麥克風使用風、雨和病毒罩的聲音變化

文章來源 : DPA

許多情況下需要解決方案來保護麥克風免受自然元素的影響。風和雨會在麥克風中產生噪音。此外，像Covid這樣的病毒也可能傳播到麥克風的表面。在這些情況下，高效的保護是必要的，但我們也需要了解這些保護對聲音的影響。

目錄

1. 摘要

2. 引言

3. 測量風噪音

4. 在未受保護的麥克風中產生的風噪音

5. 各種風保護解決方案的目的

   1. 泡棉風罩/屏障/阻障器

   2. 外殼/籃狀風罩/屏障/阻障器

   3. 泡棉風罩對風噪音的影響

   4. 風罩對頻譜減弱的影響

   5. 泡棉屏障上商標的影響

   6. 風罩和雨的影響

6. 防爆風罩

7. 鼻錐

8. 病毒防護

9. 參考文獻資料

摘要

風：風會產生不需要的噪音，因此需要用風罩/屏障來減輕這些問題。這些實用的配件可以在有風的情況下控制噪音（降低20-30 dB）。一般而言，這些解決方案，越大越好。如果風很大，在錄音通道（或麥克風）中進行低切是防止在低頻範圍內過度驅動輸入的好方法。

雨：大多數風罩可以在一定時間內減輕雨水的問題。然而，如果風罩被浸濕，將會嚴重損害聲音品質。因此，最好攜帶額外的（乾燥的）風罩，因為完全烘乾一個濕的風罩可能需要幾個小時。在下雨天，另一種選擇是在非錄音工作情況下使用塑料袋。但請注意，如果在塑料袋放在風罩上時，風罩已經濕潤，那麼麥克風周圍的濕度可能超過正常性能的限制。

人聲風噪：為了減少近場人聲錄音中的爆音和氣吹聲，防噴罩是在錄音室中非常有效的工具，因為它幾乎不會對麥克風的表現產生影響。通常，與普通風罩相比，防噴罩可以在更遠的距離停止氣流。

病毒防護：用塑料袋覆蓋麥克風以防止病毒傳播是一個實用的想法。然而，重要的是要使用非常軟且薄（<10 µm）的塑料。此外，袋子必須只鬆散地放在麥克風周圍（不要包裹），否則可能會改變指向性。

引言

強風和雨水通常會在戶外錄音時引起問題，產生麥克風接收到的不需要的噪音。此外，當近距離麥克風捕捉人聲表演時，口腔呼吸、吹氣和爆音等也可能產生不需要的聲音。手持式人聲麥克風還可能傳播細菌和病毒。

為了防止不需要的噪音產生，通常會使用風罩、風屏和其他專用解決方案來保護麥克風免受惡劣天氣的影響。然而，這些解決方案的效果差異很大，並且很少提供完整的規格來說明噪音降低、頻譜減弱、雨水影響等方面的信息。這缺失的信息可能是因為該領域缺乏完整的標準。

在Covid大流行期間，使用可更換的蓋子（如塑料袋）來防止病毒傳播到麥克風表面是常見的做法。這是保持麥克風清潔的絕佳解決方案，但它確實會影響聲音。

測量風噪音

通常，風產生的噪音在實驗室中進行測量，以確保測量時有受控的條件[28]。標準"IEC 60268-4 麥克風"描述了可能產生受控風的 "設備"（通常是一個大風扇）。此外，風扇必須安裝在只測量風噪音（而不是風扇/馬達噪音）的情況下。在大多數情況下，這種風機可以產生從0 m/s到> 10 m/s的風速。

典型的測量結果包括噪音頻譜與風速的關係、等效噪音水平與風速的關係或等效噪音水平與方向的關係（等效水平將噪音與由聲源產生的噪音進行比較-如果聲源產生與風噪音相同的噪音時，它將如何測量）。

如果沒有風機，如果可以進行測量，可以使用自然風。一種低成本的解決方案（可能不太準確）是在駕車時將麥克風伸出車窗外。車輛的速度表提供了實際的風速（10 m/s = 36 km/小時或22.34英里/小時）。

未受保護的麥克風中的風噪聲

未經額外風保護配件的麥克風容易受到風的低頻波動的影響。由於其結構，麥克風可能由於周圍的湍流而產生風壓的波動，即使在沒有壓力波動的穩定風中。結果可能是不需要的可聽聲音。

風越強，噪音越大。一般而言，全指向麥克風（壓電式麥克風）對風的敏感性較定向性麥克風（壓力梯度型）低。然而，噪音水平會隨風的入射角度而變化，即使麥克風是全向性的。原因之一是外殼和麥克風的形狀可能會影響噪音水平。

下面的兩個圖表顯示了一個16 mm全向性和一個19 mm心形指向性電容麥克風的噪音隨方向的變化。在低頻時，噪音水平的差異約為20-30 dB。

曲線顯示了風噪音與方向（30°遞增）的關係。在兩種麥克風類型上，噪音在0°入射角（軸向）和90度（離軸）時最高，而在180°時最低。

圖1：上圖顯示了在10 m/s風速下，從不同方向對4006全向麥克風產生的風噪音。下圖顯示了在相同條件下，對4011心型麥克風產生的噪音。無論風的入射角度如何，相較於全向麥克風，心型麥克風產生的噪音要高得多（1/3倍頻帶）。

另一種記錄麥克風對風的反應的方式是創建極坐標圖。它類似於顯示指向性圖案和對聲音敏感度與方向的圖表。下面是兩張基於上述麥克風數據的圖表，但現在分別以A權重和C權重級別為基準，相對於風的入射角度。兩個圖表在0°處進行了歸一化處理，這意味著不顯示絕對噪音水平，而是相對於0°進行水平化顯示。

圖2：現在將數據以極坐標圖的形式呈現。左圖顯示了在10 m/s風速下，從不同方向對未受保護的4006全向麥克風產生的風噪音。紅色曲線是A權重級別相對於方向的歸一化值，以0°處的0 dB為基準。藍色虛線曲線是C權重級別相對於方向的值。右圖顯示了在未受保護的4011心型麥克風中的相同數據。

各種風保護解決方案的目的

防風之餘應該使聲音免於噪音和色彩變化/頻譜減弱。不幸的是，要同時優化這兩個方面是困難的。

對抗風的最佳保護是一個封閉的堅固盒子[29]。然而，聲音將無法通過。相反，聲學透明設備則無法阻擋風。必須找到這兩個極端之間的最佳折衷。

泡棉風罩/屏障/阻障器

大多數風罩都是由一種開放式的泡綿材料製成，可以實現聲學透明。這種泡沫可以由聚氨酯（PUR）或類似材料組成。具有相等流阻的金屬泡綿也可以達到相同的效果[9]。這些風罩通常是圓形/球形的，可以從各個方向提供最佳的風阻。一般而言，風罩的直徑越大，降低風噪音的效果越好[5, 9, 16, 17, 19]。只要麥克風的膠囊位於中間位置，全向麥克風對風罩的設計並不敏感。然而，如果泡綿覆蓋著心形麥克風的前端和背面入口，這可能會影響麥克風的實際指向性。一些常用的風罩在這些入口附近保留了空間，以保持方向性[29]。

外殼/籃狀風罩/屏障/阻障器

外殼型風罩（通常稱為籃型）的目標是在離振膜越遠的位置阻止風。它們通常在外殼和麥克風之間不添加任何吸收或減震材料。外殼/籃狀結構由一個由細網覆蓋的堅固網格組成。同樣，在這裡，球形是最有效的，然而，可以通過擴展球體或加入圓柱體來改變形狀（對於長麥克風）[29]。

圖3：展開球形外殼的原理。

這種風罩也因其形狀類似飛艇而被稱為“齊柏林飛艇”。在電影行業中，它們也被稱為“飛艇”。

可以通過在安裝之前在外殼內部添加泡沫屏障或在外部添加毛皮般的外被（暱稱：“死貓”或“死袋鼠”）來提高外殼的風阻尼效果。然而，添加外部毛皮也可能降低聲學透明度。

重要的是，外殼表面不能在風中振動，否則就像在麥克風附近添加了一個聲學源/振動膜。另一方面，圓柱體的內部起到了管道的作用，封閉空間中的共振波可能會影響系統的頻率響應，根據DPA未發表的研究結果。

下面的圖4顯示了Rycote（製造商的數據）傳統外殼/籃型屏風的風阻尼效果。這裡使用了自然風進行測量，平均了20個單獨的測量。麥克風是一款槍型麥克風。

圖4：Rycote標準籃型屏風+毛皮類型風障的阻尼曲線。20次測量的平均值（製造商數據）。

對於更大的麥克風陣列（用於特定設置的多個麥克風的配置），創建一個籃型結構以覆蓋所有麥克風可能是有利的，雖然體積較大。

大多數人聲麥克風都集成了一個（較小的）籃型網格。它由外部的堅固網格組成，同時也提供機械保護。在內部，它可能有一層薄的泡沫以及額外的網格。圖5顯示了DPA 2028人聲麥克風如何實現這些組件。

圖5：DPA 2028手持人聲麥克風的網格、泡綿和網格保護。

泡綿風罩的效果-風噪音

風罩的目的是減少麥克風產生的噪音，而不是風本身的聲音。

風噪音主要出現在低頻範圍，只要麥克風（或前置放大器）不失真。風罩的形狀也會影響減震效果。如前所述，噪音降低取決於罩子的直徑。因此，在這種情況下，越大越好。

下面的曲線顯示了在自然風場中，一個未受保護的19 mm筆形心型（梯度）麥克風的噪音頻譜，以及一個裝有60 mm風罩的相同麥克風。這兩個麥克風是同時進行測量的。風速在4-7 m/s的範圍內。分析的平均時間為1分鐘。風罩在低頻範圍內將風噪音減少約15-25 dB。

圖6：在自然風（4-7 m/s，不同方向，1分鐘平均）下，4011心型麥克風產生的噪音。上曲線：未受保護的麥克風。下曲線：安裝了UA0896筆型麥克風用泡沫風罩的麥克風，直徑為19。在低頻範圍內，噪音減弱約15-25 dB。（1/3倍頻帶）

風罩的效果-頻譜減弱

如前所述，很難在增加風保護的同時不引入一些頻譜減弱。下面的圖表顯示了風罩對頻率響應的影響。第一張圖是全向麥克風，第二張圖是心型麥克風。風罩與上面展示的相同：UA0896筆型麥克風用泡沫風罩，直徑為19

圖7：應用60 mm泡沫風罩時，與平坦頻率響應的偏差。兩個裝有泡沫罩的麥克風，軸向測量（藍色曲線）和90°測量（紅色曲線）。在6-8 kHz以上有一個下降，最大衰減小於2.5 dB @ 20 kHz。在2-4 kHz左右的微小增益可以忽略不計。（1/3倍頻帶）

泡綿風罩上標誌的影響

在廣播中，常常在風罩上添加標誌。下面是一個表面黏貼標誌的典型風罩。在這種情況下，標誌位於相對的兩側。

圖8：兩側黏貼標誌的風罩。

下面是風罩在聲音入射角度下的衰減效應。當從頂部（麥克風軸向）處理時，這符合泡綿的預期衰減效果。當從側面處理時，衰減效果會受到標誌的影響。不幸的是，在涉及語音清晰度最關鍵的頻率範圍內，衰減增加。

專業技巧！手持式採訪麥克風如果有帶標誌的保護裝置，請勿從側面對其講話。。

圖9：風罩的衰減效果取決於聲音的入射角度。從側面收音可能會對語音的清晰度產生影響，因為在2-4 kHz頻率範圍內會有額外的衰減。

風罩和雨水

有時，風罩也必須保護免受雨水的影響。通常，幾滴雨水不會有太大影響。一些風罩具有較為防水的表面，這是由於泡綿上的納米塗層。這使得大部分的水滴在外表面上流動，而不是滲透到內部。然而，如果泡沫風罩浸濕了，這種效果就不起作用了。麥克風通常無法保證在濕度超過90％的情況下正常工作。然而，在這種情況下，主要問題可能不是濕度，而是開孔泡綿的阻塞。

下面的圖10顯示了一個配備泡綿風罩的全指向麥克風的衰減情況。

藍色曲線（頂部）顯示了風罩在不受水影響時的衰減情況。在20 kHz時，稍微衰減（<1 dB）是無聲的。

紅色曲線顯示了風罩浸濕時的衰減情況。被堵塞的風罩現在形成一個共振腔，大約在3-4 kHz附近（就像"捧著"一個人聲麥克風）。

綠色曲線顯示了當手擠壓風罩並重新放回麥克風時的衰減情況。結果是較少的共振，但在較高頻率（>5 kHz）下更多的衰減。

紫色曲線（底部）顯示了浸濕、擠壓並額外乾燥半個小時後，屏風仍然不像完全乾燥的泡沫屏風一樣的行為。

專業技巧！在大雨中工作時，請務必攜帶額外的乾燥泡沫風罩。

圖10：風罩的頻譜減弱效果 1：乾燥。2：浸濕。3：浸濕後擠壓。4：浸濕、擠壓並乾燥0.5小時。（1/3倍頻帶）

存在著特殊的戶外罩，具有獨特的能力，可以讓雨水流過表面並滴到麥克風元件下方。

圖11：OC5100戶外罩（左）和WJ5100毛皮風罩（右）適用於5100移動5.1環繞麥克風（沉浸式麥克風）。

為了戶外體育賽事收音，常常需要將槍型麥克風放置在足球場或棒球場周圍，靠近跑道等地。不幸的是，如果下雨了，無法在賽事進行時保護麥克風。

下面的圖12顯示了通過使用泡沫、籃型和毛皮風罩等傳統方法對聲音的衰減效果。如果應用了所有的保護措施，當然可以聽到衰減效果，但大體上可以進行補償。許多短槍型麥克風配備了內置的補償濾波器。然而，如果毛皮風罩浸濕，衰減效果就會很顯著（並且無法補償）。

圖12：聲音的衰減（軸向）取決於風罩的狀況：

1（藍色）：帶泡綿的4017短槍型麥克風。

2（紅色）：4017 + Rycote籃型風罩。

3（虛線紅色）：4017 + 泡沫 + 籃型風罩。

4（綠色）：4017 + 泡沫 + 籃型風罩 + 毛皮風罩。

5（紫色）：4017 + 泡沫 + 籃型風罩 + 浸濕的毛皮風罩。請注意聲音的明顯衰減。

6（黑色）：顯示了內置的高頻損失補償。然而，無法補償濕潤毛皮的極高頻衰減。（1/3倍頻帶）

在下雨天，可以將一個塑料袋放在泡沫風罩的頂部。這應該只在雨開始下之前進行，如果泡沫已經濕了，則不應該這樣做。如果泡沫濕了，袋子內部的熱量可能會引起水蒸發，然後在麥克風內部凝結。由於這種“注入”的濕氣（不需要的放電），一些麥克風會生成“喀嚓”聲。更好的解決方案是保留風罩，在雨停止時更換成乾燥的風罩。

防噴濾網

防噴濾網通常是一個圓環（Ø = 150-200 mm），帶有一層或兩層布料（如尼龍絲襪）或薄薄的泡沫圓盤。它主要用於單人的聲音錄製。防爆濾網通常帶有麥克風架的安裝夾具。濾網應該盡可能靠近演講者或歌手的嘴唇，並且盡可能遠離麥克風。這樣，在到達麥克風之前，它可以盡早減少氣流。由於該設備只覆蓋麥克風的一側，它不會引起方向性的改變，並且高頻損失最小。

圖13：防噴濾網的正確放置位置。

鼻錐

鼻錐取代了筆型麥克風上的標準網格，使其在整個音頻頻率範圍內實現完美的全向響應。它抵消了全向麥克風在較高頻率上表現出的定向特性。它還保證了所有入射角度的聲音均勻的音調平衡，但在軸向上具有高頻增益。

鼻錐對於減少風噪音很有效，但僅適用於強烈的單向氣流對準全向麥克風的軸向上。

病毒保護

在Covid大流行期間，使用可更換的覆蓋物（如塑料袋）來防止病毒傳播到麥克風表面是一種常見的做法。這是一種非常好的方法來保持麥克風的清潔，但它確實會影響聲音。聲場會使麥克風的膜移動，聲音從膜的另一側散發出來。然而，低損耗在很大程度上取決於塑料的厚度。

下面的圖14顯示了一個測試的結果，其中三個不同的麥克風分別被覆蓋上不同厚度的塑料袋：分別是6 µm、15 µm、20 µm和120 µm。塑料袋沒有緊緊包裹在麥克風周圍，而只是鬆散地懸掛。塑料袋也是敞開的。Schoeps的實驗[24]表明，如果將塑料層緊緊包裹在麥克風周圍，會影響其方向性。該圖顯示了結果的衰減效果以及對方向性麥克風的影響。這三個麥克風都配備了泡綿風罩，以將塑料與麥克風膠囊隔開。

圖14a：該圖呈現了對帶有DUA0560泡沫風罩和不同塑料袋的4060微型全向麥克風進行測量的結果。結果顯示，衰減隨著塑料袋的厚度增加而增加。即使是最薄的塑料袋也會對聲音產生可聽的負面影響，儘管對大多數用途而言這是可接受的。（1/3倍頻帶）。

圖14b 1和2：與麥克風的標準性能相比的偏差。這是對一個4017槍型麥克風的測量結果，包括軸向和90°的測量。塑料覆蓋越厚，對頻率響應的影響越大。在軸向上會發生高頻衰減。同樣，在這種情況下，它會降低麥克風的方向性（在90°時1-3 kHz範圍的水平增加）。 （1/3倍頻帶）。

圖14c：與麥克風的標準性能相比的偏差。對d:facto™語音麥克風進行了軸向和90°的測量。與圖14b類似，在軸向上有高頻損失，並且在中頻範圍內的頻率上升，減少了方向性。然而，最薄的塑料的效果對於大多數用途而言仍然是可接受的。（1/3倍頻帶）。

專業提示！對於麥克風保護來說，薄而柔軟的塑料袋（放在泡綿風罩上方）非常方便。如果塑料太硬或太厚，在有風的情況下可能會產生噪音。此外，如果塑料太厚，高頻的衰減會變得不可接受。

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