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淺談萬用表檢測駐極體話筒好壞

ss ? 來源:網(wǎng)絡整理 ? 作者:工程師譚軍 ? 2018-10-07 11:41 ? 次閱讀
動圈話筒
動圈話筒(動圈式麥克風)(moving-coil microphone 【工程聲學】動圈式話筒,動圈式傳聲器)是把聲音轉變?yōu)殡?a target="_blank">信號的裝置。動圈式話筒是利用電磁感應現(xiàn)象制成的,當聲波使膜片振動時,連接在膜片上的線圈(叫做音圈)隨著一起振動,音圈在磁場里振動,其中就產生感應電流(電信號),感應電流的大小和方向都變化,變化的振幅和頻率由聲波決定,這個信號電流經(jīng)擴音器放大后傳給揚聲器,從揚聲器中就發(fā)出放大的聲音。
當傳聲器接受聲波時,聲波產生的力量作用在振膜上,引起振膜振動,帶動音圈作相應振動,音圈在磁鋼中運動,產生電動勢,聲音信號轉變成電信號。
優(yōu)點
動圈話筒構造相對簡單,因此經(jīng)濟耐用。它們能承受極高的聲壓,且?guī)缀醪皇軜O端溫度或濕度的影響。
構成特點
構成
動圈式傳聲器主要由線圈、磁鋼、外殼組成。
特點
動圈話筒使用較簡單,無需極化電壓,牢固可靠、性能穩(wěn)定、價格相對便宜。但它的瞬態(tài)響應和高頻特性不及電容式傳聲器。通常動圈話筒噪音低,無需饋送電源,使用簡便,性能穩(wěn)定可靠。主要特點包括:
1、結構牢固,性能穩(wěn)定,經(jīng)久耐用,價格較低;頻率特性良好,50-15000Hz頻率范圍內幅頻特性曲線平坦;
2、指向性好;
3、無需直流工作電壓,使用簡便,噪聲小。
性能區(qū)別
聲學性能比較
一般來講(當然也有例外),電容話筒在靈敏度和擴展后的高頻(有時也會是低頻)響應方面要優(yōu)于動圈話筒。這跟電容話筒需要先將聲音信號轉換成電流的工作原理有關。通常,電容話筒的振膜都非常薄,很容易受到聲壓影響而發(fā)生震動,從而引起振膜與振膜艙后背板之間電壓的相應改變。而這種電壓的改變接下來又會經(jīng)過前置放大器的多倍放大之后,再轉換成聲音信號輸出。
當然,這里所說的前置放大器,指的是內置在話筒中的放大器,而不是我們通常所說的“前置話放”,即調音臺或接口上帶的那種前置放大器。由于電容話筒振膜的面積非常小,因而,其對低頻或高頻聲音信號的響應非常靈敏。事實也的確如此。絕大多數(shù)電容話筒都能夠精確捕捉到很多人耳根本聽不到的聲音信號。
實際上,通常我們說的動圈話筒,從嚴格意義上講,應該叫做“動圈式(moving-coil)”動圈話筒,因為這種話筒聲音信號的產生,主要是通過與振膜緊密相連的導線線圈根據(jù)聲壓變化在磁場中不斷運動來完成的。由于其中運動部分的體積相對較大,因而,動圈話筒在響應頻率的范圍(主要是高頻部分)、靈敏度以及瞬時響應能力方面都比電容話筒稍遜一籌。
鋁帶式話筒(Ribbon mICrophones)也是動圈話筒的一種。它主要是通過金屬片自身根據(jù)聲壓變化而發(fā)生的震動,來帶動磁場中電流的變化,從而最終產生聲音信號的。由于金屬片的面積相對振膜和線圈要小,因而,這種鋁帶式話筒對高頻的響應能力要高于動圈式話筒,但是,還是無法和電容話筒相媲美。
解決辦法
動圈話筒的靈敏度低于電容話筒,主要是因為它
內部沒有相應的電子元件來對聲音信號進行放大和緩沖。因而,它們通常會比動圈話筒要求更多的增益。正是由于這一原因,動圈話筒的音質通常會隨所用前置放大器的不同而發(fā)生相應的變化。不過,這在強音源條件下,一般不會引發(fā)什么不良后果,但是,如果音源比較微弱的話,問題可能就會比較嚴重,需要格外注意了。市場需求是產品創(chuàng)新的催化劑。
為了解決這一問題,當前市場上也的確出現(xiàn)了不少直接內置有前置放大器的動圈話筒,比如BLUE推出的Ball moving-coil(動圈式話筒)以及Royer推出的R122 ribbon(鋁帶式話筒)等。
事實證明,它們的確能夠很好地同各種前置放大器相適用。由于每種話筒都有自己的獨特優(yōu)勢和不足,因而,如果你仔細觀察,就會發(fā)現(xiàn),每種話筒都有自己專門的適用情境。比如,動圈式話筒通常在吉他放大器、銅管、近場鼓聲以及現(xiàn)場人聲等強音源錄音環(huán)境下使用;而電容話筒則通常在自然條件下或對高頻響應范圍要求較高的條件下使用,例如鼓聲懸頂錄音、鋼琴、聲學弦樂器、工作室內人聲錄音以及管弦樂隊和合唱錄音等;鋁帶式話筒則在數(shù)字錄音,尤其是打擊樂器和銅管的錄音過程中越來越受到關注。
當然,鋁帶式話筒也可以用于吉他放大器、各種聲學樂器以及人聲等多種錄音場合。最后,我想說的是,任何規(guī)則都只是參考而已,并不一定要必須遵守。盡管幾乎沒有人推薦我們使用動圈式話筒來對聲學吉他進行錄音或對鼓聲進行懸吊錄音,但是,如果需要,這些都是可以嘗試的,因為規(guī)則是死的,而人是活的。實際上,在現(xiàn)實中,我們可以看到很多類似于現(xiàn)場人聲錄音使用電容話筒,而工作室內人聲錄音使用動圈話筒,甚至使用電容話筒來對鼓聲進行近場錄音的現(xiàn)象,而且好像都取得了不錯的效果。這告訴我們,選用話筒的關鍵在于,看它是否能夠達到自己的預期效果,而不是一味遵從那些既定的條條框框。
動圈話筒有一個音圈,音圈固定在振膜上,在音圈的附近設有一個磁性很強的永久性磁鐵,這一結構相當于揚聲器的結構,振膜相當于紙盆。
話筒在工作時,聲波作用于振膜,使振膜產生機械振動,這一振動帶動音圈在磁場中振動,由勵磁電,音圈輸出音頻電信號,是聲音轉換成電信號。

以MF50型指針式萬用表為例,介紹在業(yè)余條件下使用萬用表快速判斷駐極體話筒的極性、檢測駐極體話筒的好壞及性能的具體方法。

(a)判斷極性與好壞

(b)檢測兩端式話筒靈敏度

(c)檢測三端式話筒靈敏度

判斷極性

由于駐極體話筒內部場效應管的漏極D和源極S直接作為話筒的引出電極,所以只要判斷出漏極D和源極S,也就不難確定出駐極體話筒的電極。如圖1(a)所示,將萬用表撥至“R×100”或“R×1k”電阻擋,黑表筆接任意一極,紅表筆接另外一極,讀出電阻值數(shù);對調兩表筆后,再次讀出電阻值數(shù),并比較兩次測量結果,阻值較小的一次中,黑表筆所接應為源極S,紅表筆所接應為漏極D。進一步判斷:如果駐極體話筒的金屬外殼與所檢測出的源極S電極相連,則被測話筒應為兩端式駐極體話筒,其漏極D電極應為“正電源/信號輸出腳”,源極S電極為“接地引腳”;如果話筒的金屬外殼與漏極D相連,則源極S電極應為“負電源/信號輸出腳”,漏極D電極為“接地引腳”。如果被測話筒的金屬外殼與源極S、漏極D電極均不相通,則為三端式駐極體話筒,其漏極D和源極S電極可分別作為“正電源引腳”和“信號輸出腳”(或“信號輸出腳”和“負電源引腳”),金屬外殼則為“接地引腳”。

檢測好壞

在上面的測量中,駐極體話筒正常測得的電阻值應該是一大一小。如果正、反向電阻值均為∞,則說明被測話筒內部的場效應管已經(jīng)開路;如果正、反向電阻值均接近或等于0Ω,則說明被測話筒內部的場效應管已被擊穿或發(fā)生了短路;如果正、反向電阻值相等,則說明被測話筒內部場效應管柵極G與源極S之間的晶體二極管已經(jīng)開路。由于駐極體話筒是一次性壓封而成,所以內部發(fā)生故障時一般不能維修,棄舊換新即可。

檢測靈敏度

將萬用表撥至“R×100”或“R×1k”電阻擋,按照圖1(b)所示,黑表筆(萬用表內部接電池正極)接被測兩端式駐極體話筒的漏極D,紅表筆接接地端(或紅表筆接源極S,黑表筆接接地端),此時萬用表指針指示在某一刻度上,再用嘴對著話筒正面的入聲孔吹一口氣,萬用表指針應有較大擺動。指針擺動范圍越大,說明被測話筒的靈敏度越高。如果沒有反應或反應不明顯,則說明被測話筒已經(jīng)損壞或性能下降。對于三端式駐極體話筒,按照圖1(c)所示,黑表筆仍接被測話筒的漏極D,紅表筆同時接通源極S和接地端(金屬外殼),然后按相同方法吹氣檢測即可。

以上檢測方法是針對機裝型駐極體話筒而言,對于帶有引線插頭的外置型駐極體話筒,可按照圖2所示直接在插頭上進行測量。但要注意,有的話筒上裝有開關,測試時要將此開關撥至“ON”(接通)位置,而不能將開關撥至“OFF”(斷開)的位置。否則,將無法進行正常測試。

使用常識

1.駐極體話筒雖然品種多、型號不一,但其主要特性一般相差都不太大,差別常在于靈敏度高低的不同。尤其是常用機裝型駐極體話筒的外形尺寸絕大多數(shù)也很接近,故其通用互換性較好。在電子制作或維修時,如果找不到所需的型號,可用相似尺寸和特性的任何駐極體話筒來代換。但要注意的是,有些型號的駐極體話筒采用色點標記對其靈敏度進行分擋,例如英倫牌CM-18W型駐極體話筒的靈敏度劃分成5個擋,每擋差別約4dB,依次是:紅色為-66dB,小黃為-62dB,大黃為-58dB,藍色為-54dB,白色>-52dB。代換時,即使型號相同還不夠,必須要求兩者色點相同或靈敏度接近才行。如果是非色標產品,最好查產品手冊或說明書,弄清具體特性和主要參數(shù)后,再確定能否代換。

2.駐極體話筒的靈敏度選擇是使用中一個比較關鍵的問題,究竟選擇靈敏度高好還是低好,應根據(jù)實際情況而定。在要求動態(tài)范圍較大的場合應選用靈敏度低一些的產品,這樣錄制節(jié)目背景噪聲較小、信噪比較高,聲音聽起來比較干凈、清晰,但對電路的增益相對就要求高一些;在簡易系統(tǒng)中可選用靈敏度高一點的產品,以減輕對后級放大電路增益的要求。另外要注意的是,普通駐極體話筒的離散性較大,即使是同一型號和色點的話筒有時靈敏度也存在較大差異。

3.駐極體話筒和電子設備連接時,要特別注意兩者阻抗的匹配。無論使用何種話筒,都必須始終牢記這樣的原則:高阻抗的話筒不可以直接接至低輸入阻抗的電子設備,但低阻抗話筒接至高輸入阻抗的電子設備是允許的。另外,高阻抗的話筒引線不宜過長,否則容易引起各種雜聲并增加頻率失真。在需要使用較長的話筒接線時,應盡可能地選用阻抗低一些的話筒。無論話筒的引出線或長或短,都應采用屏蔽線,以免外界雜波信號感應給引出線,對后級放大電路造成干擾。

圖3? 駐極體話筒的4種接法

(a) 負接地,D極輸出

(b) 正接地,S極輸出

(c) 負接地,S極輸出

(d) 正接地,D極輸出

4.駐極體話筒在接入電路時,共有4種不同的接線方式,其具體電路如圖3所示。圖中的R既是話筒內部場效應管的外接負載電阻,也是話筒的直流偏置電阻,它對話筒的工作狀態(tài)和性能有較大影響。C為話筒輸出信號耦合電容器。圖3(a)和圖3(b)所示為兩端式話筒的接線方法,圖3(c)和圖3(d)為三端式駐極體話筒的接線方法。目前市售的駐極體話筒大多是兩端式,幾乎全部采用圖3(a)所示的連接方法。這種接法是將場效應管接成漏極D輸出電路,類似于晶體三極管的共發(fā)射極放大電路,其特點是輸出信號具有一定的電壓增益,使得話筒的靈敏度比較高,但動態(tài)范圍相對要小些。三端式話筒目前市場上比較少見,使用時多接成圖3(c)所示的源極S輸出方式,這類似于晶體三極管的射極輸出電路,其特點是輸出阻抗?。ㄒ话恪?kΩ),電路比較穩(wěn)定,動態(tài)范圍大,但輸出信號相對要小些。當然,也可將三端式話筒接成圖3(a)或圖3(b)所示的電路,直接作為兩端式話筒來使用。但要注意,無論采用何種接法,駐極體話筒必須滿足一定的直流偏置條件才能正常工作,這實際上就是為了保證內置場效應管始終處于良好的放大狀態(tài)。

5.駐極體話筒內置場效應管的工作狀態(tài)如何,不僅決定了話筒能否正常工作,而且直接影響話筒的靈敏度、動態(tài)范圍和失真度。由于場效應管的直流工作電壓UDS、工作電流IDS均通過外接負載電阻R從后級放大器的供電電路獲得,所以電阻R的取值對話筒的實際使用效果至關重要。R的大小可由公式:R=(U-UDS)/IDS確定,式中U為電源電壓。R不僅是場效應管的負載電阻,在電路中它還與后續(xù)放大電路的輸入電阻并聯(lián)后共同構成話筒的負載電阻RL。應保證RL的阻值始終大于話筒輸出阻抗的3~5倍,這樣才能使話筒處于良好的匹配狀態(tài)。R阻值過小常常會引起放大電路輸入阻抗的降低,從而破壞前后級之間的阻抗匹配,使放大器的效率降低。由于話筒的輸出阻抗在2kΩ左右,因此RL至少要在10kΩ以上才能滿足要求。

6.一般駐極體話筒均由廠家給出工作電壓范圍或典型工作電壓值(多為1.5V、3V、4.5V這3種)以及最高工作電壓(≥12V)。使用時不要超過電壓上限,否則會擊穿內部場效應管。除了微型電子設備的駐極體話筒常使用1.5V電源外,絕大多數(shù)駐極體話筒的工作電壓均在3~10V范圍內。工作電壓取得高一些,有利于擴大話筒的動態(tài)范圍,避免在高聲壓級的場合產生嚴重的失真;工作電壓過小時,不僅會影響話筒的動態(tài)范圍,而且還會降低話筒的工作電流,影響到電路的信噪比。如果條件允許,最好讓話筒工作在廠家推薦的電壓下,以獲得最佳性能。

7.在電子制作或維修時,如果發(fā)現(xiàn)所用的三端式駐極體話筒已經(jīng)損壞,而手頭一時沒有合適的替換品,可不妨用一個大小相同、靈敏度等主要參數(shù)相近的普通兩端式駐極體話筒加工改造后代替,具體方法:按照圖4所示,用刻刀劃斷兩端式駐極體話筒背面與金屬外殼相連的焊腳敷銅箔,給金屬外殼焊接上獨立的引線,則原有的兩個焊腳加上金屬外殼(接地端),就構成了一個三端式駐極體話筒。

8.駐極體話筒在安裝和使用時,必須盡可能地遠離放音揚聲器,更不要對準揚聲器方向,以免引起嘯叫。幾個駐極體話筒同時使用時,不能將它們直接并聯(lián),而應該將各個話筒分別接到相應的前置放大電路,放大后再根據(jù)需要進行“合并”。

9.使用駐極體話筒時,嘴和話筒應保持一定的距離,過近容易引起聲音信號的阻塞和失真,過遠則會使聲音信號變小,噪聲相對增大。另外,話筒正面的受音孔要指向聲源,以獲得較好的頻率響應和靈敏度。不論使用還是存放話筒,均應保持干燥,防止受潮。對于外置型駐極體話筒,引出線要順一個方向收放,切莫凌亂打扭,否則容易造成引出線斷路或短路。


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