電容式麥克風技術,錄音室麥克風

電容式麥克風技術,錄音室麥克風

世界上第一支批量生產的電容式麥克風為Neumann CMV3,而Neumann當今也是專業錄音室麥克風的首選,每間錄音室一定至少會有一支U87電容式大震模麥克風。

而電容式麥克風(Condenser microphone),跟所有的麥克風一樣,目的在把聲波轉換成電能,顧名思義它也與“電容(Capaticor)”有關,只是通常電容結構為捲起來的兩片隔開的導體,分別裝載正負電荷,電容式麥克風也為兩片隔開的導體,分別為基板(Backplate)與震膜(Diaphragm),也裝載正負電荷,基板是固定的,而震膜為類似塑膠的有彈性的材質,早期使用PVC或PE,後來多使用Mylar(PET),在震膜上面鍍金使它成為導體,聲波產生的氣壓影響震膜,使它與基板產生距離差所造成的電壓變化,這就是把把聲波轉換成電能的原理。

電容麥克風簡易機械模型


而這個結構的阻抗非常的大,震動所產的電流非常的小,所以我們需要放大器來處理,早期是使用真空管(Tube)來放大,後來有了電磁感應的變壓器(Transformer),如Neumann U87就是這類型的經典,而講到最小體積與低失真的放大器,就屬FET電晶體(Field-effect transistor),大多會使用在小震膜的麥克風上,如Neumann KM184、DPA4006等等。但事實上,對錄音時影響的音色而言,震膜(Diaphragm)的影響相比於放大器大很多,而常見的震膜設計,大概可以分成四種,分別為CK-12(AKG)、K47(Neumann)、K67(Neumann)、M7(Gefell),而又分為兩大類,單基板(Single backplates)與雙基板(Dual backplates)。

上圖為四種震膜設計(圖片取自Roswell Pro Audio)


M7震膜為Georg Neumann於1952年設計,早期的Neumann U47與M49就是使用此結構的設計,儘管當今Neumann已經沒有再使用,但至今Gefell公司仍有生產,M7為單基板(Single backplates)的設計,可以看到圖中,有一個銀色的環,那個就是Single backplates的設計,比較特別的是M7的震膜材質是PVC,相較於PE,他更軟且分子排列更均勻,他是比較厚重的材質,也比較不受唱歌水氣堆積影響,當然相對之下對於高頻的敏感度比較低,另外比較特殊的是,震膜上的接點是由膠水固定,不像螺絲可能有共振影響聲音品質,但因製程上他比較困難,且耐用度與良率的問題,使得現在已經很少廠商使用。

上述有提到早期的Neumann U47使用的是M7震膜,但因為製成困難後期改良使用了K47的設計,他把難加工的PVC材質改成了Mylar(PET),震膜上的接點改用更耐用的螺絲固定,也同為Single backplates的設計。

但是Single backplates有一個製程良率上的問題,因為單一的基板共用前後兩片震膜,製程上他的對震膜的對稱均勻性就很重要了,所以後來K67的設計就出現了,他是雙基板(Dual backplates)的設計,也就是兩組振膜與基板不互相共用,圖中K67的中間有一條分隔線,那就是兩組基板,當今大多數的大震膜電容式麥克風都使用此設計,因為他有最低的製造成本但同時也保障了良率與品質,Neumann U67、U87就是使用此設計。 CK-12為AKG所設計,改良了震膜上的接點設計,接點並不在震膜上(Centered),而是放在邊緣(Edged),這樣的設計使得接點較不易與震膜共振,且頻率響應比較好,因為Edged的設計在震膜震動的距離不受接點影響變短,但相比於Centered,他叫容易因空氣吹破音,最經典的CK-12設計麥克風就屬麥克風界的聖杯AKG C12,而現今出現在錄音室中最貴且最高階的Telefunken m251,也是使用CK-12。


CK-12、K47、K67、M7的頻率響應差異(圖片取自Roswell Pro Audio)


音像聲刻錄音室所使用的電容式麥克風。(右)Neumann u87ai為Centered震膜設計且使用電磁感應變壓器,(中)AKG C-12 vr為Edged的震膜設計,(左)Neumann M149為Centered震膜設計,前身為M49。


到了電晶體時代,幾乎所有的麥克風都使用上了FETField-effect transistor的方式,因為體積小且有較低的失真,且不再像真空管需要獨立的電源供應,直接使用Phantom供電,世界上第一支Phantom供電的麥克風為Neumann KM84。


KM 184(心形)、KM 185(超心形)、KM 183(全指向)。

全指向的小震膜麥克風一位頻率響應均勻,適合用於測量麥克風,圖為Beyerdynamic MM 1用於音像聲刻錄音室音響校正。