2024年2月14日发(作者：庹语诗)

扬声器与传声器 《电声技术》电声技术》2005年第五期

超指向性传声器声学原理及合理应用

【摘 要】本文主要论述传声器的指向性声学原理、分类指标、及超指向性传声器的声学结构。简要叙述超指向性传声器在新闻采访、现场转播及舞台演出中的合理应用。

【关键词】关键词】 传声器；超指向性；声干涉

【中图分类号】中图分类号】TN643 【文献标识码】文献标识码】 B

贺志坚 赵应彪

Acoustic Principle and Effective Application of Hyper-direction Microphone

HE Zhi-jian ZHAO Ying-biao

【Abstract】This article introduces the acoustic principle and classification index of

microphone’s polar pattens,as well as the acoustic constrction of hyper-direction

also shortly presents the effective of hyper-direction shotgun microphone:

Live report and stage performances,etc.

【Key words】 microphone; hyper-direction; Sound interference.

一、超指向性传声器声学原理

1、 传声器指向性原理

传声器的接收法则明显地影响到它的传输性质，特别在它的指向效应方面。在电声技术中使用的一些最重要的接受法则阐述如下。

压强传声器原理

个入声口。传声器膜片处变化的压强用于策动膜片，于是产生正比于压强变化的输出电

压。由于压强是一个标量，所以产生无指向特性。

1

对声场中压强变化发生响应原理做成的接收器称为压强传声器。压强传声器只有一

均压孔

后空腔

P

外壳

振膜

压强式传声器主要用于播音室、录音棚，另外主要应用于测试传声器。

压差传声器原理

利用对声场中相邻两点压强差发生响应原理做成的接收器称为压差传声器，压差传声器通常是有两个入声口。它的振膜两面都暴露在声场中，相对于点声源而言因为振膜前后相对的等效距离之故使声波传至振膜两面的距离不相同，故而产生压差，前后的声压分别为P1、P2 ，设振膜面积为S，作用与振膜的合力为 P≈（P1－P2）S ，振膜振动时，振动位移大小与振膜两面的压差有关。这就是压差传声器的简单作用原理。

ΔL

P1

振膜

P2

外壳

其合力的振幅可表示为：

FA＝ PA KS△Lcosθ

√1+k2r2

Kr

当声波垂直入射即θ＝0º 时 振膜受到的作用力最大，在θ＝90º

时作用力近似为零。指向特性为8字形，另外近场接收灵敏度要比远场大很多倍。

这种压差式传声器 可用于大的噪声环境中进行录音、通话，有较高的信噪比，可提高抗干扰能力，在军用通讯及高噪声环境中有较高的使用价值。

2

压强与压差复合传声器原理

利用对声场中压强与压差都发生响应的原理做成的接收器称为压强与压差复合式传声器。

公式推导从简，考虑到最后作用在振膜上的净力为：

其振幅则为：

ΔL

P1

P1

振膜

P2

P2

后进声孔

F ＝P0 S

FA＝| PAG | S（1＋B COSθ）

如果适当选择传声器声学元件的参数，在设计与调试中正确掌握关健工艺使B取不同的值即可使传声器获得不同的指向特性。

1

B＝0

B

COSθ B>>1

（1＋B

COSθ）＝

1＋COSθ

B＝1

B＝0 指向性呈圆形 相当于压强原理

B＝1 指向性呈心形 相当于压强、压差复合原理

B>>1 指向性呈8字形 相当于压差原理

常用的心形指向性传声器也可用输出电压相等的一只压强传声器与一只压差传声器复合使用而成。

3

总输出电压等于：

假设式中 H1 ＝H2 则：

E ＝ E1＋E2

＝ H1P（1+ H2／H1

COSθ）

E ＝ H1

P（1＋COSθ）

所以设计这样的前级放大电路是可呈现心形指向性的。这种心形指向性传声器通用性很强，即能有效拾取来自声源的声音，又能排除 、抑制相反方向的无关噪声。在较大噪声环境下采访录音也普遍使用这种麦克风。

压差式传声器的近讲效应

所有压差式传声器的缺点是对气流有高度的敏感度。这是由于压差型接收换能器结构原理所产生的近讲效应所导致，它与传声器的角指向性增益直接正相关，即传声器的指向性越强，则近讲效应越明显，由此在近距离使用时，将会出现低频灵敏度较大的提升（如下图 ）。例如使用单方向动圈传声器在演唱中适当贴近口边可以利用它增加低音的浑厚感或强度，然而在语言采访的使用中，它常常会减小语言清晰度并增加低频噪声。图 表明了近讲效应对传声器频率响应的影响。随着距离的加大近讲效应会逐渐下降，一般在一米之外便不会有明显的影响。很多超指向传声器为了抑制这种近讲效应，在设计时便增加了低频衰减开关。

（ 近讲效应频响图）

指向性描述

传声器的输出电压与激励声的入射方向的关系称为指向效应。这效应可用下述物理量来描述：

4

角指向率Κ(θ) 是指相对于传声器主轴在θ 方向入射的平面声波产生的

（自由）场灵敏度与参考电平（0º 入射）所确定值之比：

Κ(θ)= TEd(θ)/ TEd( 0°)

角指向性增益D是角指向率的常用对数乘以20。

D = 20 logΚ(θ)

覆盖角通常是定义为f＝1000Hz时指向性增益相对于参考轴下降 6dB时 所张的角度范围。

心型：覆盖角θ≤90º

超心型：覆盖角θ≤60º

超指向：覆盖角θ≤45º

5

除了描述从偏离主轴的各个方向入射声波的传声器灵敏度与主轴灵敏度之比的量以外，还必须考虑平面波与扩散激励时的灵敏度之间的关系。用这些量可以确定扩散声分量对被传输的直达声源的抑制。

指向性因数与指向性指数

指向性因数――是指传声器在某特定频率的正向自由场灵敏度的平方与具有同样频率的扩散场灵敏度的平方之比。如果直达自由声场的灵敏度为 TEd 和扩散场的灵敏度为T Er ，则指向性因数为：

γM = T2Ed / T2Er

指向性指数 M是指向性因数的常用对数乘以10。

M = 10 logγM

理想的无指向性传声器的指向性因数γM＝1。理想的心型传声器γM＝3。而理想超指向传声器γM＝10，这表示对于同一声源在同一距离处，在输出电压相等的条件下超指向传声器拾取的室内声功率只是无指向性传声器拾取的十分之一。这意味着，在具有同样大小声功率的条件下，讲话距离对于超指向传声器可以十倍于无指向性传声器。

由于声、光在传播和反射方面有很多相似的特性，所以我们认为指向性传声器的指向性指数可以类比于光学照相机中的焦距，心型指向类似3倍光学变焦，而超指向则类似于10倍光学变焦，即可以实现将远处的声源拉近10倍的距离。

超指向

单指向

无指向

125 250 500 1K 2K 4K 8K Hz

三类传声器指向性指数曲线图

6

M

20

15

10

5

2

、声干涉管超指向接收原理

如果需要比压差式传声器有更高的指向效果，即指向性覆盖角小于60º时，则必须使用采用声干涉原理或抛物面反射原理设计的超指向性传声器。目前最常用的类型是干涉管式超指向传声器（也称‘枪式传声器’）。它将具有心型指向性的压差极头放置在开孔或开槽的声干涉管的一端所构成。在干涉管上按一定规律开孔或开槽，让声音由此而进。（见下图 ）

它的工作原理是利用声干涉现象，就是当声音来自对准长管的方向(即图中所示0O方向)时，所有从各进声孔进入长管的声音信号将同时到达传声器振膜，因而没有相位干涉，传声器可获得最大输出。如声波来自侧向(即图中θ角时)，则声波到达传声器振膜所经过的路径长短不一，由各进声孔进入的声音信号间存在着相位差，在振膜处形成相位干涉，导致振膜处声压得到衰减．从而获得极强的指向性。用这种原理得到的指向性效果取决于干涉管的长度，

由于干涉管上各入声口到振膜的距离不同，声波之间就要产生干涉，这样在振膜上的总声压将与入声口的分布有关。传声器呈长管状，振膜放在管子的末端 X＝0

处，在干涉管长度为b的距离上开n个入声口，以振膜位置为坐标原点。

设有一球面波从远处传来，其入射角与传声器振膜轴线成θ角，入射声压为

P＝PAej(ωt-kr) PA=A/r

设入声口的面积相等 ΔSN＝aΔx a为入声口宽度，Δx为长度，

选择x＝0 处的入声口为参考点、r为声源到入声口的径向距离，那末在第n个 7

入声口处的声压可表示为：

PN＝PAe j(ωt-kr) e-jxcosθ

XN 为第n个入声口的位置，由于声波的入射，使各入声口产生体积速度

ΔVN

＝vN

ΔSN＝（PN／ρ0c0）ΔSN

而此ΔVN 又成了管中产生轴向平面波的声源，设管子的横截面积为S，在入声口ΔVN的扰动相当于在管中xn处产生速度为VN＝ΔVN／S的声源，而这一声源将在振膜处产生声压为

PNˊ＝vNˊρ0c0e-jk(l-X)

在振膜处的总声压应将各PNˊ 加起来即为

PD＝ΣN

PNˊ

作用在振膜上的净力为 F＝PDS，其振幅为

FA＝|PA|(ab)D..

其中

D＝|{sin(πb/λ)＊(1-cosθ)}/ {(πb/λ)(1-cosθ)} |

此式表明，作用在振膜上的力与声波的入射方向成复杂关系，用D表示传声器的指向性，当θ＝0º 时 D＝1， 对于不同的θ,

D值还取决于πb/λ值，当πb/λ

<<

1

时 D≈1 . 这时作用于传声器振膜的力与θ 无关，即指向性接近均匀，随着频率的升高，λ变小，传声器的指向性会愈来愈显著。

下图表示了两种 πb/λ值的指向性图（D与θ 的关系图）

b/λ b/λ=1 b/λ b/λ=6

从图中可看出，当b＝λ 开始传声器的指向性已经呈单向性，随着λ变小，指向性愈来愈尖锐。因此，利用这种多声道干涉原理做成的传声器具有很强的指向特性，常称为超指向性传声器。

8

90º

90º

0º 0º

例如 取b ＝0.34米，λ＝b＝0.34米 ，对应的频率 f＝1000Hz，这就是说，对于这种尺寸的传声器，当频率从1000Hz 开始已呈现明显的指向性。当然提高b的长度，可以使产生强指向特性的频率降低，但是较长的b就要求较长的干涉管长度，给使用会带来不方便。

我们希望枪式超指向传声器能在很宽的频带内起作用，这就取决于管长了。管子愈长，低频段(通常指500赫以下)的指向性愈尖锐。除此之外，为了取得更好的拾音效果，一般地在干涉管外侧进声孔上，还要覆盖一层具有声阻性能的阻尼材料，这些材料有两种用途：

1、增加干涉管各进声孔声阻抗，这样，可使低频段的等效管长缩短，各频段的指向性更接近一致。

2、以减弱干涉管内某些频段的谐振现象，调整有效频段内的频响曲线均匀度。

干涉管超指向传声器因为充分利用了声压加倍效应，所以在全频带内，它的灵敏度指标可以提升6分贝左右。

采用上述原理可以设计出性能非常优良的枪形超指向传声器，其指向性覆盖角在1000HZ时甚至可以达到小于30度，同时可改善感度、收音距离和降低回授的影响。它具有极高的环境噪音消除能力，同时也能减少如机器声、风声等噪音的干扰，而且音质不变，能保持清晰自然的录音效果，因而可用于高噪音的环境下，来收录特定的音源。

9

CM—80 超指向传声器频响图

5、国内外超指向传声器简要介绍

国外重点产品

日本铁三角 (audio-technica):

AT 4071a 专业枪型话筒

AT815b 专业枪型话筒

AT835b 专业枪型话筒

AT875R 专业枪型话筒AT895b 专业枪型话筒

AKG：CK-CK-98、98、CK-CK-69、69、C568

C568

Neumann：Neumann：KMR81i、KMR81i、KMR82i

KMR82i

SENNHEISER:

MKH816、MKH816、MKH70

MKH70

国内重点产品 国内重点产品

广东得胜

TAKSTAR商标 :

纯电容式音头 CM-80系列

驻极体式音头 TSM-600 系列

驻极体式音头 TSM-500 系列 （1.5V供电）

国营四三八二厂：国营四三八二厂：

纯电容式音头 CR－701、CR－702

国营七九七厂：国营七九七厂：

纯电容式音头 CR1－78

驻极体式音头 ECR－688

广范实业有限公司

广范实业有限公司

纯电容式音头 PRA-PRA-118L、118L、PRA-PRA-118S

118S

二、 超指向传声器的合理应用

一般来说，传声器的指向性是以仅仅拾取最大灵敏度方向上的声音 、排除和抑制来自其它方向的不需要的声音 、及各种干扰噪声，超指向传声器可以完成以上要求。因为超指向传声器具有较强的指向性 、适中的灵敏度 、较大的动态范围 、较小的等效噪声级 、合符指标的总谐失真参数等。它在噪声大 、有严重声反射的环境中可以很好 10

的抑制反馈而使拾音距离相对地增加，因而具有远距离拾音的特殊性能。

超指向传声器多用于电视台、广播电台、舞台剧场 、配曲 、话剧 、影剧 、大型音乐会等场合。要求图象不可出现传声器，有身临其境之感，这种能够远距离拾音的能力，可使观众听到与电视节目有关的远距离声音，以提高听觉的清晰度。在舞台剧场使用以拾取较远的语言 、音乐和一些舞蹈的节奏声，表现出良好的音响效果，大大抑制声反馈，提高了调音系统的总放大量。

又如新闻采访中与会者不可靠的太近 、记者也难作远距离的录音，使用超指向传声器可以远距离录制发言和对话，达到满意的预期效果。特别是表演动作快的节目，超指向传声器显得更加有用，而普通传声器就无能为力。电视实况转播 、球类比赛的多种多样的声音的拾取和录音就是一个典型的例子，将超指向传声器安装在电视摄像机上可随着比赛镜头转动。这种远距离拾音能使观众的视觉与听觉得到同步，保证了现场的真实性与临场感。

在自然科学研究方面：

各种动物的声音录制。

录音条件困难 、距离较远的野外场合。

生物动态音响的研究等等。

总之，超指向传声器应用领域非常广泛，但是为了更好发挥其特有的功能，了解其正确合理应用仍然是非常必要的。

1、 由于超指向传声器的压差及声干涉原理，故其近讲效应比较显著，所以在新闻采访、现场录音时，话筒与录音对象的距离不宜太近，以免产生较大的低频抬升，影响音质清晰度。

2、 由于超指向传声器的强指向效应，故其对风声及呼吸气流声高度敏感，为有效防止这一现象，建议在室外使用时要套上性能较好的防风罩，必要时开启低频衰减开关。

3、 在台口较深的大型舞台使用时，在台口两侧及中部安置三只超指向传声器便可以覆盖十五米以上的台口深度，传声器的覆盖角可以按四十五度设计，传声器安置高度可在距台面三十公分以下隐蔽设置，但一定要采用减震性能优良的专用支架。

4、 由于性能较高的超指向传声器均采用纯电容式音头，故其对使用环境有较高的要求。尤其在高温潮湿季节，使用后应将其与防潮剂一并密封于塑料袋中，以免因受潮后产生噪声加大的故障而影响正常使用。

11

5、 超指向性传声器由于采用了声干涉管结构，本身尺寸较长，且电容音头与场效应管前置放大器均属精密器件，所以在现场使用时一定要选好安装位置，理顺话筒线，防止意外碰挂而造成不必要的损坏。

超指向性传声器是电声器件中一个较特殊的门类，到目前为止尚有很多未知的领域等待我们去发现、学习和实践 。

【参考文献】

[1] k 声学 北京 高等教育出版社 1959.

[2] W.阿诺特 F.斯蒂芬 扩声技术原理及其应用 北京 电子工业出版社 2003.

[3] 马大猷 沈

山豪 声学手册 北京 科学出版社 2004.

[4] 管善群 电声技术基础 北京 人民邮电出版社 1982

作者简介：作者简介：

贺志坚： 大学毕业 高级工程师，现任东莞泉声电子有限公司 总工程师

赵应彪： 大学毕业，高级工程师，现任东莞泉声电子有限公司 高级顾问

12

2024年2月14日发(作者：庹语诗)

扬声器与传声器 《电声技术》电声技术》2005年第五期

超指向性传声器声学原理及合理应用

【摘 要】本文主要论述传声器的指向性声学原理、分类指标、及超指向性传声器的声学结构。简要叙述超指向性传声器在新闻采访、现场转播及舞台演出中的合理应用。

【关键词】关键词】 传声器；超指向性；声干涉

【中图分类号】中图分类号】TN643 【文献标识码】文献标识码】 B

贺志坚 赵应彪

Acoustic Principle and Effective Application of Hyper-direction Microphone

HE Zhi-jian ZHAO Ying-biao

【Abstract】This article introduces the acoustic principle and classification index of

microphone’s polar pattens,as well as the acoustic constrction of hyper-direction

also shortly presents the effective of hyper-direction shotgun microphone:

Live report and stage performances,etc.

【Key words】 microphone; hyper-direction; Sound interference.

一、超指向性传声器声学原理

1、 传声器指向性原理

传声器的接收法则明显地影响到它的传输性质，特别在它的指向效应方面。在电声技术中使用的一些最重要的接受法则阐述如下。

压强传声器原理

个入声口。传声器膜片处变化的压强用于策动膜片，于是产生正比于压强变化的输出电

压。由于压强是一个标量，所以产生无指向特性。

1

对声场中压强变化发生响应原理做成的接收器称为压强传声器。压强传声器只有一

均压孔

后空腔

P

外壳

振膜

压强式传声器主要用于播音室、录音棚，另外主要应用于测试传声器。

压差传声器原理

利用对声场中相邻两点压强差发生响应原理做成的接收器称为压差传声器，压差传声器通常是有两个入声口。它的振膜两面都暴露在声场中，相对于点声源而言因为振膜前后相对的等效距离之故使声波传至振膜两面的距离不相同，故而产生压差，前后的声压分别为P1、P2 ，设振膜面积为S，作用与振膜的合力为 P≈（P1－P2）S ，振膜振动时，振动位移大小与振膜两面的压差有关。这就是压差传声器的简单作用原理。

ΔL

P1

振膜

P2

外壳

其合力的振幅可表示为：

FA＝ PA KS△Lcosθ

√1+k2r2

Kr

当声波垂直入射即θ＝0º 时 振膜受到的作用力最大，在θ＝90º

时作用力近似为零。指向特性为8字形，另外近场接收灵敏度要比远场大很多倍。

这种压差式传声器 可用于大的噪声环境中进行录音、通话，有较高的信噪比，可提高抗干扰能力，在军用通讯及高噪声环境中有较高的使用价值。

2

压强与压差复合传声器原理

利用对声场中压强与压差都发生响应的原理做成的接收器称为压强与压差复合式传声器。

公式推导从简，考虑到最后作用在振膜上的净力为：

其振幅则为：

ΔL

P1

P1

振膜

P2

P2

后进声孔

F ＝P0 S

FA＝| PAG | S（1＋B COSθ）

如果适当选择传声器声学元件的参数，在设计与调试中正确掌握关健工艺使B取不同的值即可使传声器获得不同的指向特性。

1

B＝0

B

COSθ B>>1

（1＋B

COSθ）＝

1＋COSθ

B＝1

B＝0 指向性呈圆形 相当于压强原理

B＝1 指向性呈心形 相当于压强、压差复合原理

B>>1 指向性呈8字形 相当于压差原理

常用的心形指向性传声器也可用输出电压相等的一只压强传声器与一只压差传声器复合使用而成。

3

总输出电压等于：

假设式中 H1 ＝H2 则：

E ＝ E1＋E2

＝ H1P（1+ H2／H1

COSθ）

E ＝ H1

P（1＋COSθ）

所以设计这样的前级放大电路是可呈现心形指向性的。这种心形指向性传声器通用性很强，即能有效拾取来自声源的声音，又能排除 、抑制相反方向的无关噪声。在较大噪声环境下采访录音也普遍使用这种麦克风。

压差式传声器的近讲效应

所有压差式传声器的缺点是对气流有高度的敏感度。这是由于压差型接收换能器结构原理所产生的近讲效应所导致，它与传声器的角指向性增益直接正相关，即传声器的指向性越强，则近讲效应越明显，由此在近距离使用时，将会出现低频灵敏度较大的提升（如下图 ）。例如使用单方向动圈传声器在演唱中适当贴近口边可以利用它增加低音的浑厚感或强度，然而在语言采访的使用中，它常常会减小语言清晰度并增加低频噪声。图 表明了近讲效应对传声器频率响应的影响。随着距离的加大近讲效应会逐渐下降，一般在一米之外便不会有明显的影响。很多超指向传声器为了抑制这种近讲效应，在设计时便增加了低频衰减开关。

（ 近讲效应频响图）

指向性描述

传声器的输出电压与激励声的入射方向的关系称为指向效应。这效应可用下述物理量来描述：

4

角指向率Κ(θ) 是指相对于传声器主轴在θ 方向入射的平面声波产生的

（自由）场灵敏度与参考电平（0º 入射）所确定值之比：

Κ(θ)= TEd(θ)/ TEd( 0°)

角指向性增益D是角指向率的常用对数乘以20。

D = 20 logΚ(θ)

覆盖角通常是定义为f＝1000Hz时指向性增益相对于参考轴下降 6dB时 所张的角度范围。

心型：覆盖角θ≤90º

超心型：覆盖角θ≤60º

超指向：覆盖角θ≤45º

5

除了描述从偏离主轴的各个方向入射声波的传声器灵敏度与主轴灵敏度之比的量以外，还必须考虑平面波与扩散激励时的灵敏度之间的关系。用这些量可以确定扩散声分量对被传输的直达声源的抑制。

指向性因数与指向性指数

指向性因数――是指传声器在某特定频率的正向自由场灵敏度的平方与具有同样频率的扩散场灵敏度的平方之比。如果直达自由声场的灵敏度为 TEd 和扩散场的灵敏度为T Er ，则指向性因数为：

γM = T2Ed / T2Er

指向性指数 M是指向性因数的常用对数乘以10。

M = 10 logγM

理想的无指向性传声器的指向性因数γM＝1。理想的心型传声器γM＝3。而理想超指向传声器γM＝10，这表示对于同一声源在同一距离处，在输出电压相等的条件下超指向传声器拾取的室内声功率只是无指向性传声器拾取的十分之一。这意味着，在具有同样大小声功率的条件下，讲话距离对于超指向传声器可以十倍于无指向性传声器。

由于声、光在传播和反射方面有很多相似的特性，所以我们认为指向性传声器的指向性指数可以类比于光学照相机中的焦距，心型指向类似3倍光学变焦，而超指向则类似于10倍光学变焦，即可以实现将远处的声源拉近10倍的距离。

超指向

单指向

无指向

125 250 500 1K 2K 4K 8K Hz

三类传声器指向性指数曲线图

6

M

20

15

10

5

2

、声干涉管超指向接收原理

如果需要比压差式传声器有更高的指向效果，即指向性覆盖角小于60º时，则必须使用采用声干涉原理或抛物面反射原理设计的超指向性传声器。目前最常用的类型是干涉管式超指向传声器（也称‘枪式传声器’）。它将具有心型指向性的压差极头放置在开孔或开槽的声干涉管的一端所构成。在干涉管上按一定规律开孔或开槽，让声音由此而进。（见下图 ）

它的工作原理是利用声干涉现象，就是当声音来自对准长管的方向(即图中所示0O方向)时，所有从各进声孔进入长管的声音信号将同时到达传声器振膜，因而没有相位干涉，传声器可获得最大输出。如声波来自侧向(即图中θ角时)，则声波到达传声器振膜所经过的路径长短不一，由各进声孔进入的声音信号间存在着相位差，在振膜处形成相位干涉，导致振膜处声压得到衰减．从而获得极强的指向性。用这种原理得到的指向性效果取决于干涉管的长度，

由于干涉管上各入声口到振膜的距离不同，声波之间就要产生干涉，这样在振膜上的总声压将与入声口的分布有关。传声器呈长管状，振膜放在管子的末端 X＝0

处，在干涉管长度为b的距离上开n个入声口，以振膜位置为坐标原点。

设有一球面波从远处传来，其入射角与传声器振膜轴线成θ角，入射声压为

P＝PAej(ωt-kr) PA=A/r

设入声口的面积相等 ΔSN＝aΔx a为入声口宽度，Δx为长度，

选择x＝0 处的入声口为参考点、r为声源到入声口的径向距离，那末在第n个 7

入声口处的声压可表示为：

PN＝PAe j(ωt-kr) e-jxcosθ

XN 为第n个入声口的位置，由于声波的入射，使各入声口产生体积速度

ΔVN

＝vN

ΔSN＝（PN／ρ0c0）ΔSN

而此ΔVN 又成了管中产生轴向平面波的声源，设管子的横截面积为S，在入声口ΔVN的扰动相当于在管中xn处产生速度为VN＝ΔVN／S的声源，而这一声源将在振膜处产生声压为

PNˊ＝vNˊρ0c0e-jk(l-X)

在振膜处的总声压应将各PNˊ 加起来即为

PD＝ΣN

PNˊ

作用在振膜上的净力为 F＝PDS，其振幅为

FA＝|PA|(ab)D..

其中

D＝|{sin(πb/λ)＊(1-cosθ)}/ {(πb/λ)(1-cosθ)} |

此式表明，作用在振膜上的力与声波的入射方向成复杂关系，用D表示传声器的指向性，当θ＝0º 时 D＝1， 对于不同的θ,

D值还取决于πb/λ值，当πb/λ

<<

1

时 D≈1 . 这时作用于传声器振膜的力与θ 无关，即指向性接近均匀，随着频率的升高，λ变小，传声器的指向性会愈来愈显著。

下图表示了两种 πb/λ值的指向性图（D与θ 的关系图）

b/λ b/λ=1 b/λ b/λ=6

从图中可看出，当b＝λ 开始传声器的指向性已经呈单向性，随着λ变小，指向性愈来愈尖锐。因此，利用这种多声道干涉原理做成的传声器具有很强的指向特性，常称为超指向性传声器。

8

90º

90º

0º 0º

例如 取b ＝0.34米，λ＝b＝0.34米 ，对应的频率 f＝1000Hz，这就是说，对于这种尺寸的传声器，当频率从1000Hz 开始已呈现明显的指向性。当然提高b的长度，可以使产生强指向特性的频率降低，但是较长的b就要求较长的干涉管长度，给使用会带来不方便。

我们希望枪式超指向传声器能在很宽的频带内起作用，这就取决于管长了。管子愈长，低频段(通常指500赫以下)的指向性愈尖锐。除此之外，为了取得更好的拾音效果，一般地在干涉管外侧进声孔上，还要覆盖一层具有声阻性能的阻尼材料，这些材料有两种用途：

1、增加干涉管各进声孔声阻抗，这样，可使低频段的等效管长缩短，各频段的指向性更接近一致。

2、以减弱干涉管内某些频段的谐振现象，调整有效频段内的频响曲线均匀度。

干涉管超指向传声器因为充分利用了声压加倍效应，所以在全频带内，它的灵敏度指标可以提升6分贝左右。

采用上述原理可以设计出性能非常优良的枪形超指向传声器，其指向性覆盖角在1000HZ时甚至可以达到小于30度，同时可改善感度、收音距离和降低回授的影响。它具有极高的环境噪音消除能力，同时也能减少如机器声、风声等噪音的干扰，而且音质不变，能保持清晰自然的录音效果，因而可用于高噪音的环境下，来收录特定的音源。

9

CM—80 超指向传声器频响图

5、国内外超指向传声器简要介绍

国外重点产品

日本铁三角 (audio-technica):

AT 4071a 专业枪型话筒

AT815b 专业枪型话筒

AT835b 专业枪型话筒

AT875R 专业枪型话筒AT895b 专业枪型话筒

AKG：CK-CK-98、98、CK-CK-69、69、C568

C568

Neumann：Neumann：KMR81i、KMR81i、KMR82i

KMR82i

SENNHEISER:

MKH816、MKH816、MKH70

MKH70

国内重点产品 国内重点产品

广东得胜

TAKSTAR商标 :

纯电容式音头 CM-80系列

驻极体式音头 TSM-600 系列

驻极体式音头 TSM-500 系列 （1.5V供电）

国营四三八二厂：国营四三八二厂：

纯电容式音头 CR－701、CR－702

国营七九七厂：国营七九七厂：

纯电容式音头 CR1－78

驻极体式音头 ECR－688

广范实业有限公司

广范实业有限公司

纯电容式音头 PRA-PRA-118L、118L、PRA-PRA-118S

118S

二、 超指向传声器的合理应用

一般来说，传声器的指向性是以仅仅拾取最大灵敏度方向上的声音 、排除和抑制来自其它方向的不需要的声音 、及各种干扰噪声，超指向传声器可以完成以上要求。因为超指向传声器具有较强的指向性 、适中的灵敏度 、较大的动态范围 、较小的等效噪声级 、合符指标的总谐失真参数等。它在噪声大 、有严重声反射的环境中可以很好 10

的抑制反馈而使拾音距离相对地增加，因而具有远距离拾音的特殊性能。

超指向传声器多用于电视台、广播电台、舞台剧场 、配曲 、话剧 、影剧 、大型音乐会等场合。要求图象不可出现传声器，有身临其境之感，这种能够远距离拾音的能力，可使观众听到与电视节目有关的远距离声音，以提高听觉的清晰度。在舞台剧场使用以拾取较远的语言 、音乐和一些舞蹈的节奏声，表现出良好的音响效果，大大抑制声反馈，提高了调音系统的总放大量。

又如新闻采访中与会者不可靠的太近 、记者也难作远距离的录音，使用超指向传声器可以远距离录制发言和对话，达到满意的预期效果。特别是表演动作快的节目，超指向传声器显得更加有用，而普通传声器就无能为力。电视实况转播 、球类比赛的多种多样的声音的拾取和录音就是一个典型的例子，将超指向传声器安装在电视摄像机上可随着比赛镜头转动。这种远距离拾音能使观众的视觉与听觉得到同步，保证了现场的真实性与临场感。

在自然科学研究方面：

各种动物的声音录制。

录音条件困难 、距离较远的野外场合。

生物动态音响的研究等等。

总之，超指向传声器应用领域非常广泛，但是为了更好发挥其特有的功能，了解其正确合理应用仍然是非常必要的。

1、 由于超指向传声器的压差及声干涉原理，故其近讲效应比较显著，所以在新闻采访、现场录音时，话筒与录音对象的距离不宜太近，以免产生较大的低频抬升，影响音质清晰度。

2、 由于超指向传声器的强指向效应，故其对风声及呼吸气流声高度敏感，为有效防止这一现象，建议在室外使用时要套上性能较好的防风罩，必要时开启低频衰减开关。

3、 在台口较深的大型舞台使用时，在台口两侧及中部安置三只超指向传声器便可以覆盖十五米以上的台口深度，传声器的覆盖角可以按四十五度设计，传声器安置高度可在距台面三十公分以下隐蔽设置，但一定要采用减震性能优良的专用支架。

4、 由于性能较高的超指向传声器均采用纯电容式音头，故其对使用环境有较高的要求。尤其在高温潮湿季节，使用后应将其与防潮剂一并密封于塑料袋中，以免因受潮后产生噪声加大的故障而影响正常使用。

11

5、 超指向性传声器由于采用了声干涉管结构，本身尺寸较长，且电容音头与场效应管前置放大器均属精密器件，所以在现场使用时一定要选好安装位置，理顺话筒线，防止意外碰挂而造成不必要的损坏。

超指向性传声器是电声器件中一个较特殊的门类，到目前为止尚有很多未知的领域等待我们去发现、学习和实践 。

【参考文献】

[1] k 声学 北京 高等教育出版社 1959.

[2] W.阿诺特 F.斯蒂芬 扩声技术原理及其应用 北京 电子工业出版社 2003.

[3] 马大猷 沈

山豪 声学手册 北京 科学出版社 2004.

[4] 管善群 电声技术基础 北京 人民邮电出版社 1982

作者简介：作者简介：

贺志坚： 大学毕业 高级工程师，现任东莞泉声电子有限公司 总工程师

赵应彪： 大学毕业，高级工程师，现任东莞泉声电子有限公司 高级顾问

12