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麥克風_________________________________________________________主筆___吳榮宗

麥克風是從事這一行必需接觸與瞭解的裝備,在進入使用麥克風的過程介紹前,我們先行認識有關於
麥克風的一些規格明細。

麥克風的靈敏度
麥克風的靈敏度 ( Sensitivity ) 有幾種解說的方式:

dBV per microbar:

在 74 dB ( dBSPL;Decibel - Sound Pressure Level ) 的音壓電平位準下量測開路 ( Open Circuit )
的麥克風,( 記得大 V 嗎?那是建立於1V之下 )。

mV / Pa:

在 94 dB 的音壓電平位準下量測開路的麥克風,取得的毫伏特 ( millivolt, 1 × 10 - 3 )。

dBm / 10 dynes / cm2:

在 94 dB 的音壓電平位準下,被量測的麥克風是匹配在個特定的阻抗;dB 數低於 1 毫瓦特
( milliwatt, 1 × 10 - 3 )。

dBm, EIA Rating:

在 0 dB 的音壓電平位準下,被量測的麥克風是匹配在個特定的阻抗;
dB 數低於 1 毫瓦特 ( milliwatt, 1 × 10 - 3 )。

以下有幾種不同的方式,而卻同樣的是表達靈敏度:

1、開路靈敏度 ( Open Circuit Sensitivity ):-60 dBV / μbar:這-60 dB 的另一種說法是,
___可認定能變換或相當於每μbar ( Microbar ) 1 伏特。

這意思是:當麥克風是連接在開路狀態 ( 測量用的儀器設備之輸入阻抗比麥克風的輸出阻抗值大於
7 倍的值 ),而且是在 1 μbar ( 74 dBSPL ) 的音壓電平位準環境下;它產生了的 -60 dBV ( 1 mV )
的輸出電壓,也就是 74 dB 的音壓電平位準使麥克風產生了 -60 dBV ( 1 mV ) 的輸出電壓。

2、開路靈敏度 ( Open Circuit Sensitivity):10 mV / Pa ( 每 Pascal 為 10 millivolts )。

這意思是:這麥克風是在沒有負載的狀況下,施以 1 Pascal ( 94 dBSPL ) 的情況;能製造產生
10 millivolts 的輸出。也就是麥克風是在 94 dBSPL 的音壓電平位準下產生 10 millivolts ( -40 dBV )
的輸出。

3、開路靈敏度 ( Open Circuit Sensitivity ):-40 dBV / Pa ( -40 dB 相當於 1 Volt )。

這麥克風在沒有負載的情況下能製造產生 -40 dBV 的輸出。這麥克風在 1 Pascal ( 94 dBSPL ) 的狀況下
而又沒有負載的情況下,能製造產生 -40 dBV 的輸出。也就是麥克風是在 94 dBSPL 的音壓電平
位準下能製造產生 -40 dBV 的輸出。

4、功率靈敏度 ( Power Sensitivity ):-38 dBm per 10 dynes / cm2 ( 每 10 dynes / cm2 -38 dBm )。

當麥克風是連接在個對等的輸入阻抗時;這是有負載的情況下。
述說在個每平方公分 10 達因「 94 dBSPL 」時,能製造產生出 -38 dB 的輸出;這能認定可變換為
「 相當於 」1 毫瓦特。這也是述說 94 dB的音壓電平位準能製造產生出 -38 dBm的輸出。

5、EIA靈敏度 ( Electronic Industries Association U.S.A. Sensitivity ):-132 dBm 1 milliwatt。

這 EIA ( 美國電子工業協會 ) 是公認正確的而公推採用的比值規格。對個麥克風的輸出經由個匹配的
負載在授予特定的音壓電平位準;這特定的音壓電平位準為 0 dBSPL。

SPL + dBm ( EIA ) = 經由個匹配的負載所輸出的 dBm。

所有等值的靈敏度規格如下:

-60 dB 1 V / μbar = 10 mV / Pa = -40 dB 1V / Pa = -38 dBm / 10 dynes / cm2 = -132 dBm EIA。

註解:

dBV:以一般人聲大小的 74 dBSPL 的音壓電平位準為參考標準,這等於 1 microbar ( 1 μbar )
的壓力到麥克風,然後變換出1 Volt的訊號電壓輸出。

在壓力學說上:

milli = m ( 毫 ) 為 10 - 3 = 0.001,則 1 millibar ( 毫巴 ) = 0.001 bar。

micro = μ ( 微 ) 為 10 - 6 = 0.000001,則 1 microbar ( 微巴 ) = 0.000001 bar。

Pascal 中文為「 巴斯噶 」物理學的名詞,以人名命名全名為 Blaise Pascal 1623 ~ 1662,
其為法國數學家、物理學家、及哲學家。他早年以水銀柱測驗大氣壓力,發現距海平面愈高氣壓愈小,
而這差異可由水銀柱生降的高度得知,即是為巴斯噶原理。

巴斯噶原理:施壓力於限界之液體的任何部分,則其壓力對於液內的各部分都一樣傳達而無增減。
即限界液體之一部分受壓力作用時,其它部分亦必受強度相同之壓力作用。
以巴斯噶發現故以其名命名,是為巴斯噶原理。

Dyne 中文為「 達因 」,又簡稱「 達 」,不過較少使用。達因為物理學的名詞,以人名命名。
是在 CGS 制 ( centimeter - gramme - second ) 中的單位。其為計「 力 」之絕對單位。
作用於 1 公克質量的力,能使此質量得到每秒 1 公分 ( Centimeter;厘米 ) 之加速度者即稱為
「 1達因 」。

重力單位的 1 公克之力等於 980 達因。
它之所以在物理學中有地位,主要是因為「 小 」,等於使 1 公克之質量產生 1 公分 / 秒 2 加速度的力,
又 1 達因等於 0.00001 牛頓。

達因公分 ( dyne centimeter ) 為物理學的名詞,為計「 功 」之絕對單位,又通稱為「 爾格 」。

爾格 ( Erg ) 舊稱為「 厄格 」,為物理學的名詞,是計「 功 」之絕對單位。
以 1 達因之力作用於物體,其使作用點移動 1 公分,以之為功之絕對單位並稱之為爾格。
在實用上常以爾格之 107 倍為功之絕對單位,又通稱為「 焦耳 」。

焦耳(Joule)為物理學的名詞,由焦耳其人的名命名。
Jomes Prescott Joule 1818 ~ 1889 為英國物理學家,是道爾頓的弟子。焦耳畢生致力於物理學及
化學實驗,發明以流電生熱法、測定熱之功當量、建設能量不滅學說等等,他的著作很多。
焦耳在實用上是計「 功 」或「 能 」之絕對單位。通例以 10,000,000 爾格為 1 焦耳。

在功的學說上,受 1 牛頓的力,其作用點沿力的方向移動 1 公尺所作的功。

0 dB = 0.000,2 microbar ( 20 - 4 ) = 0.000,2 dyne / cm2 ( 20 - 4 ) = 0.000,02 newton / m2 ( 20 - 5 )
= 0.000,000,000,002 watts / m2 ( 20 - 12 ),

因此 1 microbar = 1 dyne / cm2 = 0.1 newton / m2,

或 10 microbar =10 dyne / cm2 = 1 newton / m2。

壓力_______________等於

1 lb / ft2___________ 127.6 dBSPL

1 lb / in2____________170.8 dBSPL

1 newton / m2_________94 dBSPL

1 microbar___________74 dBSPL

1 microbar___________1 dyne / cm2

1 microbar___________1 / 1,000,000 atmos ______________( 以上感謝黃建國 先生提供相關資料 )
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上述的資料是告訴各位一支麥克風的測定數據規矩,以及這些科學的宣告,後人是怎麼的來應用,
從一支昂貴好品質的麥克風產品,他們就很敢將所得的數據公佈於規格表內。
在早期的年代,人們是終規終矩的製作合乎條件下的產品,尤其是那時東歐國家的麥克風,
那真的是耐用又標準!往往是先驅,慢慢的,技術外移,各樣式的麥克風現世,
唯商業的市場競爭下,這方面的技術資料將會是愈來愈混沌,目的是讓使用者模糊規格焦點。

我們可以利用上述的量測資料來對於麥克風製品的一個參考依據,在產品商業化之後,購入使用者的
手裡,
我們能簡記的與應用在工作現場裡的是,發音體對著音頭,距離約 20 公分所能感應的音壓多寡
就是其靈敏度值,簡單的解釋就是在購買的麥克風附文裡,如果標示是這麼寫的:

Sensitvity ( 1000 Hz Opne Circuit Voltage )

- 54 dBV / Pa ( 1.85 mV )

1 Pa = 94 dB SPL

150Ω

看那負值的靈敏度數據 - 54 dB,如果你以數學去求出來這個值,那將是非常非常微小的一個電壓值,
不足使用,所以你必須藉由混音平台上所附與的麥克風增益放大器 ( Gain or Trim ) 將其調整至
+ 45 dB
的位置處,你將得到接近匹配的麥克風放大值,這樣子的做法也許不是最標準,不過現場應用的時候,
它將快速的使你 Vocal 麥克風設定上得到最快的定位時間!
當電平位置就序後,再依應用特性是否 Low cut 或是等化修補等。

以基本的物理觀念建立下,很多人容易誤解一件事情,那就是兩支麥克風在做比較時,當在同一通道
上,及同一增益的數據下,某一支麥克風輸出比較大聲時,就認定那一支麥克風比較好!
如有這樣觀念的人,看到此篇文章就請快些改正過來,阻抗高低也會影響麥克風定位輸出大小,
唯其並非絕定麥克風優劣。
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SHURE BETA-52 頻率響應圖表
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麥克風規格表內都會劃出頻率響應的圖,它們會告訴你在所謂標準距離下,其收音的頻率響應
如何,在多少距離或角度亦或如何,依照出廠前的量測標示,我們以每個租賃公司普遍都有的
Shure Beta-52 大鼓麥克風來解說,如果我們把麥克風置於大鼓內 3mm ,這意味貼著大鼓皮很近,
那是不可能的作業,當大鼓一踩,鼓皮彈性延伸會把麥克風彈掉了!

就大鼓麥克風收音,一般與鼓皮間距有 10 公分之多,我們觀察那曲線,6公分的位置低頻的響應
是如何,也因此在主喇叭系統調整完大鼓,你還需要那超低音的幫忙來揚升這大鼓低頻氣氛,
你或許說可以利用 EQ 來補償,是的,然而是有限的,如果補償到外場的聲音是滿意的,
那麼當你使用耳機或是側錄下來的聲音,那可能是個不適用的大鼓音色,另外更嚴重的是調整
過多的頻率範圍,那將使得功率放大器提早用掉那珍貴的 Head Room 那麼擴大器很早就滿載了。
又你降低現場音壓來保護它,則會使得整體放送音壓不足,利害吧,
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SHURE BETA-52 頻率指向圖表
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接下來是在那標示距離下,其突出3 ~ 4 KHz 頻域數值幾乎不變,所以在你尚未調整 EQ時,
你就可得到那比較明亮的鼓皮脆聲,我們再看另外一張圖,
可以看到它標示了幾個頻點,
別管那美美的指向特性,請看那些開始長尾巴的頻域,它主要是告訴我們頻率愈高,則尾巴就
愈寬愈長!那麼若剛巧大鼓正前方安排了 Guitar 樂器的音箱時,將會造串音內容改變了
一些原有的音質調整,這是不應該發生的,是要避開的。

瞭解欲使用的麥克風特性,所給予的規格內容,如此現場應用才能順暢適當,也從上述的圖例
瞭解到各麥克風的頻率響應。

麥克風的種類大至上可分為4種常用的型態,在我們的工作領域裡幾乎都會碰到的,
我們現在就來認識或複習這些麥克風的種類。


Omni-Directional Polar Pattern ( 全指向 )
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Bi- Directional Polar Pattern ( 雙指向 )
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Omni-Directional Polar Pattern ( 全指向 )

參照圖檔可以看出其為全方位收音的特性,
也就是其前後左右任何一個方位的收音
靈敏度幾乎是一樣的。
不過那是理想物理的環境,真正在握柄,
也就是音頭的後方還是一定會有那麼一點的
凹陷狀態,而且頻率響應也不會很一樣的。

Bi- Directional Polar Pattern ( 雙指向 )

音頭兩邊所拾起的電平及其頻率響應是一樣
的,相對的,如同兩個音頭收音的特性,
它也自然在 90?、270? 的地方產生兩組
Dead Spot ( 無放射區 )。


Uni- Directional ( Cardioid ) Polar Pattern
( 單指向 心型的 )

Super-and Hyper Cardioid Polar Pattern
( 超指向 靈敏的 )
Uni- Directional ( Cardioid ) Polar Pattern
( 單指向 心型的 )

這是最理所當然的,也是大部份動圈
麥克風的特性,Dead Spot ( 無放射區 )
依其反方向 180? 為其最深的不反應區,
也因此從音頭後方來的聲音訊號,
最不會被拾取,這也是一般動圈音頭
製程所最容易得到的物理特性,
相對的應用在舞台演出時,
當其音頭後方有監聽喇叭的放送,
其影響值是很低的。

Super-and Hyper Cardioid Polar Pattern
( 超指向 靈敏的 )

為求音頭收音反應的靈敏與傳真,電容式的結構音頭
自然就誕生了,會有超指向
( 收音頻率高的時候,
音頭後方會長尾巴的 ) 的特性就是電容式麥克風。
各式各樣的麥克風以電容式最民生,頻率響應最廣、
頻率特性最平坦。
雖然不耐震,容易受潮出雜音、還要額外電源,然而
在錄音室、電台、現場演唱等各場合幾乎都是這類
特性的麥克風。

未完待續.................


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