第十一篇 拾音器的灵敏度、高保真与监听距离

一、拾音器灵敏度

   拾音器灵敏度是反映拾音器声电转换能力的一个指标，其定义是在单位声压作用下的输出电压或电功率。灵敏度的表示方法很多，我们采用的方法以dB表示，且定义为0dB = 1V/Pa @ 1KHz，即1KHz频率、声压强度1Pa作用下输出1V(rms)电压，灵敏度为0dB。这是国家标准规定的表示方法，为国内外麦克风话筒生产厂家普遍采用。按-40dB、-30dB、-10dB 、0dB、+10dB的顺序，灵敏度逐渐增高。

   有人误以为灵敏度是指能够拾取的最小声音信号，因而数值越小负的越多灵敏度越高，在招标文件甚至有要求灵敏度小于某一数值(如≤-30dB),是错误的。

1、灵敏度与拾音器好坏无关

   常见的麦克风咪头有动圈、纯电容和驻极体电容3种。动圈及纯电容麦克风咪头没有放大电路，灵敏度一定程度反映了麦克风话筒性能的好坏，灵敏度高性能好。驻极体电容麦克风咪头是电容型的一种，内部有FET信号放大电路，其灵敏度高低与性能好坏无关，只是一种产品规格参数而己，灵敏度的误差精度(一致性)比绝对值更重要。

   监控拾音器一般均采用驻极体电容麦克风咪头加高增益放大器，定义拾音器灵敏度时是将二者作为一个整体看待，麦克风咪头灵敏度和放大器增益决定了拾音器的灵敏度。拾音器灵敏度同样只是一个规格参数，误差小一致性好相对更为重要。

   改变拾音器灵敏度极为简单，通常只需改变一个电阻的阻值便能办到。 这种基于放大电路增益的灵敏度，与拾音器品质好坏没有任何关系。

2、灵敏度不能过高、大范围可调才好

   拾音器灵敏度要和系统匹配，不能太高也不能太低。拾音器灵敏度太低，输出信号幅度小，传输易受干扰。进入后端设备后，相对设备本底噪声的信噪低，数字量化信噪比也低。即使在同步监听及回放过程中采用高增益有源音箱放大，也无法提升信噪比，拾音效果不好。拾音器灵敏度太高，输出信号幅度过高容易产生饱和失真，声音信号顶部及底部被切掉。

   拾音器灵敏度高低取决于后端设备的接口需要。拾音器后端连接设备有硬盘录像机、采集卡、编码器、网络视频服务器、网络摄像机、电脑声卡、有源音箱、调音台、光端机、音频矩阵等，这些设备要求的输入信号电平范围差别很大，解决问题的唯一方法就是拾音器灵敏度可调。灵敏度调整范围越宽，适应不同设备的能力越好。

3、奇怪的灵敏度参数

   一些“国际著名品牌”拾音器标注的灵敏度介于-35dB～-70dB之间， 并且被称作称之为高灵敏度。如果灵敏度真的是-35dB～-70dB，拾音器可用吗？

   有的厂家会采用0dB = 1V/uBar @ 1KHz的定义，换算成0dB = 1V/Pa @ 1KHz的定义后，-35dB～-70dB灵敏度变成了-15dB～-50dB。上网聊天用的耳麦灵敏度是非常低的，也能达到约-35dB(0dB = 1V/Pa @ 1KHz)。如果拾音器灵敏度是-35dB，在相距1米处正常说话，拾音器输出信号幅度只有约0.7mVrms,嗓门大的人 再怎么拚命喊，拾音器输出信号幅度也只有10mVrms左右。监控 硬盘录像机本底噪声很少能做到2mVrms以下，0.7mVrms送进硬盘录像机，就会被噪声完全“淹没”。10mVrms信号送进去， 仅仅是能听见。

   由此可见，这些灵敏度参数是有问题的，只能用自创了某种0dB定义来解释。“国际著名品牌”没有采用国际普遍做法。

二、拾音器的高保真

    高保真的概念源于麦克风话筒音响系统，基本要求是宽频响（50Hz～12000Hz或更宽）、高信噪比（≧60dB）、大动态范围(≧60dB)。

1、实用环境背景噪声及远距拾音，信噪比不能满足高保真要求
   监控拾音器主要用于话音拾取。我们的生活起居及办公室环境，背景噪声强度一般在35～55dBSPL之间。拾音器的拾音距离一般在1m～10m之间，在这个区间正常说话，拾音器拾取的话音信号强度（统计平均）约为45～65dBSPL，拾取的原始话音信号信噪比最高约为30dB，最低约为－10dB。有降噪功能的拾音器，最多可将信噪比提高约20dB左右，即使在距离1m这样的近处正常说话，拾音器输出信号的信噪比最高约为50dB，与高保真60dB信噪比的要求相去甚远。

2、音频降噪不可避免带来话音损伤

    监控拾音器技术的核心是 针对话音的降噪处理。无论采用模拟降噪还是DSP数字降噪，限制拾音器的频响是最为直接有效的方法。“20Hz～20000Hz”宽频 响保真特性，除了带来更多的噪声，对话音质量没有任何好处。至少要将拾音器的频响限制在150Hz～8500Hz以内，拾音器才能表现出一定的低噪音性能 ，频响低端频率达到250Hz以上时，对噪声的滤除效果才会比较好。这就不可避免地对话音造成损伤。

3、外观声学结构也决定了拾音器无法做到高保真

    监控拾音器外观设计“美观实用便于安装”是重点，通常采用半圆型、扁圆型或长方型设计，这种外观声学结构可以满足话音拾取的需要，但无论如何都做不到高保真。

三、监控拾音器监听距离

    监控拾音器拾取的主要是话音信号，频率范围在10000Hz以下，可以很容易传输很远的距离。影响传输距离的因素有3个，阻抗特性、传输线分布电容及传输线抗干扰性能。

1、阻抗特性

   监控拾音器与后端设备的接口类型为低频电压型接口，这种接口不需要严格的阻抗匹配。影响信号传输的因素有拾音器的输出阻抗RO、传输线阻抗RL及后端设备的输入阻抗RIN。假定拾音器开环输出信号电压为VO,则后端设备有效输入信号电压

   VIN = VO*RIN/(RIN+RL+RO)

   根据计算公式可以得出这样的结论，拾音器输出阻抗RO要低一点，后端设备的输入阻抗RIN要高一些，对信号的传输会更有利。好的监控拾音器，输出阻抗RL一般在200欧姆以下，设计合理的音频设备输入阻抗RIN一般不低于1000欧姆。拾音器和后端设备一旦选定，RIN和RO便固定了，传输线阻抗RL随线的长度增加而增加，因此只要控制RL，就可以保证其传输距离。如果只考虑阻抗特性，只要拾音器输出信号VO幅度足够高，传输线线径合理，音频信号便可以传输很远的距离，3公里以上传输距离轻而易举。

2、传输线分布电容

   任何传输线都存在分布电容，传输线越长，分布电容越大。分布电容对高频信号的衰减较低频信号大，分布电容越大高频衰减越严得重，对话音质量的损伤也越大。 测试数据表明，监控工程中所采用的各种传输线，在1000米以内时，对话音信号造成的损伤是可以被忽略的。当传输距离达到3公里时，话音质量的变化就会比 较明显。

   控制分布电容在工程实践中是很难做到的，在拾音器中可以通过预加重的方法对高频衰减加以补偿。但这样做结果是在近距传输时又不好了。兼顾1000米以内及1000以上传输，必须在拾音器中加控制开关，或采用4线平衡自动补偿传输接口设计。

   监控工程实践决定了拾音器1000米以上的远距传输毫无用处。因为当传输距离达到上千米时，为保证传输质量及应对未知的外部干扰，对传输线的要求相应提高，传输线成本也会很高。此时采用光端机，同步传输音视频信号才是明智之举。

3、传输线抗干扰性

   在不考虑外部干扰的情况下，任何2芯以上的线缆，都可以用做拾音器信号线。但在工程实践中，很多情况下拾音器传输线不可避免地会和各种电源线、视频信号 线、网线、有线电视信号线和其它通信电缆交叉重叠。传输线抗干扰性能才是问题的关键，必需根据传输线路径的外部情况，合理选择线材。3芯高屏蔽率的 RVVP线，是最保险的选择，但成本造价相应较高。

结论

   在正常情况下，拾音器传输距离基本上与拾音器无关，传输线是影响传输距离的关键。拾音器最大合理传输距离应控制在1000米以内。