测量振动对话筒的影响

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。这可能会造成一些不良影响，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。

一 .

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；当话筒保持在固定位置时，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。

二 .

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。

1

 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。

2

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！

3

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。

4

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。

三 .

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。为了找出答案，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。

图 3.用于测试话筒振动产生的输出的设置

1

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）。

图 4. 三个激励方向：0°（轴上）、45° 和 90°。

2

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。 

3

底鼓话筒 

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。

4

人声话筒

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:facto™。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。

5

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枪式的减震架中的 4017 枪式话筒。带有 4017 枪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 Hz）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。）

6

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。

四 .

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。）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。《音频工程学会杂志》，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。《音频工程学会杂志》，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》。《美国声学学会杂志》第 32 卷，第 923 页 (1960 年)。

[6] Stehle, Charles Douglas：《话筒的振动隔离》。《美国声学学会杂志》第 80 卷，第 699 页 (1986 年)。

[7] Walsh, Jonathan D.；Su, Quang T.：通过减法表征微型话筒的振动响应。《美国声学学会杂志》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》。《美国声学学会杂志》第 148 卷，第 2640 页 (2020 年)。