使用防风、防雨和防病毒防护措施对话筒的音频影响

使用防风、防雨和防病毒防护措施对话筒的音频影响

 抽象因素 

 风 ：风会在话筒中产生不必要的噪音，因此需要使用防风罩/防护罩来缓解问题。这些实用的配件可以控制在有风条件下产生的噪音（最多可减少 20-30 dB）。一般来说，对于这些解决方案，越大越好。如果风很大，录音通道（或话筒）中设置一个低频截止是一种很好的保护措施，可以防止低频范围的输入信号过强。

 雨 ：大多数防风罩可以缓解雨水带来的问题，至少在一段时间内是这样。然而，如果防风罩被浸湿，它将严重损害声音。出于这个原因，带上额外的（干燥的）防风罩是个好主意，因为彻底晾干一个湿的防风罩可能需要几个小时。如果工作不涉及录音，在雨天使用塑料袋是一个替代方法。但要注意，如果在放置塑料袋时防风罩是湿的，话筒周围的湿度可能会超过正常工作的限度。

 人声风 ：为了减少近场录音中的爆破音和喷气声，防喷罩是录音棚中一种有效的工具，因为它几乎完全不影响话筒的性能。通常，与普通防风罩相比，防喷罩可以在更远的距离阻止气流。

 病毒防护 ：用塑料袋覆盖话筒以防止病毒传播是一种实用的想法。但是，必须使用非常柔软和薄（<10 µm）的塑料。此外，袋子必须只是松散地放在话筒周围（不能裹紧），否则可能会改变话筒的指向性。

 介绍 

强风和大雨通常会在户外录音期间造成问题，因为它们会产生话筒拾取到的不必要的噪音。此外，在近距离录制人声表演时，用嘴呼吸、喷气声和爆破音也可能会产生不必要的声音。手持人声话筒也可能传播细菌和病毒。

为了防止产生不必要的噪音，通常会使用防风罩、防风屏等专门的解决方案来保护话筒免受天气影响。然而，这些解决方案的有效性不仅差异很大，而且很少给出具体而完整的规格说明，例如降噪特性、频谱衰减、受雨水影响等方面的规格。缺失这些信息可能部分是因为在这一领域缺乏完整的标准。

在新冠疫情期间，使用可更换的盖子（如塑料袋）来防止病毒转移到话筒表面是一种常见的做法。虽然这是一种保持话筒清洁的绝佳解决方案，但确实会影响声音。

 测量风噪 

通常，风产生的噪音是在实验室中测量的，以确保测量条件可控。标准“IEC 60268-4 话筒”描述了可能产生受控风的“设备”（通常是一个大风扇）。此外，风扇必须安装好，以便只测量风噪声（而不是风扇/电机噪声）。在大多数情况下，这种风力机可以产生从 0 米/秒到大于 10 米/秒的风速。

典型的测量结果包括噪声频谱与风速的关系、等效噪声级与风速的关系或等效噪声级与风向的关系。（等效水平将噪声与由声学噪声源产生的噪声进行比较——如果一个声学源产生与风相同的噪声，它将如何测量）。

如果手边没有风机，可以使用自然风，前提是可以测量自然风。一种低技术含量解决方案（但可能不太准确）是在开车时将话筒放在车窗外。汽车的速度计提供实际风速（10 米/秒 = 36 公里/小时或 22.34 英里/小时）。

未受保护的话筒中的风噪

没有额外防风配件的话筒容易受到低频风波动的影响。由于话筒的结构，即使在没有压力波动的稳定风中，话筒周围的湍流也会导致风压波动。结果可能会产生不必要的可听见的声音。

风越大，噪音越大。通常，全向话筒（压力话筒）对风的敏感度低于定向话筒（压力梯度型）。然而，即使话筒对声音是全向的，噪声水平也会随着风的入射角而变化。原因之一在于外壳和话筒形状可能会影响产生的噪声水平。

下面的两个图表显示了 16 毫米全向话筒和 19 毫米心形电容话筒产生的噪声与方向的关系。低频时的噪声水平差异约为 20-30 dB。

曲线显示风噪与方向（30° 增量）的关系。对于两种类型的话筒，在 0° 入射角（轴上）和 90 度（轴外）时噪音最高，在 180° 时噪音最低。

图 1. 上图显示了 4006 全向话筒在 10 m/s 风速下从各个方向产生的风噪。下图显示了 4011 心形话筒在相同条件下产生的噪音。无论风的入射角如何，心形话筒产生的噪音都比全向话筒高得多（1/3 倍频程）。

记录话筒对风的反应的另一种方法是创建极坐标图。它类似于显示指向性模式、对声音的敏感度与方向的图表。下面是基于上述话筒数据的两个图表，但现在分别以 A 计权和 C 计权水平测量，与风的入射角相对应。两个图都在 0°处归一化，这意味着不显示绝对噪声水平，而是相对于 0°进行水平调整。

图 2。现在数据以极坐标图的形式呈现。左图显示未受保护的 4006 全向话筒在风速为 10 m/s 时从各个方向产生的风噪声。红色曲线是 A 加权水平与方向的关系，归一化为 0° 处的 0 dB。蓝色虚线曲线是 C 加权水平与方向的关系。右图显示未受保护的 4011 心形话筒中的相同数据。

各种防风解决方案的目的

防风保护应使音频无噪音且无音色变化 / 频谱衰减。不幸的是，很难同时对这两者进行优化。

最好的防风措施是封闭的刚性箱体 [29]。然而，这样声音就无法通过了。与之相反，一个能透声的装置则无法防风。必须在这两个极端之间找到一个最佳的折衷方案。

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 泡沫防风罩 / 防风屏 / 防风塞

大多数防风罩/防风屏（在本文中可互换使用）由开孔泡沫制成，可实现声音透明。泡沫可以由聚氨酯 (PUR) 或类似材料制成。具有等效流动阻力的金属泡沫也可以获得相同的效果。这些防风罩通常是圆形 / 球形的，能从各个方向提供最佳的风阻尼。

一般来说，防风罩的直径越大，降低的风噪就越多 [5, 9, 16, 17, 19]。只要话筒音头位于中间，全向话筒对防风罩的设计不是很敏感。然而，如果心形话筒的振膜前后的进声口被泡沫覆盖，其性能可能会受到影响，因为这会改变话筒的实际指向性。一些流行的防风罩在这些进声口附近留有空气空间以保持指向性。[29]。

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 壳式/篮式防风罩/防风屏/防风塞

壳式防风罩（通常称为篮式）旨在尽可能远离振膜阻挡风。它们通常在外壳和话筒之间不添加任何吸收或阻尼材料。壳 / 篮由一个刚性格栅组成，上面覆盖一层或多层细网。同样，球形是最有效的，然而，可以通过扩展球体，或者更确切地说，通过插入一个圆柱体来改变形状系数（对于长话筒）[29]。

图3.扩大球形的原理

由于这种防风罩的形状类似于飞艇，所以它也有一个昵称叫 “齐柏林” (Zeppelin)。它们在电影行业也被称为飞艇。

可以通过在安装前在壳体内添加泡沫护罩，或者在外部添加类似毛皮的外套（昵称：“防风毛套” 或 “防风袋熊套”）来改善壳的风阻尼效果。然而，添加外部毛皮也可能会降低声学透明度。

重要的是，壳表面在风中不能振动，否则就像在话筒附近添加了一个声源 / 振动膜。另一方面，根据 DPA 未发表的研究结果，圆柱体的内部就像一根管子，外壳中的驻波可能会影响系统的频率响应。

下图 4 显示了 Rycote 的传统壳式/篮式屏幕的风阻尼 (制造商数据)。这里使用自然风进行测量，平均 20 次单独测量。话筒是枪式的。

图 4. Rycote 标准篮式 + 毛皮型防风罩的阻尼曲线。20 次读数的平均值（制造商数据）

对于较大的话筒阵列（特定设置的多个话筒的排列），创建一个覆盖所有话筒的篮子可能是有利的，尽管结构笨重。

微型话筒也可以使用泡沫或带毛皮的贝壳形网格。同样的规则适用于所有话筒尺寸：尽可能远离振膜阻挡风。然而，微型话筒的目的是留下尽可能小的占地面积。因此，适用防风罩的实际尺寸是有限制的。

通常使用小型泡沫防风罩，但通常需要更有效的解决方案。这里使用外壳/毛皮解决方案。

图 5 显示了标准泡沫防护罩和用于微型话筒的毛皮型 Air1 防护罩。

图 5. 微型话筒的泡沫和毛皮防风罩

图 6 中的三条曲线显示了 5 毫米领夹式话筒 (DPA 4061) 在没有任何保护、有泡沫以及有外壳/毛皮屏蔽的情况下产生的噪声频谱（以 5 m/s 的速度测量）。

图 6. 5 毫米微型话筒在 5 米/秒风速下的噪声频谱，裸露、带泡沫防护罩和带毛皮防护罩（Air1）。毛皮防护罩最有效。

毛皮解决方案也适用于最小的微型话筒（3 毫米）。图 7 显示了将 Air1 应用于 DPA 6060 领夹式话筒的结果。

图 7. 风速为 10 m/s 时，有无毛皮防护罩（Air1）产生的风噪声频谱。噪音减少约 27 dB(A)。

大多数人声话筒都集成了一个（较小的）篮状网格。它由外部的刚性网格组成，也提供机械保护。在内部，它可能有一层薄泡沫以及一个额外的网格。图 8 显示了 DPA 2028 人声话筒如何实现这些组件。

图 8. 网格、泡沫和网罩，

保护 DPA 2028 手持式人声话筒。

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 泡沫防风罩的影响，风噪

防风罩的目的是减少话筒产生的噪音，而不是风本身的声音。

只要话筒（或前置放大器）不失真，风噪主要出现在低频范围内。挡风玻璃的形状也会影响阻尼。如前所述，降噪效果取决于防风罩的直径。所以，在这种情况下，越大越好。。

下面的曲线显示了自然风场中未受保护的 19 毫米笔式心形（压力梯度）话筒和配备 60 毫米防风罩的相同话筒的噪声频谱。两个话筒同时测量。风速在 4-7 米/秒范围内。分析的平均时间为 1 分钟。防风罩在低频范围内将风声降低了约 15-25 dB。

图 9. 4011 心形话筒在自然条件下产生的噪音（4-7米/秒，各个方向，1 分钟平均值）。上部曲线：未受保护的话筒。下部曲线：装有 UA0896 泡沫防风罩的话筒，用于笔式话筒，Ø19。低频时的噪声衰减范围为 15-25 dB。（1/3 倍频程）。

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 防风罩的效果，频谱衰减

如前所述，在增加防风保护的同时不引入一些频谱衰减是具有挑战性的。下图显示了防风罩对频率响应的影响。第一张图是全向话筒，第二张图是心形话筒。防风罩与上面展示的相同：UA0896 笔式话筒泡沫防风罩，Ø19。

图 10. 使用 60 毫米泡沫防风罩后与平坦频率响应的偏差。两个话筒配备泡沫防护罩，在轴上（蓝色曲线）和 90° 处（红色曲线）测量。6-8 kHz 以上有衰减，最大衰减小于 20 kHz 时的 2.5 dB。2-4 kHz 左右的小增益可以忽略不计。（1/3 倍频程）。

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 徽标对泡沫防风罩的影响

在广播中，在防风罩上添加标志是很常见的。下面是一个典型的防风罩，其表面粘有标志。在这种情况下，标志位于相对的两侧。

图 11.防风罩的两面都粘有标志

下面是防风罩根据声音入射角产生的衰减效果。从顶部（话筒在轴上）看时，衰减与泡沫预期一致。从侧面看时，衰减会受到徽标的影响。不幸的是，在与语音清晰度有关的最关键的频率范围内，衰减会增加。

专业提示！如果手持式采访话筒配有带徽标的保护装置，请勿从侧面对着它讲话。

图 12. 防风罩的衰减效果取决于声音入射角。从侧面对话筒讲话可能会影响语音清晰度，因为 2-4 kHz 频率范围内会产生额外的衰减。

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 防风罩和雨水

有时，防风罩还必须防雨。通常，几滴雨滴不会造成影响。由于泡沫上有纳米涂层，一些挡风玻璃具有一定的防水表面。这使得大部分水流在挡风玻璃的外部，而不是渗透到内部。但是，如果泡沫防风罩被浸湿，这种方法就行不通了。话筒通常不能保证在湿度超过 90% 的情况下正常工作。然而，在这种情况下，主要问题可能不是湿度，而是开孔泡沫的堵塞。

下面的图 13 显示了配备泡沫防风罩的全向话筒的衰减。

蓝色曲线（顶部）显示防风罩不受水影响时的衰减。20 kHz 时，少量衰减（<1 dB）是听不见的。

红色曲线显示挡风玻璃浸水时的衰减。堵塞的挡风玻璃现在形成一个空腔，在 3-4 kHz 左右产生共振（几乎就像“杯状”人声话筒）。

绿色曲线显示防风罩用手挤出并放回话筒上时的情况。结果是共振减少，但在较高频率 >5 kHz 时衰减更多。

紫色曲线（底部）显示，在浸泡、挤出水分并干燥半小时后，屏幕仍然不像完全干燥的泡沫防风罩那样表现。

专业提示！在大雨中工作时，请务必携带额外干燥的泡沫防风罩。

图 13. 挡风玻璃的光谱衰减 1：干燥。2：浸泡。3：浸泡后挤干。4：浸泡、挤干并干燥 0.5 小时。（1/3 倍频程）。

有特殊的户外保护罩，它们具有独特的能力，能让雨水在其表面流过，并从话筒元件下方的底部滴落。

图 14. 5100 移动 5.1 环绕话筒（沉浸式话筒）的 OC5100 户外罩（左）和 WJ5100 毛皮防风罩（右）。

为了报道户外体育赛事，枪式话筒通常被放置在足球场或棒球场周围、跑道附近等。不幸的是，这些活动有时在雨中举行，在活动进行时，没有办法保护话筒。

下图 15 显示了通过附着诸如泡沫、壳式和毛皮防风罩等常规手段来实现的声音衰减以进行风阻尼。当然，如果应用了所有的屏蔽措施，这种阻尼是可听见的，但大体上可以进行补偿。许多枪式话筒配备了内置的补偿滤波器。然而，如果毛皮防风罩被浸湿，衰减就会很显著（并且无法进行补偿）。

图 15. 声音的衰减（轴上）取决于防风罩的条件：

1（蓝色）：带泡沫的 4017 枪式话筒。

2（红色）：4017 + Rycote 篮子。

3（红色虚线）：4017 + 泡沫 + 篮子。

4（绿色）：4017 + 泡沫 + 篮子 + 毛皮。

5（紫色）：4017 + 泡沫 + 篮子 + 浸泡的毛皮。请注意声音的严重衰减。

6（黑色）：显示内置的高频损耗补偿。但是，无法补偿湿毛皮涂层的极端高频阻尼。（1/3 倍频程）。

在雨天，可以将塑料袋放在泡沫防风罩的顶部。这只能在雨开始下之前进行，而不是在泡沫已经湿透的情况下进行。如果泡沫是湿的，袋子内的热量可能会导致水蒸发，然后凝结在话筒内。由于这种“注入”的湿气（不必要的放电），一些话筒往往会产生“咔嗒”声。更好的解决方案是保留防风罩，并在雨停后用干燥的防风罩替换它。

  防喷罩  

防喷罩通常是一个圆环（直径 = 150-200 毫米），上面有一层或两层布（如尼龙丝袜）或薄泡沫盘。它主要用于单人录音。防喷罩通常有一个话筒支架安装夹。防喷罩应尽可能靠近演讲者或歌手的嘴唇，并尽可能远离话筒。这样，它就可以在气流到达话筒之前尽快减少气流。由于该设备仅覆盖话筒的一侧，因此不会引起任何方向性变化，并且高频损耗绝对最小。

图 16. 防喷罩的正确放置位置

  鼻锥  

鼻锥取代了铅笔话筒上的标准网格，使其在音频频率范围内具有完美的全向响应。它抵消了全向话筒在较高频率下表现出的方向性。它还保证了到达所有入射角的声音的均匀音调平衡，但高频在轴上得到增强。

鼻锥可有效降低风噪，但仅适用于强单向气流中的全向话筒 [9]。

  病毒防护  

在 Covid 大流行期间，使用可更换的覆盖物（如塑料袋）防止病毒转移到话筒表面是一种常见的做法。虽然这是一个保持话筒清洁的好方法，但它确实会影响声音。声场移动膜，声音从膜的另一侧辐射出来。然而，损耗高低在很大程度上取决于塑料的厚度。

下面的图 17 显示了一项测试的结果，其中三个不同的话筒分别被不同厚度的塑料袋覆盖（一次一个）：6 µm、15 µm、20 µm 和 120 µm。塑料袋没有包在话筒周围，而是松散地挂着。袋子也是敞开的。

Schoeps 实验 [24] 表明，如果塑料层包在话筒周围，方向性会受到影响。该图显示了由此产生的衰减和对定向话筒的影响。所有三个话筒都配备了泡沫防风罩，以防止塑料接触音头。

图 17a。该图显示了使用 DUA0560 泡沫防风罩和各种塑料袋保护的 4060 微型全向话筒的测量结果。结果表明，衰减会随着塑料袋厚度的增加而增加。即使最薄的塑料袋也会产生可听见的负面影响，尽管在大多数情况下它是可以接受的。（1/3 倍频程）。

图 17b 1&2。与话筒标准性能的偏差：这是 4017 枪式话筒的轴上和 90° 处的测量值。塑料盖越厚，对频率响应的影响就越大。轴上高频衰减发生。此外，在这种情况下，它会降低话筒的指向性（在 90° 时，电平在 1-3 kHz 范围内升高）。（1/3 倍频程）。

图 17c。与话筒标准性能的偏差：d:facto™ 人声话筒在轴上和 90° 处进行测量。与 14b 一样，轴上有高频损失，中频频率上升，从而降低了指向性。但是，最薄塑料的效果对于大多数用途来说仍然是可以接受的。（1/3 倍频程）。

专业提示！薄而柔软的塑料袋（放在泡沫防风罩上）可以方便地保护话筒。如果塑料太硬或太厚，在有风的情况下可能会产生噪音。此外，如果塑料太厚，高频会降低到不可接受的程度。