电容式麦克风(condencer microphone)在当今的录音设备领域中,无疑是一个非常重要的麦克风类型,大部分在录音室的录音都会使用电容式的麦克风为主,因为它有极佳的频率响应范围,优于常见的动圈式(dynamic microphone)与铝带式麦克风(ribbon microphone)。
因此,它适用于人声到各种乐器的收音,相比之下,它的可承受音压也表现突出,虽然一般人会认为承受最大音压应该非动圈式麦克风莫属,但是实际上电容式麦克风的音压承受力实际上也不俗,主要还是因为电容麦克风有比较大的动态响应,带来更多声音的细节表现力。
实际上,从各类型麦克风的收音单元相比,单单在频率响应的比较上,电容式麦克风一直立于不败地位,单单此点就足以让一般录音工作者或音乐人,至少入手一支水平以上的电容式麦克风,以补动圈式麦克风的不足。
可是电容麦克风也因为电容振膜的不同,带来不同的声音表现,接下来要探讨的是,既然电容式麦克风有比较好的声音表现,但还是有许多在收音过程中必须考虑的因素,特别在对应不同的人声表现上,电容麦克风与其他类型麦克风在伯仲之间,各取所需、各有优劣,而对乐器的收音,则有更加明显的差异性。
我们常说录音时适合该声音收音的麦克风就是好的,但如何在「合适」又「适合」的范围内收录最佳的声音细节、最丰富的动态响应?
无疑,电容式麦克风的关键,取决于其电容收音单元—Candencer capsule,意即我们所俗称的振膜单元,其所带来的声学特性。
为了更好的收音,我们有必要来探讨电容收音单元/振膜单元,我们要问:既然电容式麦克风有不错的表现,只要选用电容式麦克风不就好了,为什么要探讨电容麦克风的振膜单元呢?因为电容收音单元膜片(diaphragm)本身的特性就决定了声音的优劣,我们可以看下图:
这是一个电容单元的解剖面,显示的是膜片以及背板(backplate),其中间带电荷而形成一个电容的结构型态,透过膜片的前后震动带来与背板不同的间隙改变电压,将声能转换成电能。
因此,为了使这个收音电容有更好的工作,这个电容单元首要关键材料是负责接收声音产生震动的膜片,膜片的好坏牵涉到对声音反应的灵敏度,也就是膜片本身需具备极佳的声能反应产生震动。
说到这里就会有一连串的问题开始出现,当这个圆形振膜接收到声音产生震动,膜片由中心向边缘呈同心扩散震动,像水波发出一般碰到边缘再反射(弹)回来,如此就会产生膜片本身的共振与干涉。
要减低这个问题,一般来说会依靠膜片本身的瞬态反应(Transient Response)来克服,瞬态反应越快,膜片本身的共振与干涉所产生的音染就越少,反之,声音就会混浊。
但是如果与动圈或是铝带麦克风做比较,仍然会觉得电容麦克风的声音最通透,声音明亮清晰,这就是其本身瞬态反应优于动圈与铝带麦克风的原因。
如果拿不同品牌的电容式麦克风相比,就会发现音色的差异,这样的音色差异在高音的表现越明显,因为振膜尺寸的原因,小振膜的瞬态反应就优于大振膜,因此对于高频的响应也更加清晰。
故此,振膜尺寸越大,则共振与干涉频率从高频向中频发展,则声音受渲染的程度越大。
我们来看看这个例子,这两张圆盘共振图,显示对圆形盘产生的震动频率越高,圆盘的共振频率则越多,同理可以得知振膜本身如何产生共振。
接著我们把圆形的电容振膜想像为一个圆形水盆,水就像振膜一样是个声频受体。
假设水滴就是声音,当水滴滴入中心水面产生波,水波碰到水盆边缘反射回到圆心,声音持续运动造成膜片波动与边缘反射所产生的干涉,就会有固有频率的响应变化,从而产生电容麦克风单元的本质音色,而形状的关系,这个圆形就有一个固有的基本干扰频率产生,尺寸越大则问题就越多。
因此,电容式麦克风之所以昂贵,不单是在圆形振膜上真空溅镀黄金,而在于振膜本身选用何种高分子聚合基才乃是关键,对于声音响应快、瞬态反应好,则其材料价值也越高。
所以,电容麦克风昂贵也是有道理的。例如Neumann、AKG都是大振膜的佼佼者,在麦克风的发展历史一直立于领先的地位,其振膜已经成为业界的标准与仿效的对象。
而追求高频响应的小振膜麦克风,DPA无疑是当今小振膜领域的代表,其奠基于B&K的麦克风技术,至今仍然是立于难以取代的地位。
但是因为圆形本身的共振与干涉是持续性的,单靠瞬态反应来降低问题之外,另一种解决方式,就是采用矩形的收音振膜(rectangular‑diaphragm capsules)形式。
矩形的共振固有频率有两个,从而削弱共振的强度,也就是因为共振彼此交互影响,更快的在膜片上消散,同时又具备大振膜与小振膜的优点,有圆形大振膜的低频响应,与圆形小振膜的高音通透力。
下图就是典型的矩形共振模式,随著声音的变化,板面上的共振会快速变化,因此消散得比圆形更快,受干涉的情况减轻许多。
所以Milab和Pearl这两家麦克风,都是以矩形电容收音单元为主,也是最早研发矩形单元的厂家,近年来,也有其他的麦克风品牌跟进,例如Audio-Technica 推出的AT5040就是矩形电容单元。
可是,还有一种共振消散得更快的单元,就是三角形单元(triangular capsules)。
三角形不同于圆形单元或是矩行单元,圆形单元的共振是持续不断积累的进行过程,矩形有两个频率不断的进行交互干涉,三角形则是更多不同频率的交互影响,因为它没有矩形的平行边,它的三个边与角度,可以视为由大到小的的振膜综合体。
因此,它可以使振膜的共振保持最均匀的模式,因为三角形制造出复杂的共振,所以,2008年一个特殊的专利显示,三角形振膜可以解决电容麦克风非线性频率响应问题。因为三角型的三个角落,可以视为小振膜单元,其中央最大的范围可以视为大振膜单元,三角形可以更好的抑制振膜上的共振。
上面三个图片,分别是三角形麦克风振膜的专利说明,以及三角形波形的图示,右上的是水滴入三角形中心,激起向外扩散的圆形水波,右下显示当水波碰到三个边反射回来,迅速的消散瞬间,如果看动态的视频涂绘更加清楚,特别是在共振消散的速度,比圆形振膜快很多,这有什么好处呢?我们看下面的这张图:
这张图的纵轴是频率的振幅,横轴是时间,上面那一条曲线,是圆形电容振膜单元膜片回复静止时间,下面那一条线是三角形振膜的回复稳定时间。
可以很清楚的看到电容单元膜片回归稳定的时间,三角形振膜单元在瞬间就已经稳定,也就是说,圆形振膜必须花更常的时间才能使共振消失。
因此,在速度快的音乐录音,三角形振膜可以得到更加乾淨的聲音,而实际证明,三角形的振膜在高音上可以向上延展到更高的频率响应范围,仍然可以有清析的效果。
提出這個三角形专利的Ehrlund麦克风品牌,应该是目前唯一一家致力于生产电容式三角形振膜麦克风的厂家,他们已独特的三角形振膜单元结构,拓展了数种不同的麦克风产品线,声音具有北欧特有的细腻,加之其特有的高频响应,使声音更加自然与明亮。
他不同于其他传统振膜的制作方式,它的振膜主要是使用铝膜片,而不是黄金溅镀膜片,基本上铝膜会使高频更加的突出,传统上古典动圈式麦克风的振膜也有使用铝膜。
例如著名的Shure 55SW,而从古至今一直在铝膜基础上作收音的振膜没有改变的,就是铝带是麦克风,但是铝带一直无法突破高频的障碍。
现在这个三角形电容收音单元也使用铝膜,在电容式麦克风的收音单元上带来彻底的改变,但由于是三角形,它既有极高的高频响应,但声音不会尖锐刺耳,人声的录音贴耳与平顺,对鼓的录音感觉特别的乾净又不喧闹,细节仍然保有电容式麦克风的丰富,这是采用Ehrlund麦克风收音可以获得的直观感受。
以上介绍了三种不同形状的电容式麦克风振膜,你会需要哪一种呢?
| 诗100:4 |
当称谢进入他的门,当赞美进入他的院。
Enter his gates with thanksgiving and his courts with praise.