微音器

如果有人问：“微音器”是什么？大家都能够回答说：凡是把音能变为电能的东西就叫做“微音器”。可是对无线电工作者来说，我们还应当了解微音器的特性，懂得微音器的正确用法。

对微音器的全部分析，包括三个方面，就是：受音性能、发电性能和机械构造。本文只分析前两部分的性能。受音性能主要是指各种频率音波对它的效应和它的方向性；发电性能主要是指它产生电流变动的方法、输出电压的大小和内阻抗等。

1．频率响应特性 如果在有一定大气压力的空间位置上，忽然由音源发来了音波，那位置上所受的压力，就会随着音波变化。有些音源像歌唱者的声带，发出的音，同时含有许多高低频率的成分。为了测定的方便，我们可以假定一种音源：它每次只能够发出任何一个频率的音波，音量还可以调节，使得音波到达微音器的位置时，各个频率都产生相同的压力变化。在这样的音源作用下，面对着音源的微音器产生的各种音频电压如果都是相等的，我们说：在面对着音源的方向，这微音器的频率响应特性是“平”的。

但测定这个频率响应特性是很困难的。找一个只直接受音源作用，没有其他反射和散射过来的音波和杂声的空间位置，就很不容易。再则微音器本身的存在，也会改变原来的波形。

上面说微音器的面是对着音源的，如果微音器的面转了一个角度θ如图1，这时由于音的绕射作用，就有抑制高频的响应特性。因为低频率的音波波长大，微音器的尺寸比波长小，音波可以绕转，甚至由后面来的音波也能到达前面，和前面来的一样。换句话说，即使背对着音源相当于θ为180度的情形，对低频并没有显著的影响。但对高频，波长很短，微音器的障碍非常大，音从后面来就不可能跑到前面去。所以当θ为180度时，高频部分受到完全的抑制。因此在任何角度θ时，会有抑制高频声音的特性。

另一方面，微音器面对着音源时，高频音波产生反射除了音波推动气体分子的寻常压力外，还有反射的应力加到微音器上。所以实际上在面对音源的方向，响应特性是有利于高频部分的。

从上面的分析，我们已经可以肯定的说：微音器的频率响应特性和方向特性是互相关联着的。

2．方向特性 方向不同除了可能影响频率响应特性外，还有所谓“相位差别”存在。请看图2甲和乙。在图2甲里音波从正面来，“波前”同时压着微音器受音面上各点，这时各点压力相同，效果最好。而在图2乙里，波前和受音面作一θ角，左边比右边先受波的压力。在受音面上作用压力有先后，最大的相位差和θ角及波长有关，如果直径大，即使θ较小，而由相位差的关系，影响压力也较大。就像一个天线阵或喇叭口一样，面积愈大，方向性愈强。

普通微音器受音面的直径约2.5—5公分。相位差的影响在1000周以下并不显著，而绕射现象对方向性的影响较大。

3．频率和方向的混合特性 表现微音器的性能，可用一组输出电压、频率和方向角三者相互关系的曲线，正像我们能够用一组曲线，表示电子管的屏流、栅压和屏压的相互关系一样。这叫做微音器的混合特性曲线。

图3就是一组这样的曲线。方向角由0°到180°每增加30°就有一条曲线。纵坐标为发出电压的电平（0分贝相当于每一巴耳的压力发出1伏的电压，每平方公分上一达因的压力为一巴耳），横坐标为频率。我们可以看到在200周以下曲线是水平的，对于频率说是毫无响应的，也就是微音器毫无方向性，而在1000周以上，频率响应随角度的变动很大；角度差90°，输出电压降低达15分贝。

同样的相互关系还可用极坐标图形表现出来，如图4，设微音器的位置在极心上，动径表示输出电压，动角表示发音者与微音器的角度。这时的“电压”和“角”关系曲线，是在许多不同频率绘出的。我们可以看到在5000周到10000周间，只要方向相差几度，输出就大为减少；而在1000周以下特别是达到200周时，各方向的输出都是一样。极坐标混合特性曲线比较常用，因为好的微音器，频率响应很“平”，输出电压主要决定于方向角度的缘故。

从这种混合特性曲线，我们可以解决很多实际问题。

图5表示一个播音室里有五个演员在微音器前播音的情形。设所用微音器的特性如图4。演员们站在离微音器1.5公尺的圆弧上，对微音器来说并相互离开30°角。

由图4可见音频在1000周以下，微音器对五个人的声音的接受程度相差不到1分贝；而到了5000周时，和中间位置比起来，在30度位置降低2分贝，而在60度位置就降低了7分贝；再高到10000周，就要分别降低到4分贝和9分贝。这使得两旁边位置上演员们的声音的音质和可了解程度都比正中演员的差得多，这种随演员地位不同而音质大大变化的现象是不好的。如果微音器的频带范围较窄，音质随地位的变化就较小。

只有一个演员播音表演时，对于微音器的方向关系也是有同样问题的。表演时使微音器保持和演员距离不变，一般还有办法做到；但完全要保持方向不变任何灵活转动的微音器都是不容易的，特别是当演员大转身的时候更无法做到，这时所用的微音器最好是毫无方向性的。

另一方面，有方向性的微音器，可以避免杂音，提高输出电压的 “信号杂音比”。所以有方向性的和特制的、球状的无方向性的微音器，各有其用途。真正成问题的倒是频率响应特性随角度改变的情形，对正式播音很不合适，但对一两个人演讲倒也很合用。有一种特制的“速度——微音器”，它也是有方向性的，输出电压随方向变动，但在任何方向的输出不再随频率变动。用这种微音器，不同角度的播音者离微音器保持不同的距离，播音效果就完全相同。这是像图4那样的微音器所不能达到的。

1．发电的方法 微音器种类很多，发电方法各不相同。主要分动导体式、炭粒式、电容式和晶体式四大类。

动导体式也叫动圈式，主要作用是有某种式样的导体（如线圈），被适当的安排在永久磁场里，如图6甲和乙所示。音波能够使导体在磁场内运动，因此发生和音波动荡相同的脉动电流来。

炭粒式是在一个杯状的铜盒子里，装满了炭粒，还有两块炭板如图7。一块炭板联接到受音波振动的薄膜上，薄膜一动炭板也动，改变两炭板中间的炭粒彼此接触的面积，便产生了两炭板间电阻随音波变动的现象，也就是音的动荡变成了相同的电流变动。

电容式里，随音波振动的金属薄膜，是回路里一个电容器的一面，另一面是固定的金属板如图8。薄膜振动时，电容器的电容量随着变动，产生相应的电流变动，所以音波也变成了相应的电流变动。

晶体式又称压电式，是靠晶体受压力它的表面就有电荷的现象而起作用的。微音器里用的晶体不像发信机里用的石英那样作用稳定，但受压力产生的电荷比较大，也就是压电作用比较灵敏。晶体的一端接在受音振动的锥形薄膜上，薄膜一动晶体上就受到机械力而发电如图9，所以音波也变成了电流变动。

2.输出电平的计算 输出电平是和输入音量有直接关系的。标准的输入音量为1巴耳。每巴耳系指波前加到受音面的压力是每平方公分一达因。又相当于离微音器25公分一个人讲话的平均压力。

微音器的输出电平是和响应的频带宽度有关系的。一般地说：频带愈宽的微音器，输出愈小。

此外，微音器的输出必须经前置放大级的放大，方能起有效作用。谈微音器的输出电平问题，必须考虑它和前置放大级的相互关系。例如无线电广播里的微音器是放在播音室里，而前置放大级一般是放在容易调整的地方，它们之间一定要有联接线。这联接线的长度比起音波的波长来很小，不必考虑到和它的特性阻抗匹配问题。微音器的内阻抗是多少，我们就叫做多少欧的联接线。

我们先谈谈微音器内阻很低的情形 动导体式和炭粒式都属于这一类。例如微音器的阻抗为500欧，我们就叫这时的联接线为500欧线，但不一定要接到500欧的负荷上去。500欧的微音器可以接到很高电阻的负荷，线终端的电压和微音器发出的电压接近相等。换句话说，微音器的输出可以直接接到前置放大级的栅极上去。如果要加输入变压器的话，也并不是因为阻抗匹配问题，而是因为要提高接到栅极的电压，使前置放大级的放大任务减轻，所以输入变压器只起放大作用。可以用图10来说明。

图10里设微音器的内阻抗为R\(_{g}\)，发生的电压为eg。变压器初次级圈数比为1：a初级线圈的音频阻抗很大，所以R\(_{g}\)里的电位降很小，次级输出电压就约为aeg。a值的大小被R\(_{g}\)所决定，因为如果Rg增大，初级线圈的圈数也须增大，否则低频阻抗变小，低频部分就得不到适当的放大，因此a就变小了；相反的情形，a就需要大。另一方面a的值又和频带宽度有关，次级圈数愈多，分布电容就愈大，影响高频放大。所以频带愈宽，次级圈数受到了限制，a也不能够大。这些知识对如何选择输入变压器是很有帮助的。

一般地说，我们都假定次级所接的负荷电阻是150000欧，经变压器反回到微音器回路，成为\(\frac{150000}{a}\)\(^{2}\)欧的一个负荷电阻。如果R\(_{g}\)小于150000欧，加变压器可以有放大作用；如Rg大于150000欧，加变压器反降低电压，就没有必要了。

我们再谈微音器电阻很高的情形 电容式和晶体式都属于这一类。

高内阻R\(_{g}\)的微音器可以直接接到前置放大器的栅极，用不着加变压器，不过这时联接线上的电容量CL不能忽略不计，它和输出电平很有关系。这种情形可用图11来说明。

当我们分析一个晶体微音器的构造后，便会了解它的内阻抗相当于一个电容器C\(_{g}\)的容抗。它所发生的电压为eg，代表数据是e\(_{g}\)＝1毫伏， Cg=0.003微法， C\(_{L}\)为0.002微法，Rg为1—5兆欧。

达到栅级的电压e\(_{L}\)=egC\(_{g}\)Cg+C\(_{L}\)=10.003;0.003+0.002=0.6毫伏。换句话说，要计算输出电压，只标明了微音器发出电压eg多少还不够，尚须标明C\(_{g}\)和CL的数值。因此就引起了微音器的标明规格应当如何理解的问题。

我们常看见低阻抗的微音器标明输出为若干分贝。例如某一种动导体式微音器标明为每巴耳-63.7分贝，这是什么意识呢？在播音方面，0分贝一般系指6毫瓦的输出电力而言。这标明的规格表示每巴耳的音量可以在次级线圈接150000欧标准负荷时给出 6×10\(^{-}\)3aul\(_{g}\)(-63.710)=2.56×10-9瓦的电力。而在负荷上的电压应当eL=\(\sqrt{2}\).56×10\(^{-}\)9×150000＝－1.96毫伏。

所以对低内阻的微音器，我们只须标明标准负荷上电力输出的分贝数。实际用起来变压器的次级线圈用不着一定接到150000欧的负荷。甚至可以毫无负荷的直接接到前置级的栅极。

可是高内阻抗的微音器标明输出分贝数并没有实际意义。而系标明它在一巴耳的音量作用下发生的电压、内阻抗和接线阻抗的数值。并且这时是以分贝数表示微音器发生的电压（每巴耳1伏为0分贝）。例如一晶体微音器标明开路电压为每巴耳-65分贝，就表示，e\(_{g}\)=1/anlg(\(\frac{65}{20}\))=1;1778=0.563×10\(^{-}\)3=0.563毫伏/巴耳。

3．微音器的内阻抗 这是微音器的一项重要参数，它影响输出的情形，上面已经谈得很详细了，但各种微音器的内阻抗的大小到底是怎样得来的？应当是电抗或电阻性质？须联系各种微音器的构造另文谈及，这里就不深入了。（曙生）