• 作者：Michael Williams
• 出处：https://micpedia.com/microphone-data-sheets/
• 编译：TinG

当今在录音棚中，尽管信号处理设备的选择非常繁多，但录音工程师所选择的麦克风依然对最终的录音质量起着决定性的作用。想要做出正确的选择，必须有着对麦克风技术规格参数的深入了解，并且要求用户有对不同声源和录音环境的丰富操作经验。

在Rycote出版“麦克风数据”之前（以前是书籍形式，然后是CD-ROM，现在是网上的Micpedia），想要将多个不同的麦克风规格参数整合在一起并不是件容易的事。实际上，有时候麦克风制造商们会极力推荐用户阅读并理解这些参数，不过背后的动机，却是值得商榷的！而Micpedia以正式和中立的角度发布这些数据，对于那些想要针对特定用途而合理选择麦克风的录音工程师来说，无疑是一种极大的帮助。在大多数情况下，这些信息都必须放在特定的情形中，去结合人们关于麦克风音质的主观评价来进行分析。不过，对麦克风的基本规格参数进行综合分析，仍然是在做购买选择时不可或缺的参考。

在我教授声音工程和录音实战的多年经验中，对于麦克风规格参数的分析一直都是课程训练的主要一环，因为这可以让学生自己针对特定的录音情形做出合理的选择，并让学生充分理解“工具都是有得必有失”的这一背景知识。但不幸的是，这个训练过程往往伴随着学生对各种来自杂志甚至是书籍中的相关信息的挣扎，这些文章的作者会针对给定的录音情景给出自己的特定解决方案、麦克风和摆位等等。乍一看，这些文章并无攻击性，甚至可以提供很多信息，但实际上根本不是这样。非常不幸的是，许多学生，甚至是专业的声音工程师，都会过度依赖这些“现成”文章，从而忽略了个人判断能力的培养。

这种个人判断，也是一个人自身的艺术素养，它可以让我们在最终成品中呈现出具有原创性或者个人特点的声音，这也是决定着我们未来职业生涯的东西。即使是教师自己，也必须避免将自身的喜好强加给学生，并且需要强迫学生基于准确的科学数据和他们自身的实践经验来做出自己选择。当然，这种训练是一种长期过程。想要在未来保证声音的质量，最好的方法，就是在录音的每一个可能的步骤中不断进行实验。不幸的是，由于经济压力的普遍存在，我们用来做实验的时间总是不够的。然而若没有这种实验，尤其是在面对日新月异的科技时，即使录音工程师的工作本身再给人以“高端”的映像，也只会陷入平庸的境地。

总之，大道理就讲到这里，让我们回归实际的工作情形！十分感谢Rycote和Chris Woolf二人作为本文编辑对麦克风参数的呈现。在承认现有麦克风规格参数国际标准的基础上，二人又从特定角度出发，将所有可用信息统合到了某种具有一致性的形式当中。不过对于外行来说，他们依然很难想象将这些特征对应到具体的录音世界中的情形，这也是情有可原的。采取指定说明这些特征的形式，是有着非常合理的理由的。但要全面理解这些特征，好让一个人去合理地对比麦克风，依然是相当困难的。

然后，想要更好地理解关于这些规格参数的解释说明，也是需要读者付出更多努力的，这是必要的。这种读者需要付出的努力，就是使用“对数”和“分贝”进行换算。不过值得庆幸的是，我们离人工对数表和计算尺的时代已经过去了很久，今天应该没人会拒绝在计算器上简单按几个按钮就能将麦克风参数换算为可理解的数据的形式。并且，请大家不要责备Rycote没有提供换算过的麦克风数据，请记住他们针对每个给定的麦克风的特征，所使用的都是厂家提供的国际标准的格式。因此，这个信息转换的工作，暂时需要由读者自己按需进行。

我们需要知道的数据，有麦克风的一般灵敏度，及其与混音台等输入阶段的关系。我们还需要知道最大动态范围，以便管理声源的动态。上述第二个特征，显然意味着能让我们知道麦克风可以接受的、以及传递到下一级放大器的最大声压级，当然还有麦克风的本底噪声。随着数字技术的到来，我们现在录音时可用的动态范围已经相当大了。然而，对于声源通过麦克风输入到混音台的整个过程，还有后续的各个处理设备，直到最终的录音文件，我们依然需要小心地匹配动态范围。

动态余量也是我们需要保证的，这样才能有空间容纳意外的高电平，而最低的信号必须显著高于本底噪声，无论是录音棚中的噪音，还是麦克风、混音和处理设备带来的电子噪声，亦或者是录音媒体本身的噪声，都是一样。在某些情况中，本底噪声甚至可以由特定的聆听环境来确定，比如汽车音响！

灵敏度

我们要计算的一系列数据中，第一个就是“输出灵敏度”（Output Sensitivity）。“输出灵敏度”的测量结果，代表着麦克风在标准的声学激励情况下所产生的电信号的电平，所以是声学领域和电学领域的关键联系。此测量结果通常以麦克风振膜舱受到1 Pa声压所产生的毫伏数为值，而该值在数据表中显示为：

mV/Pa

这也是Rycote在麦克风参数表中所使用的标准约定形式。

还有许多测量单位可以用来表述“输出灵敏度”测量中参考声压的电平。例如，“1 Pa”的声压也可以表述为“94 dB SPL”的声压级。而“声压级”（Sound Pressure Level）是根据2 × 10-5 Pa的参考声压计算出来的。一般以人耳在1000Hz处的平均灵敏度阈值为基准。

以下为声压的换算公式：

1 Pa = 20 Log ( 1/2 × 10-5 ) = 94 dB SPL

1 Pa的声压也等同于“10 μbars”或者“10 dynes/cm2”，不过今天我们最常使用的测量单位，还是“Pascal”和“dB SPL”。

如果你用Micpedia的数据表述和商业的麦克风规格表进行对比，就会发现有些制造商依然在使用相对于“1 μbar”（0.1 Pa）的标准声学激励来测量输出灵敏度，也即相应的74 SPL（也即大约降低声压20 dB）。在这种情况中，输出灵敏度会表示为：

mV/μbar

还有一些测量单位可以用来表述电子输出信号的值。麦克风的输出电压可以用相对于参考电压（Vref）的“分贝”来表示，公式如下：

分贝显示的输出灵敏度 = 20 Log10 ( Vm / Vref )

其中 Vm是麦克风的输出灵敏度电压。

而0分贝（0 dBm）的参考值（Vref）通常是在“775 mV/600 ohms的负载”（或者0 dBu，如果忽略终端阻抗的话）的条件下规定的。不过，此参考值也可以指代“1 V/1000 ohms的负载”，此时单位要变成dBV。

然而，在Micpedia所表述的麦克风参数表中，所有灵敏度都会用以下单位表示：

mV/Pa

如果我们以大约7.75 mV/Pa的典型经典麦克风为例，就可以在声学和电学领域建立起其它测量单位之间的关系。本例中：

1 Pa的声学激励或94 dB SPL会产生：

7.75 mV 或 -40dBu 的电学输出。

此数据可与大约0.775 mV/Pa的典型动圈电磁麦克风进行比较：

1 Pa或94 dB SPL会产生：

0.775 mV 或 -60 dBu 的输出。

这就表明“动态”（Dynamic）麦克风的灵敏度要比“静态”（Static）麦克风少10倍或者20 dB。您可以在Micpedia的产品页面上点击信息，来尝试对比不同麦克风的灵敏度。若您能做几个“mV/Pa”到“dBu”的转换练习，那么将是非常有帮助的。

这种关于“输出灵敏度”在声学、电学和其它测量单位中的计算，可以帮助我们更好地“定位”麦克风的其它特征参数，例如“本底噪声”（Noise Floor）和“最大声压级”（Maximum Sound Pressure Level）。

最大声压级

“最大声压级”（Maximum SPL）是指在产生失真之前，麦克风可以将多高的声压转换为电信号。这种失真可以由振膜舱的物理限制导致，也可由麦克风内部的原始放大阶段导致。不幸的是，每个制造商给出的“最大声压级”并不都是在相同的测量条件下得出的。正如Chris Woolf在他的Micpedia指南（在“What the field mean”的“Max SPL”段落中）中所解释的那样，重点在于验证“最大声压级”测量时所处的“失真百分比”，因为不同的制造商为测量最大声压级所指定的“百分比总谐波失真”（THD）并不相同，而且在很多情况下，并不会诚实地给出THD的参考值！

对于高质量的录音棚级麦克风，大家一般可以接受0.5的THD值。正如Chris Woolf所建议的那样，对于给定的1 THD，可以通过将最大声压级降低6 dB的来转换为大约0.5的THD。虽然在对比麦克风规格参数时，这种经验法则很有用，但必须注意，失真的准确值是取决于麦克风特定的传递函数的。对于不给出任何THD值的最大声压级测量参数，用户可以假定所给出的最大声压级正好是处于“急剧削波”之前的。这里我们只能希望说服制造商在以后能给出关于规格参数的更详细的说明，例如，无论是0.5还是2的THD，只要标明，都能让大部分用户明白具体的情形。

显然，这种失真的来源会依据不同的麦克风出现很大差别。事实上，对于“电动麦克风”（Electro-Dynamic）来说，不管是动圈式还是铝带式，“最大声压级”通常都是不指定的。除非是在非常特殊的情况下使用电动麦克风，否则此特征参数只会出现在分析“静电麦克风”（Electrostatic Microphone）的性能的时候。

再次申明，我们关于此“最大声压级”参数的换算，是在不同测量单位间建立关联的过程，无论是声学领域还是电学领域。下面，因为我们用“Pascal”来表述，所以需要在声学领域建立起相应的“SPL”等效值，以及在电学领域建立起“mV”和“dB”的等效值，这样才能对其进行整体分析。

让我们以“100 Pa”的“最大声压级”为例。这对“输出灵敏度”的测量来说，要超出标准声学激励值（1 Pa或94 dB SPL）的100倍或者40 dB。因此，“最大声压级”也可被规定为134 dB SPL（94 dB SPL + 40 dB）。此值也可被换算到电学领域表示。这种高电平声学激励所产生的输出电压也会高出输出灵敏度值的100倍或者40 dB。如果麦克风的“输出灵敏度”为7.75 mV/Pa或-40 dBu/Pa（前面用过的例子），那么“最大声压级”所生成的就是会是775mV的输出电压，或者0 dBu。我们用下表来非常清楚地进行表示：

现在，如果要检查下一放大阶段的规格参数，以查看是否可以在不产生失真的情况下接收一定的电压等级就很简单了。

本底噪声

在Micpedia的数据表述中，“本底噪声”（Noise Floor）是被叫做“自噪声”（Self Noise）的，例如由麦克风系统所产生的噪声就在此范围内。实际上，此参数包含任何由振膜舱所产生的噪声，以及由麦克风外壳内部放大系统所产生的噪声（一般都是麦克风前置放大器）。

但不幸的是，此种对本底噪声的定义排除了包含在麦克风振膜舱构造中因周围电磁场而导致的噪声，这种噪声一般都是电源感应造成的50/60Hz的“嗡嗡声”。当然，这种特点在优质的动圈或铝带电动麦克风中会显得尤为重要。

所有麦克风都有着自己的本底噪声电平，也就是不出现可闻声音时的电学输出。在电动麦克风中，其为由振膜负载引起的周围空气粒子的随机运动，以及音圈、铝带与变压器中的热扰动造成的噪声的总和。在一些铝带麦克风中，这种噪声要远比电容麦克风中所有来源造成的噪声大。而在现代电容麦克风中，主要的本底噪声不再来源于电子元件方面，而是更多来自于振膜前方的空气，以及阻碍振膜运动的滞留空气。这并不是说来自放大器的噪声就不存在了，但它并非如今噪声的主要来源。

静电麦克风的“自噪声”通常会被表述为“等效噪声值”（Equivalent Acoustic Noise Value）。换句话说，也就是声学激励的电平，此激励会产生和麦克风所造成的电学噪声相等效的电信号。将此值与录音棚中的声学噪声电平相比，或者与乐器、其它声源的动态范围的下限相比，显然可以非常好地体现出一支麦克风地本底噪声程度。不过，这并不能确定动态范围的下限与录音链中后续放大阶段的关系。因此，我们依然需要将此“自噪声”的值转换为其它更有用的声学和电学测量单位。

噪声的主观影响，在很大程度上都取决于被人耳最终所听到的音量。低噪声电平和高噪声电平，所带来的主观映像是截然不同的。特别是，人类对低频范围内的低电平噪声的感知是会降低的（正如Fletcher & Munson、Dadson & King等人所发表的关于听觉敏感度的心里声学测量报告所指出的那样），这似乎说明CCIR-468噪声加权关于“自噪声”特点的测量更适合基本的操作情形，因为它非常接近人耳在极低声压级下的接收曲线。而DIN/IEC的“A加权”测量更接近于40 dB SPL或者更合理的40 Phon单位条件下的听觉感知。然而，CCIR和DIN/IEC所定义的“自噪声”，一直都是由某些特定的制造商提供的。

国际上还有一种用于测量一般麦克风性能表征的标准，叫做IEC 60268-4，但不幸的是，目前没有任何麦克风制造商会提供符合此标准的规格说明。造成这种现状的原因，似乎不是因为他们没有能力去完成相应的测量工作，而是缺少如何向公众统一传递信息的共识。

同样地，我们必须把这些特点转换为声学和电学领域的通用测量值。

下面让我们以“自噪声”为“14 dB SPL”的麦克风为例。此值要比用于测量输出灵敏度的标准声学激励低80 dB，或者比1 Pa（也即10-4 Pa）低10000倍。所以预计麦克风自噪声的输出电压，也要比输出灵敏度的值小80 dB，或者小10000倍。本例中所使用的麦克风的“输出灵敏度”是7.75 mV/Pa或-40 dBu/Pa，因此“自噪声”电压为：

0.775 μV（7.75 mV除以10000）

或者

-120 dBu（-40 dBu减去80 dB）

我们用下表来清晰地展示以上计算结果：

通过上例中关于“最大声压级”和“自噪声”的计算值，我们现在可以看到此“虚构麦克风”的动态范围：

动态范围  = (最大声压级) - (SPL单位的自噪声) = 134 dB SPL - 14 dB SPL = 120 dB

以上我们所选用的值，都是为了尽可能简化计算的。真实世界中的各种参数值显然不会这么简单！

为了指导大家完成首次计算练习，我就以著名的Neumann U87为例，之后，大家就要靠自己实践了。下面从参数表中读取的数据会标以绿色边框，而计算的值会显示为斜体或粗体红色边框。

Neumann U87参数表中所给出的“输出灵敏度”为：

28 mV/Pa

以分贝表示的输出灵敏度 = 20 log10 (28/775) = 28.8 dBu

所以“输出灵敏度”一行就变成了：

所给出的最大声压级为：

117 dB SPL

这比94 dB SPL输出灵敏度的参考测量值高出了23 dB。

117 dB SPL - 94 dB SPL = 23 dB

所以第一行的最大声压级就变成：

若想以Pa表示SPL单位，有两种办法：

第一种是将23 dB转换为比例：

比例 = 10(23/20) = 14.1

因此 1 Pa x 14.1 = 14.1 Pa

第二种是将117 dB SPL转换为Pa，以2 × 10-5 Pa对应0 dB为参考：

以Pa为单位的最大声压级 = (2 × 10-5) × 10(117/20) = 14.1 Pa

然后规格表现在就变成了：

下面，我们就可以用14.1的比例或23 dB的分贝差值来计算出电学方面的值。

参数表给出的自噪声为：

23 dB SPL

这比94 dB SPL的输出灵敏度参考测量值要小71 dB。

94 dB SPL - 23 dB SPL = 71 dB

而71 dB的差值等同于3548的比例：

比例 = 10(71/20) = 3548

现在，我们就可以在规格表中加入自噪声的第一行：

然后再用自噪声的比例，或者分贝差来完成剩余的自噪声表格：

现在，我们就可以通过将最大声压级和自噪声值简单相加，得出最大动态范围了。

最大动态范围 = 23 dB + 71 dB = 94 dB

频率响应

多年来，频响曲线一直是我们用来估计麦克风对声源频谱平衡影响的第一手段。和这种科学的测量手段同时出现的，还有一大堆来自人们操作经验的主观形容词汇，用来补充说明这种本就具有局限性的基本测量。这些词汇（Dry、Bright、Boomy、Resonant、Metallic等等）的优点是可以通过我们每天所使用的语言来在表面上描述各种音色的基本特点，但不幸的是，使用这些词汇也会带来很多歧义。这只能说明，目前我们并没有足够的测量技术来描述麦克风响应的各个方面。

现在厂商所给出的频响测量，只能让我们对麦克风整体的音色平衡有一个大致的了解。至于真实情况，很有可能是这种测量所带来的数据是有限的，我们却妄图用它挖掘出更多的信息，而目前我们对麦克风各方面特性的解读，也还停留在非常初级的阶段。此外，我们对各种麦克风整体频谱平衡的感知，很有可能是受到多种相关因素的影响的，所以，只看轴向频响是并不完整的。轴向频响固然非常重要，但离轴频响表现及其对早期反射声和混响的再现，也会极大影响我们对音色平衡的主观感知。而另一个非常重要的影响因素可能是“时间频率响应”（Temporal Frequency Response），通常也叫做“瀑布图”。这是一种麦克风在接收到声学激励之后，按照几段毫秒级别的区间所测量出的频率响应。Jackie Green（nee Hebrock）在过去几年就做过许多关于此类测量的有趣研究（见AES预印本4516和MAL-09论文，以及1998年AES UK会议对麦克风和扬声器的讨论）。

麦克风的“频响瀑布图”，重制于AES预印本4516（Hebrock、Stratham & Kraft）：图8 - Mic #8

这项工作，似乎指出了“瀑布图”类的测量是可以明确地表现出麦克风响应中的各种共鸣的，并且也可以在某种程度上解释我们在一些麦克风型号中所听到的“音染”现象，而通过普通的频响曲线，是无法如此清晰地显示出此种特性的。而纯粹主义者们会说，对麦克风地相位响应进行细节分析，也是可以得到同样类型的信息的。我们只能希望，在未来Micpedia可以将此类测量信息整合到目前的数据表中。

不过，那些可以从频响曲线中“读”出来的信息，依然是我们在针对特定用途而选择麦克风时的第一参考，只是说，我们得意识到当前这种测量信息所带来的限制。低频和高频的滚降处理（或其它处理），还有麦克风整体响应的线性度，是非常明显的。在手持式人声麦克风中，我们也可以从频响特征的角度出发，非常清楚地看到对近讲效应做补偿所带来的变化。然而，对于提升中频来增加“临场感”的这种做法，却是需要十分注意的，对于因补偿而做出的这种提升，还有个人的操作需求或喜好，用户应该自己在心中建立起合理的联系。这里要再次重申一下，任何常见的频响曲线都会“隐藏”令人不快的共振。

用户还必须确保一件事情，那就是所参考的频响曲线是“真实”的。通常情况下，标准的频响曲线都是手绘的平均值，其所表示的内容充其量只是多个耳机的容差。只有细节，才能让我们发现更严重的问题。

频率响应与极性图

我们必须承认，那些从事麦克风系统设计的工程师们，是有着极大的创造力的。他们可以在麦克风的设计和生产中，兼顾多种互相冲突的元素之间的平衡，并依然可以生产出质量如此之高的产品。

麦克风的各个特性，并不是独立存在的。例如，麦克风的低频响应和基本的指向性之间就存在着关联。在假设所有其它方面相同的情况下，全指向或压力驱动型的麦克风在低频范围的表现基本都是线性和恒定的；而纯压力梯度或“8字型”极性的麦克风，在低频则有着6dB/Oct的滚降表现。这就是压力梯度型的麦克风的设计理念，使其可以在合理的输出灵敏度与可接受的低频响应之间实现平衡。

而振膜的直径，也直接影响着麦克风在中频和高频范围内的指向性。想要在整个可听频域上实现恒定的指向，只能通过小振膜来实现。然而，这样做的代价就是有可能牺牲掉低频上的良好响应。

不幸的是，在为用户呈现全面且具有可读性的极性图方面，麦克风厂商们是越来越不愿意投入精力去制作了。我们自己绝对不能满足于此，必须寻找能经得住放大镜检查的极性图，这样我们才能发现重点。而在Micpedia上，用户就可以放大显示麦克风的极性图。

用“规格表”比较麦克风的性能

我们在每支麦克风的“规格参数表”中所做的计算（如上文所示），是有助于对比不同麦克风的规格的。在选择购买时，麦克风的最大可用动态范围是非常重要的一个方面。不过，我们并不能因为哪支麦克风的动态范围最大，就忽视了其它方面特性的评价。

动态匹配

麦克风本身的动态范围，必须与声源的最大动态范围所匹配，然后在后续的放大阶段中，也必须与常见的混音台的输入模块所匹配。对于声源和麦克风之间的匹配来说，形式非常简单直观；而使用灵敏度调整来匹配输入模块的动态，看似也是非常简单的，并不需要太多的“考虑”。但实际上，我们必须仔细考虑输入模块的灵敏度设置，这样才能获得最佳且最大的可用动态范围。若灵敏度太低，后续阶段中就需要使用额外的放大步骤，这会使得本地噪声增加；而太高的灵敏度，会在高信号电平时增加失真，并导致出现削波。

其它特点

许多麦克风都是针对特定情景制造的，手持式人声麦克风就是最常见的例子。这种麦克风通常都有着压力梯度的特点，而且都有用于补偿近讲效应的低频滚降设置。此外，这种麦克风还必须具有可靠的防爆音措施，以及对麦克风外壳所带来的噪声（手持噪声）不敏感的特点。在Rycote的表格中，虽然并未加入类似的特性，但在每支麦克风的规格说明中，可能会带有简短的说明信息。

当然，还有一个特别重要的特点，那就是可靠性！在户外广播和新闻采集领域，可靠性有时比任何其它特点都重要。我很好奇，如果未来有一天我们要求厂商公布麦克风对外力冲击、温度和湿度的敏感性指标，这个要求是否过分？不过这些对于录音棚环境来说没有那么重要就是了。

下面是一张空的规格参数表，大家可以用来填入自己的计算结果。

本文出自《midifan月刊》2023年01月第202期

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