DPA 话筒大学
如何阅读话筒规格参数
生成话筒规格是为了让用户了解话筒的基本功能以及话筒如何满足您以及您的设备的需求。
了解如何解释话筒规格非常重要。在大多数情况下，尽管以 IEC 60.268-4 标准作为共同基础，但可以通过多种方式测量或计算规格。此外，在比较规格时，同一技术术语有时会因品牌不同而有不同的解释。
本文重点关注 DPA 话筒 规格表，旨在帮助有意义地评估规格。
分贝 (dB) 标度
大多数话筒规格的基础是分贝标度。 dB 标度是对数的，因为大多数人类感官（包括听觉）都接近对数。使用对数标度意味着标度的每个单位之间存在固定比率（例如，比率 10，单位为：1-10-100-1000 等 - 或比率 2，单位为：1-2-4-8-16 等）。这种对数标度适用于许多指定话筒的电气或声学测量（即伏特、帕斯卡、瓦特、安培等）。
该量表的优点是 1 dB 大约是您能听到的最小电平变化。 3 dB 是明显的可听变化。 10 dB 主观上被认为是加倍或减半。总的来说，尺度上的每一步都被认为大小相等。现实生活中最大的 dB 值小于 200。
dB 标度是一个相对标度。因此，您可以用 dB 来表示任何变化。 0 dB 的变化根本就没有变化。任何正 dB 值都表示正变化（该值现在比以前更高）。任何负 dB 值都表示负变化（现在的值低于以前的值）。
您可以通过应用参考来使 dB 成为绝对标度，例如SPL，参考为 20 μPa。现在，0 dB 表示存在声压，大约为 20 μPa（中频听力阈值）。描述SPL的“dB re 20 μPa”也可以写成“dB SPL”（分贝，SPL）。
对于电气测量，另一个参考是 1 V，写为“0 dBV”或“0 dB re 1 Volt”。例如，该绝对值适用于话筒灵敏度的规格。
定向图案
方向图是显示话筒接收角度的图形方式。
话筒的特征之一是方向性，可以借助极坐标图来表达。极坐标图基于同心圆网格。每个圆圈代表一个 dB 级别，通常从外圈的 0 dB 开始。参考点，标记为 0°，定义在外圆的顶部。 0° 表示话筒的轴方向。
所有测量数据均在 0° 下标准化。这意味着，即使话筒的灵敏度在不同频率下可能不同（频率响应不均匀），但在 0° 时，它们会以 0 dB 对齐（升高或降低图表的级别以实现曲线的对齐）。除非另有说明，强调圆圈之间的每次移动通常表示 5 dB 步进。通过这种方式，您将能够确定录制的声音在任何离轴方向上衰减了多少。
通常通过极坐标图中显示的模式来命名话筒的方向性：
全向：响应曲线始终遵循外圆。话筒均匀地拾取来自各个方向的声音。
宽心形（也称为下心形或亚心形）：衰减 3 dB @ ±90°。衰减 6 dB @ ±135°。
开放心形：衰减：3 dB @ ±74.5°。衰减 6 dB ±105.5°。
心形：话筒从前面和侧面拾取声音，但不从后面拾取声音。衰减 3 dB @ ±66°。衰减 6 dB @ ±90°。
超心形：话筒从前面拾取声音，从后面拾取一点声音，但在大约 ±135° 处听不到声音。衰减 3 dB @ 58°。 78° 时衰减 6 dB。
超心形：话筒拾取来自前面的声音和一些来自后面的声音，但在大约 ±115° 处听不到声音。衰减 3 dB @ 55°。衰减 6 dB @ 73°。
8 字形：话筒从前面和后面均匀拾取声音，但从侧面拾取声音。衰减 3 dB @ 54°。衰减 6 dB @ 73°。请参阅下面的极坐标图。
通常，您只会发现一个描述话筒的极坐标图。然而，方向性可能随频率而改变。因此，指向性模式在不同频率下可能看起来不同，通常由话筒相关频率范围内的标准倍频程频带定义（即，250 Hz、500 Hz、1 kHz、2 kHz、4 kHz、8 kHz 和 16 kHz）。
响应曲线应该平滑且对称，以提供纯正的声音。极端的峰和谷是不可取的，并且响应曲线不应交叉。然而，所呈现的曲线可能已被平滑。曲线平滑的效果可能会导致曲线异常平滑（有时过于平滑）。仔细观察曲线以确定它是否源自实际测量。
最常见的是在 1-2 m（3-6 英尺）的较大距离处测量方向性。即使是手持式话筒也是在这样的距离进行测量的。解释是声音总是记录在轴上，而背景声音（应该被衰减）来自各个角度。
从极坐标图中，您还可以看到全向话筒通常如何在较高频率下变得更具方向性。由于振膜前部压力积聚，物理尺寸较大的话筒在高频时表现出更强的方向性。
原则上，极坐标图仅代表方向性的一个“切片”。然而，一般来说，由于外壳的形状，所有笔形话筒都呈现出围绕旋转轴的对称图案。某些话筒（非对称话筒外壳）可能具有不相同的水平和垂直图案。
参考：IEC 60268-4 音响系统设备 - 第 4 部分：话筒 (2018) 第 13.1 条：定向模式。
工作原理
工作原理是指话筒振膜如何与声场耦合。
话筒的设计遵循声学原理。一般来说，大多数话筒（包括 DPA 话筒）的设计遵循三个原则。其原理是压力式、压力梯度式和干扰管式话筒。
压力话筒让隔膜仅接收来自一侧的声音。压力话筒具有全向特性。这些是我们称之为“全指向话筒”的话筒。
根据设计，压力梯度话筒让振膜从两侧接收声音，这就是我们获得方向性的方式。我们将这些话筒称为“心形”、“宽心形”、“开放心形”、“超心形”或“8 字形”。只有八字形话筒才可以称为压力梯度话筒。其他（心形指向的不同变体）原则上是压力话筒和压力梯度话筒的组合。然而，最常见的是将它们全部归类为渐变。
干扰管是一种使话筒接收轴上声音并拒绝来自侧面的声音的结构。通常，压力梯度原理和干扰管相结合，以实现尽可能最佳的方向性，即使在低频下也是如此。
参考：IEC 60268-4 音响系统设备 - 第 4 部分：话筒 (2018) 第 5.2 条：话筒类型。
话筒拾音头类型
拾音头是应用于话筒的传感器类型。 DPA 话筒主要基于驻极体原理构建。
唱头是将声压转化为电能的元件或传感器。在专业音频市场，两种主要类型的换能器是（电）动圈话筒和电容式话筒。
DPA 生产电容式话筒。大多数电容器需要极化电压才能工作。这种极化可以是外部的，也可以是内部的。 DPA 话筒是内部极化的或者更确切地说是预极化的话筒头。然而，话筒需要电源，不是为拾音头供电，而是为内置前置放大器供电。
因此，大多数 DPA 话筒被描述为：预极化电容式话筒。描述了一些模型： 冷凝器。
参考：IEC 60268-4 音响系统设备 - 第 4 部分：话筒 (2018) 第 5.1 条：换能器类型。
话筒频率响应
频率响应表示话筒响应的完整频率范围。
频率响应将话筒的输出表示为频率的函数。通常通过在自由场轴上方向施加正弦声信号来对其进行评估。如果话筒用于近场使用（例如耳机话筒），则在相关的较短距离处进行测量，然后进行说明。
在本规范中，DPA 规定了话筒的完整频率范围，该范围可能与“有效频率范围”（见下文）不同。然而，大多数话筒的响应在规格表中被限制为 20 Hz-20 kHz，即使大多数话筒提供超出此范围的输出（参见下面的曲线）。高于 20 kHz 的响应没有容差，因此不予考虑。
示例：4006 全向话筒：频率范围：轴上：10 Hz – 20 kHz。然而，虚线表示话筒的输出超出了上述范围。
参考：IEC 60268-4 音响系统设备 - 第 4 部分：话筒 (2018) 第 12.1 条：频率响应。
话筒频率范围±2 dB
有效频率范围是话筒与理想/定制响应曲线的偏差不超过特定量的频率范围。
完美的频率响应不一定是平坦的。例如，一些话筒可能具有定制的频率响应，以获得更好的清晰度。有效频率范围表示在窄容差（即 ±2 dB）内定制的预期频率。然而，规格可能会显示有限的频率响应，在较窄的容差范围内，以提供准确的所需精度。
多话筒频率响应曲线
专业话筒的制造商可能会提供多个频率响应曲线，因为它是一种展示话筒如何响应来自不同方向和不同声场的声音的方式。
轴上响应
轴上响应显示话筒对直接入射到其膜片的声音的响应。入射角为 0°，在自由、未受干扰的声场中测量。由于邻近效应，测量距离可能会影响定向话筒的频率响应。因此，应始终说明测量定向话筒（梯度话筒）的距离。
全向话筒不表现出邻近效应，因此测量距离不太重要。
离轴响应
离轴响应显示话筒如何响应来自不同角度的声音。当您想了解定向（即心形）话筒如何抑制离轴声音时，这一点特别有趣。尽管定向话筒的离轴响应表明输出减少，但这些曲线也表现出平滑的频率响应至关重要。否则，会引入离轴着色（窗帘效应）。
示例：4011 心形话筒，轴上和离轴频率响应。轴上响应 (0°) 在 30 cm 处测量。离轴曲线是在远场中测量的，并以轴上响应作为参考。
漫射场响应
扩散场响应曲线说明了全向话筒在高混响声场中的响应情况。扩散声场存在于声音没有特定方向的声学环境中；所有方向的概率均等。来自墙壁、地板、天花板等的反射声与直达声一样大或更大，从而在各处提供相同的SPL。扩散场响应将在较高频率下表现出滚降。这种现象的部分原因是空气的高频吸收。然而，还因为侧面没有形成高频压力，而且话筒外壳可能会遮挡来自后部的高频声音。
参考：IEC 60268 音响系统设备 - 第 4 部分：话筒 (2018) 第 12.2 条：有效频率范围
话筒灵敏度（自由场灵敏度）
灵敏度是话筒将声压转换为电压的能力。
话筒灵敏度是最重要的参数之一，因为它表示话筒响应指定声压而产生的输出电压。
自由场灵敏度表示话筒放置在声压为 1 帕斯卡（与 94 dB 的SPL (SPL) 相同）的自由声场中时产生的电压。
自由场是一种不受干扰的声场，其中声音只有一个方向；这与扩散场形成鲜明对比，扩散场中声音具有各个方向。自由场灵敏度是在轴上测量的。
灵敏度表述如下：xx mV/帕斯卡 @ 1 kHz 或 yy dBV/帕斯卡 @ 1 kHz。这只是同一件事的两种说法。
高灵敏度话筒会产生高电压输出，因此比低灵敏度话筒需要更少的放大（增益）。在低SPL的应用中，需要高灵敏度的话筒来保持较低的放大噪声。在SPL极高的应用中，低灵敏度话筒比较合适。
规定的灵敏度是标称值，这意味着预计会出现与该值的偏差。因此，有必要说明公差。一般来说，DPA 指定的灵敏度在 ±2 dB 或 ±3 dB 范围内，具体取决于话筒类型。
示例：2011 年双膜片心形话筒，自由场灵敏度，标称，±2 dB：10 mV/Pa； -40 dB 回复。 1伏/帕。因此，当暴露于 94 dB SPL 时，话筒灵敏度在 7.9 mV 和 12.6 mV 之间。
示例：曲线显示了不同 SPL 下话筒的输出与输入的函数关系。下方的红色曲线显示灵敏度为 1 mV/Pa 的话筒的输出，而上方的蓝色曲线显示灵敏度为 40 mV/Pa 的话筒的输出。将话筒置于 124 dB 的 SPL 中，分别产生约 31 mV 和 1.3 V 的输出！
参考：IEC 60268-4 音响系统设备 - 第 4 部分：话筒 (2018) 第 11.2.1 条自由场灵敏度。
等效噪声级
等效噪声将话筒的自噪声指定为 A 加权 RMS 电平或 ITU 加权峰值电平。
等效噪声水平（也称为话筒的自噪声）表示话筒产生与其电自噪声相同的输出幅度的 SPL。所有话筒都会因空气分子的（布朗）运动而产生噪声，这会影响隔膜并产生电信号。此外，话筒的电路也会产生噪音。
在低声压水平下工作时，低噪音水平尤其理想，这样声音就不会“淹没”在话筒本身的噪音中。自噪声还决定了话筒动态范围的下限。
有两种常用的方法来指定噪声：
• A 加权 RMS 测量近似耳朵的灵敏度，滤除低频噪声。在此范围内的良好结果（极低噪声）通常低于 15 dB(A)。
• ITU-R BS.468-4 标准使用不同的加权和准峰值检测，因此在此范围内，良好的结果是低于 25-30 dB。该测量对于比较电容式话筒中的噪声非常有用，因为它表明话筒是否表现出“爆米花噪声”或其他形式的爆裂声。
话筒薄膜的尺寸与其静音能力（即表现出低噪声系数）之间存在联系。通常，较大的隔膜会导致较低的自噪声。这一物理事实就是为什么 4060 微型全向话筒与类似尺寸的话筒相比具有极低的自噪声，但在 20 µPa 时仍可测得 23 dB(A) 的等效噪声水平。以下是大型薄膜话筒的示例：
4041-SP 全向固态话筒
等效噪声级 A 加权：最大。 7 dB(A) 回复。 20 微帕。
等效噪声水平，ITU-R BS.468-4 20分贝
参考：IEC 60268-4 音响系统设备 - 第 4 部分：话筒第 16 条：固有噪声引起的等效SPL。
失真度、总谐波失真<1%
指定最大 SPL（RMS 和峰值），低于该值时总谐波失真小于 1%。
话筒的一个重要组成部分是振膜。如果传感器是电容式传感器，则隔膜位于背板前面。两者之间的间隙在20-50 µm 范围内。当将话筒置于高SPL情况时，很明显膜片偏移存在限制，至少在朝背板方向推动时是这样。类似地，隔膜材料本身在任一方向上的“可拉伸”程度都有限制。这些限制导致幅度非线性，也称为失真。
此外，带电背板会吸引隔膜（仅在一个方向上），这也可以解释非线性行为。
除了隔膜和背板之外，电容式话筒还需要一个电子级间，将换能器的高阻抗转换为相对较低的阻抗，以馈送更长的电缆。电子设计可能是不对称行为和失真的根源。 （然而，CORE by DPA 和 CORE+ 是成功尝试改进这一点的技术）。
尽管制造商不断尝试改进话筒，但话筒系统始终存在限制，最终可能导致失真。
失真的一种形式是削波。当波形从纯正弦波变为某种程度的平顶曲线（时域）时，频谱（频域）中会出现谐波。它是这些非预期频率分量的数量，即谐波失真，以输入信号的百分比表示。
在 DPA，我们指定 SPL 高达 THD <1%。该值值得了解，因为它构成了计算话筒动态范围的基础。动态范围是出现 1% THD 时的 RMS 电平与本底噪声（话筒的自噪声、RMS、A 加权）之间的差异。此外，还测量了相关的峰值电平并在规范中进行了说明。
DPA 测量某一频率的 THD。所选频率取决于话筒类型（全向或定向）。
为什么只在一个频率下测量 THD？由于实用性。很难产生能够提供（例如）160 dB SPL且零失真的声源，特别是如果该声源应覆盖整个频率范围。
在 DPA，通过应用 B&K 4221 高压话筒校准器来测量全向话筒。定向话筒使用 DPA 设计的独特声管进行测量。
在比较不同品牌的话筒时，请确保 THD 测量包括完整的话筒（拾音头 + 前置放大器），因为许多制造商仅指定前置放大器的 THD。通常，前置放大器的失真远小于拾音头；因此，定义了比可用的更广泛的动态范围。
在低水平下，失真度应始终低于 1%。增加 SPL 会增加失真。因此，规定的是 THD 不超过 1% 时的最大 SPL（RMS 和峰值）。
参考：IEC 60268-4 音响系统设备 - 第 4 部分：话筒第 14.2 条：总谐波失真。
话筒最大SPL、总谐波失真 10%
指定话筒对极端声压的响应。
该参数也称为“过载 SPL”。在许多录音情况下，了解话筒可以处理的最大SPL (SPL) 以及在这种情况下预期的输出电压是很实用的。请注意，在大多数音乐录音中，最大峰值 SPL 很容易取代 RMS 值超过 20 dB。 RMS 值表示一种平均SPL，而不是真正的峰值电平。
对于一般规格，出现 0.5% 或 1% THD 的 SPL 很有用，因为这是您开始检测到声音失真的点。
一般来说，圆形振膜的失真会随着输入电平增加 6 dB 而增加一倍，因此您可以使用此系数来估计其他级别的 THD。
然而，DPA 指定了话筒的最大峰值SPL。最大峰值SPL的定义是输出达到 10% 的 THD 时。测量在一个单一频率下进行，包括话筒头和前置放大器。
提出此规格表明话筒在通过 1% THD 后仍可提供增强的信号。此外，该规范还为无线系统的输入部分提供了有用的最大值。
（注：在某些品牌的规格中，最大SPL表示话筒不会破裂的最大SPL！除非您从事航天器业务，否则此测量没有实际用途。）
参考：IEC 60268-4 音响系统设备 - 第 4 部分：话筒第 15.2 条：过载声压。
额定阻抗
指定输出阻抗，如制造商所述。
专业话筒的输出阻抗相对于前置放大器的输入阻抗应该较低，通常低 10 倍。
电容式话筒的输出阻抗基本上由电阻决定。因此，阻抗随频率恒定。 （在动圈话筒中，线圈/磁铁/悬架对输出阻抗有影响，并导致阻抗随频率的变化而不太恒定。）在某些情况下，非线性阻抗可能会影响话筒的频率响应。将此规格称为“额定阻抗”的原因是，制造商可以使用他认为最能描述整体阻抗值的名称。
DPA 话筒的阻抗随频率变化而保持恒定。
参考：IEC 60268-4 音响系统设备 - 第 4 部分：话筒第 10.2 条：额定阻抗。
最小负载阻抗
外部前置放大器的最小输入阻抗。
完整的电容式话筒有一个音头和一个内部前置放大器。当与外界连接时，需要使用外部前置放大器。话筒应向该外部前置放大器的输入提供足够的电压。然而，如果负载过重（即输入阻抗过低），则存在话筒输出信号降低的风险。
因此，确定不允许信号损失的最小负载阻抗是实用的。
（当然，有人可能会出于紧急原因将一个话筒无源分离到两个输入。如果是这种情况，负载阻抗小于两个输入阻抗中的较低者！）
参考：IEC 60268-4 音响系统设备 - 第 4 部分：话筒第 10.3 条：额定最小允许负载阻抗。
电缆驱动能力
长电缆可能会降低信号强度。损耗通常首先出现在较高频率处（电缆可以充当低通滤波器）。为了避免这种情况，DPA 指定了没有明显损耗的最大电缆长度。
DPA 话筒的典型值为 100 m（328 英尺）。
任何标准都不需要此信息。
输出平衡原理
话筒信号通常比线路电平信号弱 100 倍。但是，我们使用长电缆连接话筒。因此，为了最大限度地减少话筒电缆中引入的噪声，使用平衡线至关重要。
在大多数话筒类型中（或者更确切地说，在大多数话筒的输出放大器中），DPA 使用称为“主动驱动”的原理。有源驱动器具有平衡阻抗（引脚 2 和 3 到地的阻抗相同。这样，感应电噪声的影响就会大大降低。（参见 CMRR）。
虽然阻抗是平衡的，但信号的情况却并非如此。信号仅在引脚 2 上运行。引脚 3 处于静默状态。这样做的优点是电路简单、干净，可提供足够高的输出。
参考：IEC 60268-4 音响系统设备 - 第 4 部分：话筒第 16.1 条：话筒输出的平衡。
共模抑制比
CMRR 代表共模抑制比（也解释为共模范围抑制）。该测量值表明阻抗平衡的效率。它是衡量话筒抑制电噪声能力的指标，电噪声主要由连接话筒和前置放大器的电线收集。
CMRR 在 50 Hz 至 20 kHz 频率范围内测量。
未找到规格
还有比上面提到的更多的规格。在 DPA，我们根据许多其他参数评估话筒：风、流行音乐、湿度、EMC、振动等等。目前它们尚未列出。但是，将来您可能会在规格表中找到更多行。 DPA 希望向我们的用户提供尽可能多的有用信息。
从规格中无法确定的内容
虽然话筒规格表明了话筒的电声性能，但它们无法让您全面了解话筒的声音。规格可以详细描述客观信息，但不能传达任何主观的声音体验。例如，频率响应曲线可以向您显示话筒将如何忠实地再现输入的纯正弦频率，但不能显示结果的细节、溶解度或透明度。
结论
话筒规格并不能说明话筒质量的全部情况。声音体验是无可替代的。尽管制造商之间的话筒规格可能无法完全比较，但经过正确评估后，它们确实提供了有用的客观性，并将有助于寻找正确的话筒。
来源：DPA 话筒大学
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