 只能采用动圈或者便宜的背极电容, 动圈音头,就不用说了,频响永远不如电容。 便宜的背极音头甚至昂贵的背极音头,与纯电容音头是无法在一起比较的。 所以从音头上, 无线话筒的音头就已经比RF射频话筒的音头差别不是一个数量级了, 所以几乎没有用无线话筒作为录音使用的,无线话筒,至少目前阶段只能作为现场使用。
2 无线话筒 为了保证传输的稳定已经频道干扰等问题,一般来说最大频偏+/-15KHz,而且为了保证信噪比动态等问题,需要进行预压缩预加重 接收到以后再解压缩去加重等等处理,最终的信号的信噪比 动态 等 无法与RF射频话筒的纯粹未加工的天然声比较的。
以上个人看法。

843
#13 10-3-9 10:04
您可能理解错了我的问话,我不是要把RF话筒和无线话筒相比,

我是要把RF话筒的电容音头本身的特质和经过射频调制以后再还原的音质相比
或者说我是要把无线话筒里面动圈音头的特质和动圈音头经过调频解调以后再还原的音质相比

您认为这两个比较,何者为优呢?


还有一个问题请教:您说AKG3000是驻极体话筒,而我维修的数量不多的AKG3000,没有一个发现是驻极体话筒,舒尔的16毫米单振膜极头也不是驻极体话筒,可否明示一下?或者给个图欣赏欣赏?

245
#14 10-3-9 12:37
老陶先生,您提的问题有点不好回答
RF射频电容话筒里面的音头,只能在RF射频线路条件下工作,与一般的DC极化电压线路无法匹配工作,所以没有RF射频线路的条件下,RF射频话筒的音头不存在技术参数,也就是她本身没有后极的匹配的线路,她就是一个无意义的东东。
所以就无法比较其经过射频线路前后的性能的差异。
至于动圈音头,她是可以直接输出信号的,经过无线调制解调以后,只会变差不可能变好。 当然看您如何理解了,如果你在调制解调的过程中进行频响均衡,那么最终频响也会变好,但信噪比以及动态等参数不会变好的。
就好比去比较一个话筒经过调音台前后的参数基本上是无意义的,因为这有耐于调音台设计的好坏。但是再好的调音台也无法把一个本来很差的话筒变成非常棒的话筒,否则我们还花钱买昂贵的话筒作啥,直接买个好调音台不就完事拉拉。所以,即使您的无线技术很高,也需要尽量挑选使用好的音头才能使得最终的系统性能好一些。

至于AKG的C3000以及其他话筒音头是不是驻极体的,我没有水平看出来,因为背极驻极体与纯电容从外形上是区分不出来的,只能从电路设计去分析。
http://www.akg.com/site/products/powerslave,id,220,pid,220,nodeid,2,_language,EN.html
Service documentation (PDF, 179,5 KB)
从C3000的电路原理图上才能看出她是驻极体的,至于是不是背极,一般来说膜极化很少采用在录音话筒的音头上,所以应该是背极 驻极体。
AKG的Perception 120 USB 话筒的说明书里面已经说的很清楚是 17mm的音头,但因为大家都知道背极音头比纯电容低一个档次,所以就省略了“背极”一词。
http://www.akg.com/site/products/powerslave,id,1162,pid,1162,nodeid,2,_language,EN.html
User manual (PDF, 7,21 MB)

这里有参数显示其是背极音头。
http://www.google.cn/search?hl=zh-CN&source=hp&q=Perception+120++USb+electret&aq=f&oq=
The Perception 120 USB is a small-diaphragm electret condenser microphone with a built-in ADC offering 24-bit resolution. It is essentially a USB version of the Perception 120, and appears to be identical in most published specifications.
The capsule, as in the Perception 120 (XLR), is a 2/3'', back-electret design。

139
#15 10-3-9 15:29

楼主辛苦了!

说了这么多,又解释了这么多,难为您了!!

您发了这么多AKG的英文资料,顺便也翻译一下啥,难免有个别教授看不懂或者不明白!
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