测量振动对话筒的影响
话筒本应只对通过声学方式传播的声音作出反应。然而,不幸的是,大多数话筒也会拾取振动,从而产生非预期的输出。这可能会造成一些影响,如低频啸叫、乐器音色的局部改变、金属音等等。在这篇文章中,我们来研究这一现象并了解它的严重性。
筒也会拾取振动,从而产生非预期的输出。这可能会造成一些影响,如低频啸叫、乐器音色的局部改变、金属音等等。在这篇文章中,我们来研究这一现象并了解它的严重性。
话筒掉落
事情就是这样。话筒意外掉落。扩音系统发出一声巨响。这实际上不是话筒掉到地上的声音——而是因为震动使传感器产生了信号。
话筒的振膜设计为仅当其周围的空气振动时才会移动;当话筒保持在固置时,通常就是这种情况。但是,想象一下话筒外壳被摇晃。由于质量、空气阻力和机械柔顺性,振膜相对不易移动;因此,外壳移动得比振膜多也会产生输出。见图 1。
图 1. A:振膜因声音而振动。B:外壳因传递的机械激励而振动:两种情况都会产生输出信号。
振动问题主要与安装在支架或夹子上的话筒有关,例如,安装在乐器上。对于手持式话筒,用手不正确地摩擦外壳或用指环敲击可能会产生不必要的声音。(参见:如何避免噪音)。此外,将手持话筒放入其固定夹中时,可能会在卡入的瞬间产生脉冲声。否则,手臂和手是减少外部振动的良好过滤器。
图 2. 原则上,电容话筒由一个质量块(振膜)、一个弹簧(振膜张力)和系统阻尼(振膜的弹性悬挂)组成。除此之外,整个话筒音头可能会被悬挂起来,以实现某种形式的与外壳的隔离。然而,固定夹、话筒支架和支撑面也会起作用。
振动 - 位置和程度
振动无处不在。然而,在某些地方的振动水平比其他地方更强。
舞台地板
好的舞台地面是坚固的,不会产生太多振动。但是,一些用于演奏大提琴和低音提琴等古典弦乐器的舞台(地板或舞台增高台)必须为这些乐器提供良好的支撑。它们可能会根据激励(舞台上的脚步声、超低音扬声器、与扩声系统的耦合等)而产生轻微振动。
糟糕的舞台地板或鼓架增高台很容易在低频下振动。如果有超低音扬声器在下面或者架子鼓在上面,许多地板或讲台会表现出 10 m /s² 的振动水平。(m/s² 是加速度的国际单位制单位。1 m/s ²≈0.1G)。话筒支架可能与地面隔离,也可能不隔离。然而,用乐器撞击话筒支架或跺脚仍然会产生高于 10 m/s²的振动水平。
鼓
敲击鼓面时,整个鼓面都会振动。例如,当用鼓槌敲击小军鼓或通鼓的边缘时,这些经常使用夹式话筒的鼓的振动水平可能会超过 100 (!)。用力敲击其他鼓面,尤其是底鼓,可能会产生类似的振动水平!
弦乐器
这些乐器有一个琴身来支撑振动的琴弦。大多数弦乐器,尤其是低音提琴和大提琴,也有所谓的狼音。在这里,共振变得非常强烈,以至于抵消了演奏的音符。这种共振以及其他共振可能会影响安装在乐器上的话筒。话筒的悬挂可能会决定它录制声音的效果。
铜管乐器
号嘴或喇叭口会在一定程度上振动,虽然不一定是极度振动。然而,对于一个小型的无阻尼夹式话筒来说,共振可能会成为一个问题。
话筒如何响应振动
了解话筒对这些振动的敏感度是很实用的。为了找出,我们收集了一些话筒并进行了实验:
每个话筒都安装在振动器顶部(见图 3),并使用提供的夹子或支架将其固定在振动器上。
一个宽带信号(粉红噪声)被馈送到驱动振动台的放大器中。(没有声学声音存在)。记录话筒输出和强制加速度(由加速度计拾取),为传递函数和话筒对振动的敏感度提供数据。
方向性敏感度
从本质上讲,大多数话筒对垂直于膜片方向的振动很敏感,对于笔式话筒来说,垂直于膜片的方向就是轴上方向。因此,我们在本次测试中采用了轴上激励,并辅以 45° 和 90° 的激励角度(通过转动夹子,见图 4)。
每重力加速度等效声压级
测量振动话筒的输出时,可以描述一个等效声压级,该声压级将在话筒中产生与振动相同的信号。此级别通常在 55-105 dB SPL/m/s² 范围内。含义:以 1 m/s² 振动话筒产生的信号与声压级为 55-105 dB SPL 的声源产生的信号大小相同。事实上,当震动时,一些话筒可能会产生比这更高的输出。
测量的话筒包括电容式和动圈式。下面的示例图显示了三个不同方向的传递函数。因此,每个图包含每个话筒的三条曲线:黑色:0° 轴上激励,蓝色:45° 激励,红色:90° 激励。在所有情况下,0° 角都垂直于振膜。
所有测量设置均利用特定话筒附带的支架或夹子。
底鼓话筒
名称: 类型: 应用程序: 等效声压级: |
DPA 4055 |
名称: |
E 品牌 |
图 5. 两个底鼓话筒的传递函数。等效 SPL/m/s² 是通过在最高输出发生的单一频率(和方向)上离开话筒来测量的。
人声话筒
名称: 类型: 应用程序: 等效声压级: |
DPA 2028 |
名称: |
G 品牌 |
图 6. 两个话筒的传递函数。等效 SPL/G 是通过在最高输出发生的单一频率(和方向)上离开话筒来测量的。
图 7. 六款流行底鼓话筒的等效 SPL/m/s² ,其中一款是 DPA 4055。另外,还有六款流行人声话筒(电容式和动圈式话筒),其中两款是 DPA 电容式话筒:2028 和 d:cto™。等效 SPL/m/s² 是通过在最高输出发生的单一频率(和方向)上离开话筒来测量的。等效 SPL/m/s² 越低越好。请注意,在鼓组中,振动水平可能超过 1m/s² 40 dB 以上。
消除振动
如果您想消除话筒振动,请使用高质量的减震架。大多数笔式话筒都有减震架,但不一定适用于带有锥形外壳的话筒,如手持话筒。这使得支架上的人声话筒容易受到舞台地板振动的影响。但是,当放置在支架上时,安装角度通常不是 0° 而是 90°,话筒通常对这个方向不太敏感。此外,根据设计,许多手持话筒可以减弱振动的影响。
大多数问题都发生在将话筒安装在鼓组上时。首先,激励方向有多个,而不仅仅是一个。根据被击打的鼓组部位,会有更多的方向发挥作用。这使得减震架对于底鼓来说或多或少是必需的。然而,许多安装工具不能提供足够的阻尼。所以,了解话筒在这些情况下的表现是很有意义的。。
下图显示了减震架的效果。图中显示了安装在夹子、标准减震架和专用于式的减震架中的 4017 式话筒。带有 4017 式话筒的包含一个低切滤波器 B 型放大器,该滤波器在每个固定装置中处于关闭 / 开启状态。
通过踢三脚架的其中一条腿,可以产生振动。您可以在此处收听录音。(请参阅: 话筒用户需要了解的 10 个重要声学事实)。
图 8:踢话筒支架产生的振动信号:
- A:话筒在标准夹子中(UA0639)。未应用低切。
- B:在标准夹子中。应用低切。
- C:在防震架中(UA0897)。未应用低切。
- D:在防震架中(UA0897)。应用低切。
- E:在专用防震架中。未应用低切。
- F:在专用防震架中。应用低切。
曲线显示,在一种情况下,使用最初为较重话筒设计的减震架时,低频振动(20-30 )会增加。系统的共振开始发挥作用。(在这种情况下,应用低切会有所帮助。)
可以具体说明吗?
有一项用于指定或记录话筒的国际标准 - IEC 60.268-4。大多数话筒制造商都遵循该标准,包括 DPA 话筒。该标准有一个段落 (§19.2) 涉及此主题:“机械振动引起的等效声压”。
本文中的测量遵循了 IEC 指南中的原则。请注意,大多数制造商都会将这些数据保密——即使他们进行过测量。
结论
话筒输出至少可以通过两种方式产生*):一种是源自声学声音的信号,另一种是振动产生的信号。这两个不同的来源听起来截然不同。振动源是共振的且带有特定音色。此外,两个输出之间的相位关系可能会发挥作用——如果振动产生的声音达到与声学声音相当的水平,混音可能会受到影响。(这在鼓组中很容易实现。)重要的是尽可能选择对振动敏感度低的话筒和/或使用高质量的减震架是很重要的。
*) EMC/RFI 也可能产生意外的输出
参考
[1] Burkhard,Mahlon D.:防冲击和振动。预印本 396,1965 年第 17 届音频工程协会(AES)年会。
G.R.A.S. 应用说明:147AX 话筒振动灵敏度。
[2] IEC 60268-4 音响系统设备 - 第 4 部分:话筒。
[3] Locke,Terry R:一种有效的动圈话筒机械气动减震架。《音频工程学会》,1978 年 9 月,第 26 卷,第 9 期。
[4] Plice,Gerald W.:用于支架或吊杆的话筒附件减震架。《音频工程学会》,1971 年 2 月,第 19 卷,第 2 期。
[5] Sorbothane 可减少 Hook Studios 话筒的振动。 Sorbothane® 可减少话筒的振动
Rule, Eric、Suelentrop, Fred j. 和 Perls, Thomas A.:《电容式话筒的振动灵敏度》。《美国声学学会》第 32 卷,第 923 页 (1960 年)。
[6] Stehle, Charles Douglas:《话筒的振动隔离》。《美国声学学会》第 80 卷,第 699 页 (1986 年)。
[7] Walsh, Jonathan D.;Su, Quang T.:通过减表征话筒的振动响应。《美国声学学会》第 141 卷,第 3677 页 (2017 年)。
[8] Walsh, Jonathan D.;Miles, Ronald:《话筒长度及其对振动干扰的影响》。《美国声学学会》第 148 卷,第 2640 页 (2020 年)。