3.1 话筒
话筒又称传声器，也是传声器的俗称，音译作麦克风，是一种声电换能部件，其作用是将音频声信号转变成音频电信号。
3.1.1 话筒的分类与工作原理
（1）话筒的分类
话筒按换能原理可分为动圈话筒和电容话筒两大类，其中电容话筒又可分成非驻极体电容话筒和驻极体电容话筒两类。此外还有一种带式话筒，但是使用条件比较苛刻。
话筒按指向性又可分为三大类，即全指向型（又称圆形指向型、无指向型）、单指向型、双指向型（又称“8”字型指向型）。其中单指向型话筒中常用的主要是心型和超心型两种指向型。
（2）动圈话筒工作原理
动圈话筒的结构如图3-1所示。当振膜受到声压P的作用时会产生振动，处在磁场中的粘在振膜上的音圈（由外面包有绝缘漆的导线绕成，一般是漆包铜线绕成）也会跟着振动。这样，音圈在磁场中做切割磁力线运动，音圈导线两端就产生感应电动势，从而将声信号转变成电信号。其中振膜和音圈构成振动系统，磁体、瓷碗、磁靴构成磁路系统。
（3）电容话筒工作原理
电容话筒是一种靠电容量变化而起换能作用的话筒，如图3-2所示为最简单的压力式电容话筒换能部分的示意图，振膜和背极形成的电容，就是它的换能系统，它的振动部分就是振膜。当声压P作用在振膜的一侧时，会产生正比于声压的力，使振膜振动，引起声电换能元件的电容量变化，产生正比于声压的电压输出，实现将声信号转变成电信号的功能。
图3-1 动圈话筒及其结构图
图3-2 电容话筒及其结构图
（4）驻极体话筒工作原理
早期的驻极体电容话筒结构示意图如图3-3所示，这是用驻极体高分子薄膜材料作振膜的结构。后来出现了在背极上覆以驻极体高分子材料，将电荷驻在背极上的，称为背极驻极体。这种背极驻极体电容话筒要求工艺复杂，但是性能稳定。目前，背极驻极体电容话筒已是音响设备中使用的驻极体电容话筒的主流产品。驻极体电容话筒，不用外加极化电源，它的极化电压在制造时已经通过特殊的高温、高电压方法，将电荷驻在话筒内部的塑料膜上了，形成了自备的极化电源。图3-4是驻极体电容话筒工作电路原理图，在驻极体电容话筒中包含了音头和场效应晶体管，它的两个端子中，一端是公共地端，另外一端既是外加电源端，又是信号输出端，其中R是外加的负载电阻，C用于隔断直流，仅使交流音频信号可以通过，然后输出到调音台输入口等。常见的鹅颈话筒（俗称会议话筒）就是用驻极电容话筒作为拾声音头的。还有无线话筒中，也经常采用驻极体电容话筒作为拾声的音头，尤其是领夹式和耳麦式无线话筒中所用的音头。
图3-3 驻极体话筒及其结构图
（5）界面话筒工作原理
压力区话筒（PZM）是界面话筒的主要类型，和其他类型界面话筒，如相位相干心型话筒（PCC）一样，是近年来发展起来的，具有独特结构及技术特性的新型话筒。它的性能优良、放置方便、安装隐蔽性好，有宽而平坦的频率相应、较高的灵敏度、纯正的音质及小体型，很受音响界青睐。放在墙壁上、天花板上、地角上、桌面上、乐谱架上都很方便。
图3-4 驻极体话筒工作电路原理图
话筒在拾音过程中除了拾取到直达声外，也拾取了从各个界面来的反射声，这样，由于直达声和反射声到达话筒振膜的时间差（不同频率有不同相位差），直达声和反射声的叠加，发生声干涉，有可能出现梳状滤波现象，在高频段出现周期性峰谷，最终使话筒的频响特性表现出明显的起伏，影响了拾音质量。界面话筒的设计是在话筒受声面附近人为地设置一个质地坚硬、表面光滑的全反射面，使声波从这个反射面到达话筒的反射波比其他反射面的反射波强，并且保证这反射波在话筒有效频率范围内不与直达声产生干涉。这就要求反射面的线度要大于声波半波长，反射面与话筒受声面之间的距离应小于声波半波长。
图3-5所示为PZM界面话筒外形和使用状态。压力区话筒采用无方向话筒单元，并使话筒振膜平行于平反射板安装。由于结构设计合理，使声源的直达声和反射声几乎同时达到PZM的振膜上，理论上灵敏度相对可以提高6dB，其指向特性为半球状方向性。相位相干心型话筒（PPC），采用单方向话筒单元，并使话筒振膜垂直于平板安装，在正面方向上灵敏度提高了3dB，其指向特性为心型。界面话筒基本上没有非轴向声染色现象，灵敏度高，有效拾音区域大。
图3-5 PZM界面话筒外形和使用状态
图3-6 铝带话筒及其结构示意图
（6）铝带话筒工作原理
目前市场上出售的带式话筒主要是铝带话筒，其工作原理和动圈话筒相似，只不过它的振动系统不是音圈和振膜，而是一条悬挂在磁场中的有波纹的薄铝带，它兼有受声面（振膜）和音圈的双重身份。铝带受声波作用而发生振动，并切割磁力线而产生感应电动势，达到声电转换的目的。铝带话筒的振动系统质量小，因而它的瞬态效应好，振动系统的谐振频率很低，使得话筒的有效频率范围处于质量控制区，话筒的灵敏度几乎不随频率变化，所以频响曲线比较平直。由于铝带的长度远远小于动圈话筒音圈的长度，所以灵敏度也远远低于动圈话筒，并且铝带呈现的阻抗非常小，为此，需要附加一个音频升压变压器来提高灵敏度和输出阻抗。铝带话筒的音质柔和，受到外界振动容易损坏，并且不适合在有风的环境使用，一般适合固定悬挂在录音棚内使用，而不适合作为经常移动的场合使用。铝带话筒的结构示意图如图3-6所示，悬挂在磁场中的波纹铝带，既是振膜又是音圈。
（7）无线话筒工作原理
无线话筒工作过程大致如下：话筒将声音的声波转换成音频信号，以调频的方式调制成一个超高频信号，并通过天线向空间发射出去。接收时，采用一个调频接收机，用天线接收载波信号并经过高放、解调、中放、比例鉴频、前置级、放大级，最后输出一个音频信号。
无线话筒从结构上可分两类：一是领夹式话筒，将话筒极头用领夹夹在衣领上或用别针别在下颌部位的衣服上，适合在艺术舞台中使用，如歌剧、话剧、戏曲演出中，主要演员常佩戴这种话筒。二是手持近讲话筒，适合主持人和通俗流行歌手演唱使用。两种无线话筒的接收机都是相同的。
无线话筒发射机各单元见图3-7。其中，话筒用于拾取空间的声波。话筒极头可选用动圈式话筒极头，也可以选用驻极体话筒极头和电容式话筒极头。音放为音频放大电路，它将由话筒极头拾取的音频信号电平加以放大并进行调制，成为调频信号，送入混频电路。本振为本机振荡器，采用石英晶体振荡器，产生甚高频载波信号，送入混频电路。混频电路将音频信号和载波信号叠加混合，送入高频放大电路中。高频放大电路将带有音频信号的载波的电平加以放大。隔离发射电路把载波信号的电流（即功率）加以放大，才能够通过天线向空间辐射。
图3-7 无线话筒发射机电路框图
无线话筒接收机各单元见图3-8。其中，天线用于接收空间的甚高频载波信号。高放为高频放大器，它将通过天线接收的高频信号加以放大，送入混频器。本机振荡器采用石英晶体振荡器，产生比发射机高465kHz的载波信号，送入混频电路中去。混频电路把带音频信号的载波信号和本振载波通过混频电路在相位上进行相差，即把载波信号差掉，留下中频的信号。中频信号通过中放（一级、二级和三级中放）把音频信号进行高倍数放大，然后通过鉴频电路把调频方式的音频信号转换成为调幅方式的音频信号，再经前置放大把音频信号再加以放大，以满足下一级工作的要求。最后通过小型功率放大电路，将音频信号的能量加以放大，使音频信号的电压达到0～4dB的电平，送到调音台的输入端。
图3-8 无线话筒接收机电路框图
对无线话筒的使用要求：
①舞台上使用的无线话筒载频，都选在甚高频或超高频频段。因为超短波都是以视线方式传播的，所以接收机的天线尽量要与发射机近一些。
②其间最好没有障碍物，尤其要避开金属结构，如台口灯光架、通风管道等金属框架，否则信号会被吸收掉或引起超短波的反射，使接收机上的天线感应场强下降，使噪声增大。
③发射机天线一定要顺着人体垂直于地面。
④所有发射机天线不能与外壳相碰，否则会产生“喀喀”声。
⑤避开死点区：无线话筒在舞台上有时会听到“沙沙”声，拾音消失。这就要求在演出前调试时找出死点区，并做记录，让演员在舞台上避开死点区，还可以调整天线角度来消除死点区。
⑥双接收式天线话筒：为了提高无线话筒的质量，目前各厂家都选用石英晶体振荡器，这样频率在较大的温度变化环境下，能够取得比较稳定的工作状态。为了更好地保证接收稳定性，采用了双接收机，即用两根天线同时接收一个频率的信号，进入两个高放电路中，然后进行比较，将其中信号大的一路送到下一级。将另一路电路关闭，电子开关速度很快，人耳辨别不出来，从而减少了在舞台上出现死点的现象。
⑦选用无线话筒时，发射功率尽量要大一些，它的接收频率范围也就大一些，可相对地减少死点的出现。但是，过大的功率消耗也会很费电，一般选在50mW就可以了。
⑧使用无线话筒不要过多：一般不超过4只。使用过多的无线话筒，由于其频率接近，所以会产生相互干扰，影响整体的接收效果。
⑨音响师不仅要自己会使用无线话筒，而且要能指导演员，如佩戴话筒时如何操作，包括位置、距离、角度等。
⑩话筒拾取声音的大小与话筒和音源之间的距离2次方成反比，所以演员在演唱时，嘴和话筒之间要保持一定的距离，以保证语言、歌声动听而又不模糊。如果距离不合适，会产生以下几个方面的缺陷：一是距离太远，话筒输出信号电压过低，噪声相对增大，声音轻微，其音色细节难以表现，缺乏亲切感。二是距离过近，低音容易失控，产生近讲效应，造成声音模糊不清，在大信号时，喷口容易使话筒过载，使音色严重失真。一般距离应在10～20cm范围内。话筒与音源的距离还需通过对不同演员进行不同歌曲的试听来选定。
3.1.2 话筒的特性
（1）灵敏度
话筒的灵敏度以话筒输出端的输出电压和输入端的声压之比表示，单位为mV/Pa，该指标表征了话筒的声-电转换能力。话筒灵敏度有空载灵敏度、有载灵敏度、声压灵敏度、声场灵敏度之分，一般音响工程中使用的是声场有载灵敏度。
灵敏度可用分贝值表示，计算公式为：
式中，n为用mV/Pa表示的灵敏度数值；1V/Pa为灵敏度基准值。
例如，灵敏度10mV/Pa转换成分贝值为：
（2）频率响应
频率响应是指话筒的正向灵敏度随频率变化的一条特性曲线，表征话筒灵敏度随频率变化情况，如图3-9所示。
图3-9 话筒频响曲线
（3）指向性
话筒的指向特性是指话筒的灵敏度随声波入射的方向而变化的特性。在专业性较强的话筒技术说明书中，话筒的指向特性通常用指向性图案来表示，并用圆形极坐标纸标出，如图3-10所示，可直观地看出话筒的指向特性。
指向性指标一般用话筒正面0°方向和背面180°方向的灵敏度之差来表示，图3-9就是0°和180°时话筒灵敏度的频率响应曲线。这个差值越大，说明话筒单指向性越好。差值大于15dB称为强方向性话筒。图3-10所示为典型的心型指向性图案，实际图案一般不是这样规范，是不对称的心脏型。
图3-10 话筒指向性极坐标图
常用的话筒指向特性有三大类，即全指向型、单方向型和双方向（8字）型。全指向型表示无论声波从什么方向入射到话筒，话筒的灵敏度均不变，所以也称圆形指向型或无指向型。单方向型特性表示声波从0°方向入射到话筒时灵敏度最高，偏离0°方向时灵敏度降低，在180°左右的灵敏度最低，例如心型、亚心型、超心型、锐心型指向特性。双指向型指向特性表示声波从0°和180°方向入射时灵敏度最高，随着偏离这两个角度灵敏度降低，在90°和270°时灵敏度最低，其指向特性曲线类似于8字，故也称“8字型”指向性。表3-1所示为常见的话筒指向性图案和相应的极坐标方程。此外还有强指向型、超强指向型、宽角度指向型等，是为特殊场合使用而专门设计的。
表3-1 话筒指向特性图和极坐标方程
对于不同指向性话筒，声波从不同角度入射，大致的灵敏度可以从公式计算得到，当然具体到某厂家生产的某型号话筒的指向性特性会与计算结果有些差别。另外，频率不同，其指向特性也会有变化。
（4）谐波失真
当一个声频信号作用在话筒振膜上时，在输出端的声频电信号中也会出现一些输入声信号频率以外的新频率成分，这些新频率成分，就是新增加的谐波成分。这种现象称为谐波失真，一般用谐波失真度来表示，计算公式为：
式中，E1为信号电压基波的有效值；E2、E3……En为谐波成分的有效值。
现在国内外话筒说明书中标注的失真全部为电失真，不包括膜片和声路的声失真。声失真（包括动圈话筒）测试需要失真极小的声信号作为测试用信号，而要产生失真极小的声信号本身就很难，测试成本高。
（5）固有噪声
在理想条件下，作用于话筒的声压降至为零时，话筒输出端的电压为噪声电压，即话筒没有声波入射时输出电压的大小。这项指标在动圈话筒中一般不标注，因为动圈话筒只有屏蔽不好时，在可控硅灯光等强电磁场环境中才会出现噪声。而电容话筒，由于受电子元器件的热噪声影响，再精心设计和精心制作，也会出现噪声，只不过能够做得噪声越小越好。噪声电压通常没有突出的频率，而是一个较宽的噪声频带，它决定着话筒所能接收的最低声压级的拾声能力。
（6）等效噪声级
将声波的声压作用在话筒上，使其产生的输出电压同话筒固有噪声产生的输出电压相等，则该声波的声压级等于话筒的等效噪声级。也就是说，在没有给话筒加声压时，由于话筒电路产生的噪声电压的大小，相当于在话筒上加了多少声压级的声信号所产生的电压。等效噪声级的计算公式为：
式中，u为噪声电压，单位为mV；P0=2 × 10-5Pa，为基准声压；S为话筒灵敏度，单位为mV/Pa。
例如某话筒的噪声电压是5μV，灵敏度为10mV/Pa，那么其等效噪声级为28dB。对于电容话筒的等效噪声级要求不大于6dB（A），这里指的是A计权等效噪声级，也就是噪声电压是用A计权测量的，等效噪声级比固有噪声更加确切。单独标出话筒的固有噪声，还不能反映话筒真正的噪声水平。因为噪声和灵敏度直接相关，灵敏度越高，噪声相对就大，同样一个3μV噪声的话筒，对30mV/Pa的话筒来说，等效噪声级就显得很小，只有14dB，但对10mV/Pa的话筒来说，等效噪声级就高了，大概为23.54dB。换句话说，5μV噪声电压的话筒的噪声听起来不一定就比3μV噪声电压的话筒大，其道理就在这里。
（7）最大声压级
当话筒输出电信号的谐波失真大到一定允许值时，输入话筒的声压级称为话筒的最大声压级。一般电容话筒的最大声压级为126dB左右，谐波失真在0.5%以内就是比较专业的话筒了。这里也要说明，所谓的谐波失真在0.5%或1%以内的测量，也只是指的对电容话筒的电路部分的测量，并不是真的通过加声信号来进行测量。
（8）动态范围
话筒的动态范围是指话筒最大声压级减去等效噪声级，一般可以达到100dB。它反映了话筒所能接收声音大小的范围，上限受谐波失真限制，下限受固有噪声限制。
（9）信噪比
目前有一些生产商在话筒的技术指标中标出了信噪比，却不标等效噪声级，这种情况一般指额定信号声压为1Pa时的信噪比。例如，标明信噪比为74dB，则表明等效噪声级为20dB。
（10）瞬态响应特性
话筒的瞬态响应特性是指话筒的输出电压跟随输出声压级急剧变化能力的特性，目前还没有固定的测量方法。通常认为，输出电压频率特性在较宽频带内平直，不含有尖锐的峰谷是瞬态特性良好的条件。
（11）输出阻抗
输出阻抗又称为话筒的源阻抗，它是话筒对1kHz信号的交流内阻。源阻抗在150～600W之间的话筒是低阻抗型的，在1000～4000W之间的话筒是中等阻抗型的，高于25kW的话筒是高阻抗型的。广播用话筒通常是低阻抗型的，以免用长电缆来连接时成为混入交流声或造成高频损失的原因。话筒的负载阻抗，即调音台或录音机的输入阻抗应大于话筒输出阻抗的5倍以上，以进行电压匹配。例如，话筒输出阻抗为200Ω时，所接负载的输入阻抗应等于1kΩ，这一数值就是目前大部分调音台的输入阻抗数值。
（12）极性
话筒的极性指话筒的输出电信号的极性与声学输入信号之间的关系。意为当声压将话筒振膜向里面推进时（正声压），卡侬头上2脚产生一个正电压。
如果有些话筒的极性连接正确，而有些极性连接不正确，那么在把这些话筒线混合为单声道时，其低音会消失。
3.1.3 话筒的选用
话筒是拾音工艺中的重要部件。在拾音过程中如何正确选择各种话筒，如何安排好话筒的位置、高低、远近、角度是非常重要的。话筒使用得当与否，会直接影响到拾音艺术效果的好坏。所以，在各种不同的拾音过程中，要根据不同声源的声压级、动态范围、频率范围、声场的音响条件等来选择话筒和安排话筒的布局，同时还要了解各种话筒的特性。
（1）动圈话筒
1）动圈话筒的优点：
①体积小，便于手持，在舞台上和KTV中，都使用动圈话筒（体积小就是原因之一）。
②价格比较合理，普通的动圈话筒价格都在几十元到几百元不等，超过千元的都属于高级的动圈话筒。
③指向性比较好，超心型的指向性不易产生啸叫。
④比较结实，不易损坏，一般的磕磕碰碰是奈何不了动圈话筒的。
2）动圈话筒的缺点：
①高频不够，低频过多，声音稍显憋闷。
②声音频响范围较差，只有50HZ到16kHZ。
③灵敏度较低，无法捕捉声音细节。
（2）电容话筒
1）电容话筒的优点：
①声音非常真实、有力、饱满。
②各个频段的拾音状况良好。
③灵敏度比较高，可以捕捉到歌手演唱与乐器演奏的很多细节，例如歌手的嗓音特质、乐器的演奏手法等。
④可以承受的声音动态范围更大，这都要归功于那个大面积的膜片，一些电容话筒可以内置电子管，让声音更加温暖，这种话筒可以叫作“电子管话筒”。
2）电容话筒的缺点：
①工艺复杂、生产成本较高、导致市场价格较高。一般性能说得过去的电容话筒都要在1000元甚至更高的价位，真正能够进行出版级电容话筒，价格以万元单位来计算。
②电容话筒比较娇贵，膜片容易受潮，更加速受潮程度。电容话筒可能被修复，但是最大的可能是音质性能急剧下降甚至干脆报废，所以我们一定要正确使用电容话筒。
（3）无线话筒
1）无线话筒的优点：
①具有频带宽、音色好、失真小、动态大。
②无线话筒很小巧，无需导线与放大器等设备相连接，所以使用者可将它佩戴在身上，自由走动而不受限制。
2）无线话筒的缺点：
①很难放在理想的位置，由于演员服装的厚度及材料等不同，对发射机工作频率响应有较大的影响。一般来说，服装越薄越好，服装越厚高频损失越大，严重时会感到演员的声音发闷或不清晰。
②要注意发射天线与接收天线之间的关系，金属反射物越少越好，这有利于无线电波直接传播，接收电磁波强了，噪声也就相对减小了，接收死点也可以得到进一步的改善。特别要注意防止干扰，晶闸管调光器、电风扇、变压器、日光灯以及电台或电视现场实况转播对发射机和接收机都会有干扰。
③所拾取声音无远近感和环境感，同时声音的透明度较差。
（4）鹅颈会议话筒
因为这种话筒支撑音头的托杆比较像鹅颈，故得其名如图3-11，鹅颈式会议话筒与耳麦基本相同，都是采用驻极体结构的，所以也没什么本质的区别，一般使用干电池供电并有开关。
图3-11 JSL鹅颈会议话筒
（5）手拉手会议话筒
它采用话筒首尾串联连接的方式，即第一只话筒接到会议主机后，从第一只话筒引出一根线接上第二只话筒，然后从第二只话筒引出一根线接到第三只话筒，依次串联几十个，因此得名手拉手话筒，如图3-12。优点是采用串联连接，接线简单，有互控功能。缺点是中间一个话筒坏了后，其后接话筒可能会失效。
图3-12 BOSE手拉手会议话筒及其连接图
（6）数字无线话筒
随着音频设备从模拟到数字的升级，无线话筒也进入到数字时代，其突破性的技术成为大型演出中的首选，如图3-13。延展的平坦频率响应，使数字无线话筒能够传输细节更丰富声音。为追求射频频谱的高效率而设计，与同类其他无线系统相比，能够可靠运行更多的无线通道。自动频率扫描和红外线同步功能，可以实现简便迅捷的开放频率查找和分配。以太网连接能实现多接收机联网通道扫描，并利用数字无线话筒控制软件，实现先进的频率协调。AES-256加密成为标配，可轻松启用，实现安全的无线传输。
图3-13 舒尔数字无线话筒及其软件界面
3.1.4 话筒的附件
有许多器件与话筒一起使用，以便分配它们的信号或把信号变成更为有效。
（1）扑声滤波器
歌手用话筒最需要用到的一个附件就是扑声滤波器或是防风罩。它通常是一种盖住话筒的泡沫材料“衬底”。有些话筒设有扑声滤波器或内置有球状格栅。因为歌手唱词中带有“p”“b”或“t”的起始音时，由口腔迸发出急促的气流。当紧挨嘴边的话筒受到气流的冲击后，就会形成称之为扑声的那种“砰砰”声或一些爆破声。防风罩也为缓解这一问题而设置的。
扑声滤波器的最佳形式为固定在圆箍内的尼龙网罩，或者是一个金属穿孔盘，置于话筒前几厘米。把话筒稍微置于嘴的上方或侧面，或者用一只全指向型话筒也可降低扑声。靠扑声滤波器或话筒的摆放来避免急促的扑声。
（2）话筒架和话筒杆
话筒架和话筒杆可把话筒固定在所要求的位置上。话筒架有很重的金属底座以支持起垂直部分伸缩杆。杆的上部有一个可旋转的螺帽锁扣，用于调节嵌入在大套杆内小套杆的高度。小套杆的顶部有一个标准的27号螺纹，把它旋入到话筒夹的转接头上。话筒杆是一根水平方向的长杆，它附着在垂直杆上，杆的角度和长度可调。杆的末端可拧上话筒夹转接头，杆的另一端为重物，用来平衡话筒的重量。
（3）防震架
防震架将话筒悬挂在有弹性的架子内，使话筒免受由于地板的震动和话筒架被撞击后的机械振动。许多话筒具有内部防震架，它把话筒头与话筒外壳隔离，这样可降低来自话筒操持时以及地板震动所引起的噪声。