浅谈动圈话筒和动铁单元的区别

工程师谭军 发表于 2018-10-07 11:34:00 收藏 已收藏
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浅谈动圈话筒和动铁单元的区别

工程师谭军 发表于 2018-10-07 11:34:00
  动圈话筒
 
  动圈话筒(动圈式麦克风)(moving-coil microphone 【工程声学】动圈式话筒,动圈式传声器)是把声音转变为电信号的装置。动圈式话筒是利用电磁感应现象制成的,当声波使膜片振动时,连接在膜片上的线圈(叫做音圈)随着一起振动,音圈在磁场里振动,其中就产生感应电流(电信号),感应电流的大小和方向都变化,变化的振幅和频率由声波决定,这个信号电流经扩音器放大后传给扬声器,从扬声器中就发出放大的声音。
 
  工作原理
 
  当传声器接受声波时,声波产生的力量作用在振膜上,引起振膜振动,带动音圈作相应振动,音圈在磁钢中运动,产生电动势,声音信号转变成电信号。
 
  优点
 
  动圈话筒构造相对简单,因此经济耐用。它们能承受极高的声压,且几乎不受极端温度或湿度的影响。
 
  构成特点
 
  构成
 
  动圈式传声器主要由线圈、磁钢、外壳组成。
 
  特点
 
  动圈话筒使用较简单,无需极化电压,牢固可靠、性能稳定、价格相对便宜。但它的瞬态响应和高频特性不及电容式传声器。通常动圈话筒噪音低,无需馈送电源,使用简便,性能稳定可靠。主要特点包括:
 
  1、结构牢固,性能稳定,经久耐用,价格较低;频率特性良好,50-15000Hz频率范围内幅频特性曲线平坦;
 
  2、指向性好;
 
  3、无需直流工作电压,使用简便,噪声小。
 
  性能区别
 
  声学性能比较
 
  一般来讲(当然也有例外),电容话筒在灵敏度和扩展后的高频(有时也会是低频)响应方面要优于动圈话筒。这跟电容话筒需要先将声音信号转换成电流的工作原理有关。通常,电容话筒的振膜都非常薄,很容易受到声压影响而发生震动,从而引起振膜与振膜舱后背板之间电压的相应改变。而这种电压的改变接下来又会经过前置放大器的多倍放大之后,再转换成声音信号输出。
 
  当然,这里所说的前置放大器,指的是内置在话筒中的放大器,而不是我们通常所说的“前置话放”,即调音台或接口上带的那种前置放大器。由于电容话筒振膜的面积非常小,因而,其对低频或高频声音信号的响应非常灵敏。事实也的确如此。绝大多数电容话筒都能够精确捕捉到很多人耳根本听不到的声音信号。
 
  实际上,通常我们说的动圈话筒,从严格意义上讲,应该叫做“动圈式(moving-coil)”动圈话筒,因为这种话筒声音信号的产生,主要是通过与振膜紧密相连的导线线圈根据声压变化在磁场中不断运动来完成的。由于其中运动部分的体积相对较大,因而,动圈话筒在响应频率的范围(主要是高频部分)、灵敏度以及瞬时响应能力方面都比电容话筒稍逊一筹。
 
  铝带式话筒(Ribbon mICrophones)也是动圈话筒的一种。它主要是通过金属片自身根据声压变化而发生的震动,来带动磁场中电流的变化,从而最终产生声音信号的。由于金属片的面积相对振膜和线圈要小,因而,这种铝带式话筒对高频的响应能力要高于动圈式话筒,但是,还是无法和电容话筒相媲美。
 
  解决办法
 
  动圈话筒的灵敏度低于电容话筒,主要是因为它
 
  内部没有相应的电子元件来对声音信号进行放大和缓冲。因而,它们通常会比动圈话筒要求更多的增益。正是由于这一原因,动圈话筒的音质通常会随所用前置放大器的不同而发生相应的变化。不过,这在强音源条件下,一般不会引发什么不良后果,但是,如果音源比较微弱的话,问题可能就会比较严重,需要格外注意了。市场需求是产品创新的催化剂。
 
  为了解决这一问题,当前市场上也的确出现了不少直接内置有前置放大器的动圈话筒,比如BLUE推出的Ball moving-coil(动圈式话筒)以及Royer推出的R122 ribbon(铝带式话筒)等。
 
  事实证明,它们的确能够很好地同各种前置放大器相适用。由于每种话筒都有自己的独特优势和不足,因而,如果你仔细观察,就会发现,每种话筒都有自己专门的适用情境。比如,动圈式话筒通常在吉他放大器、铜管、近场鼓声以及现场人声等强音源录音环境下使用;而电容话筒则通常在自然条件下或对高频响应范围要求较高的条件下使用,例如鼓声悬顶录音、钢琴、声学弦乐器、工作室内人声录音以及管弦乐队和合唱录音等;铝带式话筒则在数字录音,尤其是打击乐器和铜管的录音过程中越来越受到关注。
 
  当然,铝带式话筒也可以用于吉他放大器、各种声学乐器以及人声等多种录音场合。最后,我想说的是,任何规则都只是参考而已,并不一定要必须遵守。尽管几乎没有人推荐我们使用动圈式话筒来对声学吉他进行录音或对鼓声进行悬吊录音,但是,如果需要,这些都是可以尝试的,因为规则是死的,而人是活的。实际上,在现实中,我们可以看到很多类似于现场人声录音使用电容话筒,而工作室内人声录音使用动圈话筒,甚至使用电容话筒来对鼓声进行近场录音的现象,而且好像都取得了不错的效果。这告诉我们,选用话筒的关键在于,看它是否能够达到自己的预期效果,而不是一味遵从那些既定的条条框框。
 
  动圈话筒有一个音圈,音圈固定在振膜上,在音圈的附近设有一个磁性很强的永久性磁铁,这一结构相当于扬声器的结构,振膜相当于纸盆。
 
  话筒在工作时,声波作用于振膜,使振膜产生机械振动,这一振动带动音圈在磁场中振动,由励磁电,音圈输出音频电信号,是声音转换成电信号。
浅谈动圈话筒和动铁单元的区别

  动圈和动铁单元的区别

  1、动铁耳机的构造特点

  首先要弄清楚动铁和动圈构造原理方面的不同之处。发声过程方面,动铁耳塞和动圈其实是基本类似的,都是靠音圈在永磁场中的振动而发声。最大的区别在于发声单元的构造原理和位置有所不同。

  动铁耳塞内部,音圈是绕在一个位于永磁场的中央被称为“平衡衔铁”的精密铁片上。这块铁片在磁力的作用下带动振膜发声。动圈是直接带动振膜,而动铁是通过一个结构精密的连接棒传导到一个微型振膜的中心点,从而产生振动并发声。

  单元位置方面,传统的动圈耳塞无法将整个发音单元放入耳内,而动铁式由于单元体积小得多,所以可以轻易的放入耳道。这样的做法有效地降低了入耳部分的面积可以放入更深的耳道部分。由于耳道的几何结构要比耳廓简单的多,属于类圆形所以一个质地柔软的硅胶套相对传统耳塞已经能起到良好的隔音及防漏音效果。

  以上就是笔者从暂时可以找到的不多的资料中汇总的。网络上的一些介绍动铁的文章错误比较多,希望大家留意。其实动铁的构造原理并不十分复杂,但是制造成本和所需的技术要高出动圈很多。为什么高端耳塞多是动铁?这就要说一下动铁的优势了。

  2、动铁有那些优势?

  动铁的隔音效果要好于动圈入耳。由于动圈单元的面积较大,并且在发声的过程中需要叫多的空间和空气参与振动,因此无法有效控制漏音现象;而动铁就可以有效降低入耳部分的面积,并且可以放入更深的耳道部分。(几乎动圈的耳机都有透气孔,而动铁耳机上较少见到透气孔,CK9是个例外。)由于耳道的几何结构属于类圆形,比耳廓简单的多,所以一个质地柔软的硅胶套相对传统耳塞已经能起到良好的隔音及防漏音效果。

  动铁的灵敏度比动圈高,原因主要是动铁单元的结构几乎是个密闭的容器结构,一点点小小的电流就可以驱动它,这里要注意,灵敏度和电阻的关系。正是由于较高的灵敏度,动铁耳机瞬态表现更好,对音乐的动态表现、瞬间细节表现、声音密度上远胜于动圈耳塞。

  动铁耳机的频响曲线更加稳定。动圈耳机在不同的温度、湿度以及使用过程中,频响曲线会出现一些可闻的变化。而动铁则表现出良好的稳定性,使声音素质更加稳定可靠,不易改变。一个很重要的原因是,动铁单元几乎都是由金属材料制造,通过高精密的模具成形的,动圈单元的振动膜片一般是通过胶水与线圈想结合的,所以里面的影响元素就很多,个体的差异就多。所以对比动圈的单元电声性能要稳定许多。

  动铁体积更小巧轻盈。这是由于动铁单元的特性决定的,动铁的振膜重量随着单元直径的增加而直线上升,因此动铁用在体积较小的入耳耳塞之中会比较适合,不可能做成开放式或者半开放耳塞。这也是为什么动铁技术现在只被用在入耳耳塞上的原因。

  动铁耳机有助于保护听力。前面已经提到,动铁耳塞普遍具有良好的隔音效果,并且极高的灵敏度使很小的音量也可以有不错的表现,因此在比较嘈杂的环境也不用增加音量就可以欣赏到纯净的声音。动铁单元广泛用于医疗、保健、航空、军事等领域,比较常见的有助听器。医生不会推荐有可能损害健康的产品给病人,并且基本上比较知名的助听器品牌都在使用动铁单元,因此动铁耳机比动圈耳机使用上更放心。

  3、什么决定动铁耳机的音质?

  耳塞的音质是个老生常谈的问题了。

  众所周知,动圈耳机的音质在硬件上主要取决于振膜的材质和腔体的材质、构造,磁体则主要决定耳机的驱动性。其中腔体的设计对于动圈耳机的声音表现有着至关重要的作用。从上文大家大概了解了动铁的基本构造,决定动铁耳塞声音素质的部位和动圈显然是不同的。

  首先,动铁耳机的腔体对声音素质的影响很小。这是动铁的一个显著的特点。动铁的腔体主要作用是固定动铁单元和出口的稳固性,没有严格而固定的要求。这就是为什么连铁三角这样一丝不苟的厂商在生产CK9时,对壳体的处理也表现得不拘小节的原因。只有前端的导口由于要固定单元和填充材料,要求密封性较高,对模具要求也相当苛刻。一些玩家,甚至个别老鸟经常煞有介事的讲某动铁耳塞的腔体怎样怎样,所以声音怎样怎样的,基本上可以从理论层次确定全部是臆造的言论。其实只要腔体能够做到良好的密封性就不会对声音表现产生影响。

  那么,是什么在影响动铁耳塞的声音素质呢?一方面便是动铁单元,这点显而易见。动铁单元相比动圈,内部结构更加精密,生产生本较高(需要注意的是,这并不是动铁耳机普遍价格高昂的主要原因)。它是耳机声音素质的基础,动铁相对其它耳机的优势主要考它来体现出来。一款好的耳塞必定采用优秀的单元。

  其实动铁的声音素质还有更加重要的一方面。大家知道同样采用单单元的ER4P声音素质要高出UM1很多,当然单元占一部分原因,但另一方面更取决于动铁耳塞腔体内部,单元与壳体接触连接的元件——密封圈。这个密封圈体现了动铁耳机厂商一半以上的技术水平。动铁耳机的难点不仅在于单元,更在于这个小小的密封圈部分。这个胶圈的作用一是进一步增强单元的密封性,二是对声音起传导修饰作用。不同的调音材料、不同的工艺技术填充进去就会出现不同的声音表现。相比动圈,动铁的调音基本上在于密封圈的材料和构造的调节。其调节水平要求极其精确的技术水平,这也就主要决定了动铁耳机的生产难度。因此,动铁不是只有单元就可以生产的,不是那种山寨小厂可以像动圈那样随意拼装就能做出好声的。

  以上提到的技术属于核心商业机密,因此不管舒尔、UE还是音特美,都从不向外界透露更多的技术细节。这也是造成大家普遍对动铁知之甚少的原因之一。要说明的是,以上也仅仅是从硬件上、结构上进行分析。同动圈一样,影响动铁耳机的因素还有很多,这里就难以一一列举了。

  4、动铁耳机是否要褒?怎么褒?

  首先要说的是,动铁耳塞和动圈一样,同样需要一个褒的过程才可以进入稳定的状态。“褒”和动圈动铁没有关系,它的意义在于耳机的机械磨合,达到一个相对成熟稳定的状态。

  要说的是动铁耳机相对于动圈而言,动铁耳塞褒前褒后的声音可能出现比较大的变化,可能褒后声音更加自然、顺滑、三频衔接更加流畅,低频下潜增加,但是变化主要是量的方面,由于动铁单元的特殊构造,声音的风格取向方面基本定型,基本不可能像EX01那样出现巨大的转变。

  那么动铁应该如何来褒呢?这方面到现在为止还没有明确的定论。这里说一些大侠的做法。基本的论点还是普通的自然褒,也就是用一般音源来驱动,也就是用普通音源播放各种音乐慢慢来。当然也不排除使用收音机白噪音,普通粉红噪音。很多玩家建议不使用信号扫描来褒动铁,原因有待考证。一般来说,动铁会比较快的进入稳定状态。

  5、动铁耳机的驱动难度问题

  动铁耳塞按照驱动难易,可以大致分为一下三类:

  1)“低阻抗+单单元”的动铁耳塞我认为最容易推。只要有个IPOD4这个级别的随身听就能发挥个7~8成。上文中例子也属于这一类。(代表:E4C、UM1、ER4P)

  2)高阻抗的单单元动铁耳塞不容易推;而且挑耳放。这类耳塞明显不适合随身听直推。需要搭配高压摆的耳放使用。(代表:ER4S)

  3)凡是双单元甚至三单元的动铁耳塞一般认为会相对单单元耳塞难推。(普遍看法,原因有待考证)

  另外一点,就是如何推好的问题。由于动铁耳塞的高灵敏度;动铁耳塞对音频信号的要求是相当高的。一般的说,只有极高端的闪存机器(例如U3)和推力充足的硬盘MP3才配得上动铁耳塞。如果你用区区一个你自认高端的T29或M6之类的配动铁耳塞,就有小马拉大车的笑话出现了。


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