壓差式傳聲器

壓差式傳聲器也稱壓里梯度式傳聲器。如上圖左圖所示，壓差式傳聲器振膜后面不封閉，振膜前后的兩個表面都接受聲波。由于聲波到達兩表面的路程不同（聲波從90°和270°入射時除外），所以時間也不同，因而相位也不同。就是這些不同，在振膜上產生瞬間的聲壓差。故稱壓差式傳聲器。很顯然，從振膜前面（0°）和后面（180°）入射的聲波產生最大的聲壓差，此時傳聲器具有最大的靈敏度。當聲波從振膜側面（90°、270°）入射時，聲波到達振膜前后的距離相等，沒有聲程差，也就沒有聲壓差，傳聲器也就沒有輸出，即此時靈敏度為0。壓差式傳聲器依聲源入射角度變化的規律用下述公式表示：
S=S0 cosθ                      [/i]      公式1-1
式中：S表示隨聲波入射角度而改變的傳聲器靈敏度
S0表示聲波0°入射時的靈敏度（θ[/i]= 0時一般取常數1）
θ[/i]表示聲波入射角度
若將用上述公式計算聲波從0°到360°的壓差式傳聲器輸出靈敏度用極坐標表示就會得到一個類似8字形（上圖右圖）的圖形。所以，壓差式傳聲器也稱8字形傳聲器，因其輸出特性是按照余弦曲線變化的，故也稱為余弦傳聲器。
因為在傳聲器振膜90°軸線上方（上圖左圖）和下方（上圖右圖）聲波入射的方向相反，所以，壓差式傳聲器指向性圖形是180°反向的。聲波從90°軸線上方入射為正；聲波從90°軸線下方入射為負。
壓強式傳聲器與壓差式傳聲器的組合
有時為了抑制來自側面和背面聲音的影響，拾音時往往只需要拾取傳聲器正面的聲音，因而出現了單指向特性傳聲器。將一個全方向特性和一個8字形指向特性傳聲器靠近放置，并將兩者的輸出電壓串聯，就形成了一個心傳聲器，這是最原始的設計理念。現在生產的大部分單指向特性傳聲器的指向特性是用“電”的方法得到的。
下壓強式傳聲器與壓差式傳聲器的組合結構，以這種結構得到單指向特性傳聲器。這種結構也稱為“復合結構”，稱這種傳聲器的聲驅動力方式為“復合式”。其原理是利用一個壓差式傳聲器，使饋送到振膜背面的聲波經過一個聲延遲元件，便得到心形指向圖形。它的工作原理如下：
將8字形傳聲器裝入一個聲延遲元件，聲延遲元件的長度為l，使聲波到達振膜前后出現聲程差，亦產生時間差，也產生了聲壓差，聲壓差的強度取決于聲程差的大小。下面分析一下聲波在不同入射角度時，傳聲器電壓輸出情況。
當聲波入射角度為0°時，聲波到達振膜后面比到達前面多了兩倍的L，產生的壓差驅動振膜振動，由于此時產生的時間差最大，傳聲器輸出的電壓也最大。
當聲波入射角度為180°時，聲波到達振膜后不存在聲程差，到達的時間一致，振膜便不振動，傳聲器沒有電壓輸出。
當聲波入射角為90°時，聲波的路程差為L，振膜振動，但傳聲器電壓輸出小于0°方向，大于180°方向，為二者的中間值。
若將這一情形用圖形表示便會更加清楚。
實際上，壓差傳聲器加上聲學延遲元件后，相當于一個壓差元件（8字形）和一個壓強元件（全方向）特性相加。這兩個元件再90°軸線以上是同向的，因而輸出相加；而再90°軸線以下是反向的，因而輸出相互抵消。
當聲音從傳聲器0°入射時，兩單元正向疊加，得到二倍的靈敏度。
當聲音從傳聲器180°入射時，兩單元反向疊加，互相抵消，靈敏度為0。
當聲音從傳聲器90°或270°入射時，壓差單元靈敏度為0，壓強單元保持原來的靈敏度，兩者疊加是聲波0°入射靈敏度的一半。
若將這兩個單元的指向性圖形逐角疊加，即得到一個完整的類似心型的圖形，我們稱這一圖形為心型指向性圖形。心型指向性圖形表明傳聲器對來自不同方向聲音具有不同靈敏度的特性，這個圖形即心型指向性傳聲器的極坐標圖。
傳聲器多種指向圖形的形成和傳聲器指向性系數
只要改變全方向指向特性特征與8字形指向特性的比例成分，即可演變出多種指向性圖形。利用這個原理，我們可以設計和生產出各種指向特性的傳聲器。由于電容傳聲器可以借助電路手段很容易地改變全方向與8字形疊加的比例，因而可以設計和生產出在全方向—心形—8字形之間連續進行調整的，具有多種指向特性的電容傳聲器。
下面分析一下五種典型指向圖形（全方向扁圓形 心形 銳心形 8字形）形成的原理
第一個指向性最大，是個“純粹”的圓形，不含有8字形成分，表示該指向性圖形是全方向指向特性。后面的指向性圖形圓形越來越小，也就是說，全方向指向特性的成分越來越小。直到“純粹”的8字形，完全不含有全方向指向特性成分。上圖中字母 A 表示該指向性圖形所含圓形部分的含量。字母B 表示該指向性圖形所含8字形部分含量。
在實際設計和生產中，由于種種原因與理想圖形總是有一些誤差，尤其傳聲器輸出為0的那一點僅具有理論意義，在實際中是無法實現的。他圖中除了圓形和扁圓形的其他圖形都有一條虛線，表示在該角度傳聲器的靈敏度（在理論上）為0，可以理解成在該點傳聲器沒有輸出。這一點對我們正確使用傳聲器是很重要的。
比較心形、銳心形和超心形可以看出，如果要抑制背面的聲音，心形的效果最好。但心形傳聲器對側面（90°、270°）仍有正向（0°）一般的靈敏度，所以不能很好的抑制側面的聲音。而銳心形和超心形對側面聲波的抑制能力要強的多。銳心形對側面聲音抑制的最多，它可將正前方講話或演唱演奏的聲音從較強的室內混響聲中或環境噪聲中分離出來。但它在180°入射的聲音靈敏度較高，也可以說銳心形是不對稱的8字形。
需要說明的是，我們在繪制傳聲器指向圖形時一般用二維的平面圖，而實際的傳聲器指向性是三維的、立體的。
不同指向性傳聲器的應用比較
對傳聲器指向性的選擇要根據所錄制節目的具體情況來決定.在相同拾音距離處拾音,無指向性(既全指向性)傳聲器較指向性傳聲器能拾取到更多的空間環境聲.那么,為了得到相同的混響感,指向性傳聲器需比無指向性離開聲源的距離更遠.傳聲器指向性的距離系數給出了這種距離之間的比例關系,它的定義是,要獲得等同于無指向性傳聲器單位距離內的直達聲與混響聲之比時,指向性傳聲器應離聲源的距離.傳聲器指向性越強,其距離系數就越大.在無指向性傳聲器的距離為單位1時,8字形,心形,超心形指向性傳聲器距離系數分別為1.73 1.73和2.對于拋物面集音器,這個系數大于3.
根據以上特征可知,如果不同樂器之間的融合效果,可以選用無指向性傳聲器.如果要減少空間感,避免空間造成的聲音渾濁或因空間聲學缺陷帶來的聲染色,強調獲得清晰,干凈的聲音,或者在同一個空間拾音時為了減少其他樂器的串音,可以選用指向性傳聲器,這種選擇還應與拾音距離相協調,遠距離拾音有利于拾取到一件樂器或一個樂隊的整體效果,在合適的位置上可以獲得自然的平衡,還可以更好地年個出拾音現場的聲學環境,讓直達聲與反射聲充分混合,但同時也會更多地反映出拾音現場可能存在的聲學缺陷,設置的位置不合適還可能使混響過多,聲音渾濁不清晰.近距離拾音可以有效地排除環境聲,減少空間感,還能更好地體現出樂器的質感,獲得清晰干凈的聲音,但距離過近有可能過分強調樂器的某種特色,或者是某個音區,從而失去了整體的平衡.在實際運用中往往將全指向性傳聲器與指向性傳聲器,遠距離拾音與近距離拾音結合起來使用.
4.按照使用功能分類
無線傳聲器(wireless microphone 或 radio microphone)
無線傳聲器是將換能后的聲頻信號調制一個載波后,由天線輻射給附近接收機的傳聲器.由于擺脫了傳聲器電纜的限制,無線傳聲器的使用非常靈活,尤其對于移動聲源的拾取可以保持年的一致性,給舞臺表演錄音或電視外景錄音帶來很大方便.
無線傳聲都使用米波和分米波波段,采用調頻制,具有抗干擾能力強,頻率特性寬,失真度和噪聲小,發射機效率高等優點.無線傳聲器調頻由兩種方式,一種是由電容傳聲器直接調頻,一種是將電容傳聲器轉換的電信號對一個載波調頻.前一種方式是將電容傳聲器的電容量C與線圈自感量L做成諧振電路,使其中流有8～10MHz頻率電流.電容傳聲器的可動膜片受聲波振動后,電容量發生變化,使諧振頻率發生相應改變,諧振電路的電流值也會隨著改變,從而形成調頻.其原理如下圖所示,
采用這種方式的電容傳聲器稱為射頻方式電容傳聲器,它與直流方式電容傳聲器相比,具有可將信噪比提高20dB的優點,但當聲源聲壓級很高時,會超出諧振曲線,產生失真,使工作不穩定.該方式電路簡單,元件少,有利于縮小體積,減輕重量.后一種方式則電路復雜一些。
無線傳聲器的工作頻率低容易受到民用通訊和調頻廣播的干擾，工作頻段高其技術指標，可靠性和拾音精確度也高，但價格較貴。今天，大多數無線傳聲器工作甚高頻（VHF）的中間頻段和超高頻（UHF）的較低頻段（例如150～216ΩMHz,400～470MHz,900～950 MHz）上，如SONY公司的SKM500手持式傳聲器工作在792～806 MHz的超高頻范圍，SENNHERSER公司的SKM5000手持式無線傳聲器工作在450 ～960 MHz的高頻范圍，SKM1032提供6個可選擇頻率。接收機的頻率范圍與傳聲器相對的，如SENNHERSER公司的EM2004接收機工作于450～960 MHz的超高頻范圍內，其對應用于傳聲器也有16個可選擇頻率。在多通路接收系統中，工作頻率內可選擇的頻率數目要多得多，如SENNHERSER公司的EM1046多通路接收系統的美個模塊在450～960 MHz的工作頻段內可選擇多達4800個不同的頻率點，因而可將大量模塊連接使用。大多數無線傳聲器是通過旋鈕來選擇頻點的，這些旋鈕在選擇之后應予固定，以防止誤操作。
合成鎖相環技術（PLL）的運用保證了信號的穩定性，并使多通道頻率能夠同時工作而互不干擾。這種技術依賴于最基本的晶體設計從而產生相應的射頻頻率，以提供高度的頻率穩定性，低頻噪聲，