什么是指向性?




除了通过收音元件对话筒进行分类之外,还可从话筒的收音方向性质来识别,亦即是从不同方向收音程度来划分。大多数话筒可以放置在两个主要组别中:全指向性和单指向性。全指向性的话筒拥有最简单的设计、结构和分析力,我们会以此作为对比,比较其他种类的指向性。

全方向指向性

全指向性话筒几乎能从每个方向收录声音。如果有多个距离相等的收音目标,这会是最好的应用选择。然而,即使最好的全指向性型号,在更高频率的收音状态下,也会倾向于变成单指向性收音。因此,尽管是相同的音量,从后面而来的声音看起来,也比来自前面的声音有点失色。
全指向性话筒的物理尺寸,直接关系到话筒在非常高的频率下,能否保持其全指向特性的良好程度,话筒的主体会不自觉地阻挡从后而来较短的高频波长,所以话筒的主体直径越小,便能使话筒越接近真正的全指向性。

单方向指向性

单指向性话筒是专门设计于为能够最好地响应来自前方(在双指向情况下包括后方)的声音,同时倾向于拒绝来自其它方向的声音,这种效果也会随着频率的变化而有改变,并且只有质素更好的话筒才能够在宽阔的频率范围内提供均匀的抑制。这种定向收音的能力,通常是在话筒中的外部开口和内部通道设计而成的结果,使其容许声音以仔细控制的方式到达振膜的两侧。从话筒前部到达的声音将有助于振膜运动,而从侧面或后部而来的声音将会消减振膜运动。
基本上单方向指向性的类型包括心形,准心形,超心形和双向指向性。在单指向性话筒的总分类下还包括有超指向性的“擸枪式”话筒,这是一种更复杂的设计,但可以比其他四种基本类型提供更高的指向性。

指向性坐标图案

为了帮助用家可视觉化单指向性话筒的工作方式,在产品的文章和规格表中会以指向性坐标图案来表示收音方向的程度。这些圆形核度显示了话筒在固定声源前旋转时的相对灵敏度(以dB为单位)。用家还可以通过图3和图4中所示的收音模式,将它们视为水平截面。
话筒的指向性响应图通常会显示出多个频率图案。而最常见的单指向性话筒会由心形的指向性图案表示,因此被称为“心形”话筒。
指向性图案不应被视为话筒响应的“平面图”。例如,在所示的心形图案中,在90°离轴时的响应降低约6dB。它在图案上看起来可能不是很多,但是如果两个人同时在话筒等距离地说话,一个直接在轴上(前方),另一个在90°离轴方向,前方的人发出的音量听起来好像是离轴的人的两倍,离轴的人必须移动到话筒的一半距离,才能获得相等的音量。
有一点需要注意,这些指向性图案的量度是在消声室中进行,模拟没有墙壁、天花板和地板的理想声学环境。但在现实世界中,墙壁和其他表面将非常容易地反射声音,使得离轴声音可以从附近的表面反弹并且直接进入话筒的前方,因此,用家不会十足应用到话筒所提供的定向功能。即使心形话筒的后方也不是完全消音的,来自后面的声音会因附近的表面反射,仍会有部分从侧面或前面到达,所以,虽然心形指向话筒可以帮助减少不必要的杂音,但也难以完全消除。尽管如此,心形话筒亦可减少离轴方向的噪声约三分之二。
图5中所示的单指向性话筒,在与前方轴上刻度相比,在离轴180°的灵敏度约为20dB。这表示在心形话筒旋转180°后,使收音面向远离声源,声音将对比话筒前方,好像已经移动了10倍的距离!
话筒能提供均匀灵敏度的最大收音角度被称为其收音角。从图6中可以看出每个指向性坐标图案提供不同的收音角。这通常会随频率而变化,但高品质的话筒可在不同频率下仍维持极少变化的指向性图案。

距离因素

在单指向的话筒中,由离轴位置到大部分声音被抑制的距离,比较相同的全指向话筒的工作距离比例称为“距离因素”。如图6所示,心形话筒的距离因素(DF)为1.7,而全指向为1.0。这意味着如果在均匀嘈杂的环境中使用全指向话筒接收10英寸远的指定声音,则在心形话筒中以相同指定声音和同样均匀嘈杂环境比率下,可在17英寸处提供相同的结果。在其他话筒类型中,准心形在12英寸处有同样结果、超心型在20英寸和双向则在17英寸。
然而,如果噪声只从一个方向而来,而单指向话筒可以被定位到把噪声置于指向性的零位(最低点),则话筒将可提供更大的工作距离。

超指向话筒

当需要从更远的距离进行收音时,超指向性的“猎枪型”话筒将会是最好的选择。超指向话筒非常适合用于视频和电影制件中,以便当话筒必须放置在拍摄框架外围时,即在摄影机的视角之外时收录声音。
超指向话筒在收音元件前面设置有共鸣管,以确保能更好地消除从侧面到达的声音。鐵三角的超指向话筒提供了(“坡度”)元件与共鸣管组合,以增加在后部的杂音消除。
在一般的设计原则上,超指向话筒的共鸣管必须加长,以缩小收音角并增加工作距离。尽管较短的超指向话筒不能提供与较长形有一样大的工作距离,但在一般应用上,并无需要有精确的瞄准收音,所以较宽接收角是更为可取。一些鐵三角的超指向话筒使用专用设计(美国专利号4,789,044),使其提供与常规设计相比缩短三分之一的共鸣管,亦能有相同性能。

它们的声音如何?

在一个绝对宁静的房间中,以两英尺左右的距离收音,一个好的全指向话筒和一个好的心形话筒听起来非常相似;但把这对话筒并排在一个现实的房间中,你会听到立竿见影的差异。全指向话筒将收到所有的混响和回声,些声音将是非常现实。而心形话筒也会收到一些混响,但却少得多,所以和绝对宁静的房间相比,改变不会大太。(这是“距离因素”的作用)
如果在一个非常嘈杂的环境中,要使话筒作远离噪音指向比较,会在心形和全指向话筒中,得到一个讯噪比率更高的结果。

邻近效应

现在让我们从上面的实验重复比较,但这次把话筒非常接近声源(例如一个歌手)。当在两英寸左右收音时,可以注意到大多数心形话筒有上升的低音响应的特性,这被称为邻近效应,是全指向话筒不会有的特性。
邻近效应既可以是福也可以是祸,取决于如何使用它。一个歌手可以唱得很接近,从而获得一个深刻又朴实的声音,然后通过响亮的歌声而拉远话筒的距离,以转为更具穿透力的声音。这种创造性的运用需要一些实践练习,但是非常有效。另一方面,以相同的音量(不需要特殊效果)再移动话筒的进出,除了整体话筒电平的变化外,还产生音调平衡转变的现象,这是一些表演者喜欢在任何时候都非常贴接地唱歌,以加强一个很轻的声音。
邻近效应还可以有效地在加强声音的情况下减少啸叫声。如果表演者非常接近话筒,并且不需要额外的低音,则可以使用均衡器来降低声道的低频响应。这使得话筒对低频的反馈声不太敏感,令到话筒在超过一英尺远处,所收到的任何低频声音也不太敏感。(这种均衡技术也将有助于减少任何处理噪声的影响。)

那一种指向性是最好的?

选择单指向或全指向的话筒取决于实际应用(录音或扩声)、声学条件、所需的工作距离,以及所希望达到的声音种类。单指向话筒可以抑制不需要的噪声,减少混响的影响,提高出现啸叫声前的增益。但是在良好的声学环境中,妥善放置的全指向话筒,则可以保存收录位置的“声音”,而且往往优选自己需要的平整响应和免于邻近效应的影响。
全指向话筒通常比单指向话筒有更好的抗风噪声和机械噪声或手持摩擦声表现。全指向话筒也较不易于在发言中的某些音节而引起的“破声”,例如“p”、“b”和“t”。认真的录音师会因应不同的录音情况,而同时使用两种类型的话筒。