不同传声器拾取男女语声的频率响应对比分析

1、文章编号:1002-8684(201107-0022-05不同传声器拾取男女语声的频率响应对比分析李昱瑛(新华通讯社音视频新闻编辑部,北京100803【摘要】通过阐述不同类型常用传声器的性能特点,采用实验的方式,分析男女语声的频谱结构。实验中,使用插件来记录各传声器对于男女语声的频率响应,将得到的数据绘制成频谱图,以此来比较不同传声原理及振膜尺寸的传声器在拾取男女语声后的重放频响。同时,与汉语普通话的平均频谱及元音的共振峰频谱图进行比较,对四类传声器在男女语声的重放音质上做了分析,得出最后结论。【关键词】传声器;男女语声;频率响应特性;均衡器【中图分类号】TB52+6;TN641【文献标识码】

2、AAnalysis of Comparison over the Frequency Responses to Male and Female VoicesUsing Different Kinds of MicrophoneLI Yuying(Audio and Video News Editorial Departments,Xinhua News Agency,Beijing100803,China【Abstract】Based on the description of features of various commonly used microphones,via the meth

3、od of experiment,the spectral structure of male and female voices are dedicated to analyze.During the experiment, plugins are used to record the respective frequency responses of different microphones to male and female voices and the result data is put into a spectrum in order to compare the replay

4、 frequency responses after picking up male and female voices by the microphones that have a variety of sound propagation principles and diaphragm sizes.Meanwhile,it is compared with the average spectrum of Chinese mandarin and resonance peak spectrumof vowel.Thus the playback sound quality of four t

5、ypes of microphones used in recording male and female voiceis analyzed,and the final conclusion is given.【Key words】microphone;male and female voice;frequency response feature;equalizer·论文·1引言在演播室进行人声语音录制时,对于传声器的选用,往往只是依赖于说明书或音响师们多年的经验,这些对于传声器的选取当然是起着重要作用的。但是,不同传声器的频率响应对男女音质所产生的影响是不完全相同的,甚

6、至某些参数接近的传声器在音质的再现上也是存在着差别的。如何能够科学地根据不同的声源来选取最适合的传声器,使在演播室录制的声源的音质可以最大限度地发挥出来,并能够减少一些不必要的后期处理,同时给演播室均衡器的使用给予适当的帮助,这正是本文讨论的问题。2传声器的性能2.1传声器的分类及技术特性传声器(microphone俗称话筒,是将声源通过空气振动产生的声波转换成电信号的换能设备,是一种重要的电声器件。传声器作为音频系统的第一环节,应具备结构坚固、性能稳定的品质。2.1.1传声器的分类及工作原理传声器的分类方法有多种。若按换能方式分类,可分为电动式和电容式1。电动式原理主要指动圈式传声器,电容式

7、原理包括电容式传声器和驻极体传声器。在广播录音中最常用的传声器是动圈式传声器和电容式传声器。动圈式传声器的特点是清晰、耐用、价格便宜,电容式传声器的幅频特性好、灵敏度高2。(1动圈式传声器动圈式传声器的动圈与轻薄的振膜粘在一起,可随振膜的振动而运动,切割磁感线,产生感应电动势。产生的电动势是与振膜振动的振幅和频率相对应的。因而动圈输出的电信号与声音的强弱、频率的高低相对应,这样传声器就将声音转换成了音频电信号输出。(2电容式传声器电容式传声器是利用电容式换能原理制成的。当振膜随着声波振动时,振膜与后极板之间的电容量发生变化,极板上的电荷随之变化,从而使电路中的电流也相应变化,完成了声电转换。2

8、.1.2传声器的主要技术特性衡量传声器的性能和规格的主要指标如下:(1频率响应传声器的频率响应指传声器灵敏度依从频率的关系,简称频响,灵敏度与频率之间的关系曲线叫频响曲线。在给定的频率范围内,频响的不均匀度以dB 来度量。很多厂家在提供的性能表中只给出传声器的频率范围,未给出不均匀度。这种标注频率响应的方式是不够准确的。一般要求传声器在30Hz16kHz 频率范围内的不均匀度越小越好。作为高保真传声器,频响的较平直范围的最低要求为50Hz12.5kHz。专业用传声器往往要求在20Hz20kHz内的响应尽量宽阔平直。(2其他传声器技术特性传声器电声性能的好坏需要用一系列物理参数来描述。除了传声器

9、频率响应特性之外,传声器的主要电声参数还有灵敏度、输出阻抗、等效噪声级、谐波失真、动态范围,此外还有最大输入声压级、负载阻抗、指向特性、极性和相位特性等。其中,传声器的指向特性是用来表示声波从各个方向入射时,传声器的灵敏度和频响特性,可用指向灵敏度特性图和指向频响特性图表示。本次实验用的传声器在录制时都采用心形指向性。2.2本次实验用传声器的性能参数在选择参与比较的传声器时,考虑到传声器的分类及不同性能参数,最后决定选取两只电容式传声器和两只动圈式传声器进行比较,并且保证两类传声器中各有一只为大振膜传声器。原则上尽量选用常见的传声器,以期得到更有说服力及区分度的数据。本次实验选用的4只传声器是

10、:Neumann U87Ai 大振膜电容式传声器,797工厂CR1-4小膜片电容式传声器,Sennheiser MD521大振膜动圈式传声器, Shure SM57动圈式传声器。2.2.1振膜尺寸比较通常把振膜直径大于或等于3/4in(1in=2.54cm的传声器称为大振膜传声器。一般而言,振膜直径较大的传声器拾取到的声音也比较大。大振膜传声器对声音的灵敏度要大于中振膜与小振膜传声器。而绝大多数的厂家把5/83/4in之间的传声器称为中振膜传声器。中振膜传声器兼有大振膜与小振膜传声器的特点。精确来讲,SM57就属于中振膜传声器。小振膜传声器虽然灵敏度并不是很大,但是它既不会损失过多的声音细节,

11、又不会把细微的噪声部分收进来。在录制一些对于细节要求较高的音源时,小振膜传声器也是很好的选择。2.2.2换能方式比较按换能方式区分,本次实验使用的传声器可分为动圈式传声器和电容式传声器。动圈式传声器阻抗较高而无须输出变压器。具有频带宽、动态范围大、失真小、性能稳定、坚固耐用、环境适应性好等优点,使用方便,无需附加放大器和工作电源,又可以制成多种指向性。由于动圈式传声器利用声学谐振系统补偿频率特性,因此与电容式传声器相比,其瞬态特性略差。电容式传声器具有灵敏度高、动态范围宽、频响宽而平直、瞬态特性好、音质柔和等一系列突出优点,但缺点是机械强度和防潮性能较差,灵敏度易受气温和气压条件影响,但变化非

12、常微小。也可以采用不同的声学结构形成不同的指向性。3传声器频率响应分析在演播室录制节目时,面对不同的主持人及嘉宾,以及同一个人不同时间的嗓音状况,录制出的语声音质往往不够完美。在这个时候,传声器的频率响应特性,与均衡器的调整显示出极大的重要性。使用哪只传声器可以更好地利用传声器本身的频响特性来追求更完美的音质,这就与传声器对于不同声源音色的频谱有关。3.1传声器的频响曲线图1和图2为两只电容式传声器的频响曲线图,这两只电容式传声器的频响曲线起伏趋势基本相似,都是从20Hz开始上升,在中间频段平直,到5kHz 附近再上升,达到一个小高峰后下降。在20Hz处, U87为-8dB,CR1-4为-17

13、dB。U87在70Hz处开始平缓,而CR1-4则在250Hz处进入平直状态。在70Hz 5kHz,U87处于平稳,而CR1-4则是在200Hz3kHz 的频段平稳。U87在810kHz迎来一个2dB的小共振峰,CR1-4则在1011kHz处为共振峰,约为5dB。下降到20kHz处时,U87为-10dB,CR1-4为2dB。 两只动圈式传声器的频响曲线则不尽相同,如图34所示。SM57在40Hz处从-10dB开始上升,随后,进入比较平缓的区域,大约在1500Hz处开始上升,在3.56.0kHz处约为最高,大约+5dB。随后在78kHz间有一个小低谷,约为2dB,然后在10kHz处上升到约+4dB

14、,随即在15kHz下潜到-7dB。MD521则从40Hz处的-7dB开始上升,在90Hz 处进入平缓区域,在1500Hz左右开始上升,同样,并不是平滑地上升,在1600,2500,3500Hz处各有一个微小的高峰,在最高的3500Hz处比平滑区域上升了5dB。随即在412kHz处恢复平缓,但是比100 1500Hz的区域上升了4dB。然后在一个小的振荡之后,在16kHz处下降了3dB。图5为四只传声器的频响曲线比较示意图。3.2传声器对于不同音源的频响曲线3.2.1音频素材的录制(1录制条件地点:中国传媒大学视听中心3楼录音棚,其尺寸(长×宽×高为15m×8m&#

15、215;3.5m,有效净容积为420m3,如图6所示。混响时间为0.6s,本底噪声为35dB。房间声学处理:地面敷设了吸声防震材料,墙面装有吸声材料及不规则反射板,棚内无空调电扇等可能成为噪声源的设备。环境条件符合国家标准GB/T 94011988传声器测量方法第1.2.2条和第14章的规定3。(2使用设备四只传声器为Neumann U87Ai大振膜电容式传声器,797工厂CR1-4小膜片电容式传声器,Sennheiser MD521大振膜动圈式传声器,Shure SM57动圈式传声器。调音台选用英国声艺RW5302DC2020。八轨机为TASCAM DA-88数字录音机,监听音箱为1030A

16、2只。(3录制方法如图7所示,将四只传声器的振膜尽量放在同一个位置,将两只大膜片放在下层,另外两只放在上层。振膜指向的位置也尽量保证相同,并且距离声源存在一定的距离。拾音方法参考了人声语音的辐射特性,距离实验者嘴正前方20cm左右。节目源标准:男、女声语言,用汉语普通话朗读4。节目源符合GB/T102401988电声产品声音质量主观评价用节目源编辑制作规范中5.3节声音质量要求。(4频谱数据使用插件waves4.0中的WavesPAZFrequency来测试各传声器对于不同音色的频率响应,将得到的数据绘制成频谱图。26 点频谱图可线性地表示传声器对 于声源的频谱,并与声源自身的频响曲线对应,就

17、可以比较出哪只传声器的频响更适应哪种声源。3.2.2实例分析图8为汉语普通话的平均频谱5。图8(a为汉语普通话女语声的平均频谱,图8(b为汉语普通话男语声的平均频谱。 尽管语声是一瞬变的过程,因发声人的生理特点、情感及语声内容等的不同而不同,但在自由声场或混响声场中测得的平均频谱却具有很好的稳定性6。而本次实验得到的频谱图,由于被测者的语声及传声器的频响不同展现出并不完全相同的起伏。一般的元音有67个共振峰,但区别不同元音只需23个共振峰,因此,元音的频谱特性可以简单地用主要频率范围内的23个共振峰来描述5。如图9所示5。(1男语声频谱分析如图10所示,在频谱图上,34kHz处的提升,是其大约

18、第10次谐波至第20次谐波的所在。传声器频响在810kHz处的上升,也正对应其s音所在。在中频区,4只传声器的响应都良好。在800Hz1kHz处, U87的传声器频响上升了2dB,而CR1-4为45dB, SM57为58dB,MD521为4dB。图10中起伏最相似的两条曲线就是U87和MD521。同为大振膜传声器,两条曲线大约相差10dB 左右,为812dB。在24kHz频段,只有MD521传声器给予了较明显的提升,这对于男语声的清晰度有帮助。SM57在56kHz,810kHz的提升,虽然对音色的明亮度有改善,但是810kHz频段的提升较大,则会使声音听上去s音加重,不利于声音的表现。CR1-

19、4在6kHz没有明显提升,不利于声音的清晰度。而其在810kHz的提升,又会使s音加重。MD521频响较宽阔良好,对清晰度有略微加强。U87频响宽阔良好,增益较大。SM57在56kHz的提升,对音色的明亮度有改善;但810kHz频段,会使男声听上去s音加重。CR1-4在6kHz处响应不佳,而其在810kHz的提升,又会使s音加重。(2女语声频谱分析女声的频率范围大约从200Hz开始。其平均基频为320Hz。女声不仅基频较高,而且所发声音的各个共振峰频率也要比男声高约20%5。图11中的女语声频谱与男语声相比,在形状上大致相同。此段语声在69kHz有所上升,正好全部对应四只传声器的频响高峰。SM57在56kHz的提升,对音色的明亮度有改善;69kHz的明显提升,可以