解釋麥克風中的鄰近效應 - 它如何影響不同的聲源

文章來源 ：DPA

接近效應是指當麥克風靠近聲源（點源或線源）時，麥克風會產生更多低音。本文將介紹一些接近效應的基本知識，並介紹一個更進階的觀點來解釋這種現象。

接近效應對大多數音響工程師來說是很熟悉的。當麥克風靠近喉嚨時，歌手的聲音會有更多低音。當麥克風遠離喉嚨時，聲音變得較為清晰。

接近效應只存在於梯度型麥克風中，包括寬心型、開放心型、心型、超心型、超心型、八字型等等。因此，定向圖案越接近八字型，接近效應就越明顯。此外，接近效應在主軸線上最為強烈。如果你轉動麥克風，接近效應就會減弱。

下圖（圖1）顯示了兩種不同定向圖案的麥克風的接近效應計算：八字型和心型，兩個麥克風都在點聲源前方的主軸線上。

圖1。圖表顯示了兩個梯度麥克風（八字型和心型）的接近效應。比較兩個麥克風在100 Hz的低音增強效果。八字型（雙向）麥克風的接近效應要比心型麥克風更高。

請注意，由於設計的原因，接近效應有時會在麥克風靠近聲源時（例如語音麥克風）提供平坦的頻率響應，或者在麥克風與聲源相距超過1米時（例如遠距錄音等情況）提供平坦的頻率響應。因此，在評估梯度麥克風的這些信息時（例如在技術規格表中），應該明確指出頻率響應中性/平坦的距離。

請注意，壓力麥克風（全向麥克風）不會展現接近效應。這是因為聲音只能進入麥克風的前方膜片。壓力麥克風基本上是一個位於封閉腔體前面的膜片。

聲源

接近效應取決於聲源。點聲源產生的聲場是球形的，其聲壓級隨著距離的增加每倍距離下降6 dB。靠近點源（<1米）的梯度麥克風會展現接近效應。然而，如果聲音源是平面源（無窮大平面）或某個距離處的點源（>1米），實際上幾乎沒有接近效應存在。

圖2。點源本質上是一個無大小的脈動球體。一定量的聲能從點源產生，均勻地向所有方向散播。距離越遠，聲音越稀釋，因為聲能在更大的區域內分佈。每倍距離，麥克風記錄的聲壓級下降6 dB。

點源的聲壓級每倍距離下降6 dB。

線源的聲壓級每倍距離下降3 dB。

平面源的聲壓級每倍距離下降0 dB。

你可能會認為世界應該非常嘈雜，因為聲源的聲音水平從未下降。然而，這只有在平面源具有無限大小時才成立，而實際上它們並非如此。因此，任何平面源在一定距離上都會表現為點源。下面是這種現象的一個實際例子。

聲音源是一個工作室監聽音箱（Genelec 8341A）。該音箱具有分別用於低頻、中頻和高頻的同軸/對稱排列膜片。分頻頻率為500 Hz和3 kHz。

音箱重現的信號是粉紅噪音。

測量距離分別為64、32、16、8、4、2和1厘米。

從64厘米到32厘米或從32厘米到16厘米，所有頻率的聲壓都增加了6 dB。然而，當從8厘米到4厘米或從4厘米到2厘米時，低頻幾乎保持不變，而高頻仍然增加。從2厘米到1厘米（從紅色曲線到藍色曲線）時，只有3 kHz以上的頻率增加。測量使用全向麥克風進行（不受接近效應的影響）。

圖3。從監聽音箱（同軸單元）的距離與聲壓級之間的關係。信號：粉紅噪音。分別在64、32、16、8、4、2和1厘米處進行測量。右側的圖表顯示了三個單獨頻率（100 Hz、1 kHz和10 kHz）和一個頻率帶（20 Hz - 20 kHz）的距離與聲壓級之間的關係。

為什麼會有接近效應？

因此，接近效應僅存在於梯度麥克風中。其解釋是聲音同時從麥克風的前面和後面撞擊到膜片上（膜片的背面有一個進氣口）。前面和後面之間的壓力差（梯度）導致膜片的運動。前面到後面的距離在1-2厘米的範圍內。在低頻（展現出幾米長波長的情況下），聲波在1-2厘米的距離內的壓力差是很小的。在較高頻率下，這種差異增加（請參閱麥克風技術 - 基本知識，圖4和5）。

除了這個主要的梯度外，當您靠近麥克風（≤1米）時，還會增加另一個壓力差。這與距離有關。如果聲源距離膜片前面2厘米，那麼到後面的距離會更遠（在本例中假設為4厘米）。從前面到後面的距離是前面距離的兩倍。如果聲源是點源，則聲壓級從膜片前面到後面會降低6 dB。這必須被視為一個額外的梯度。然而，它僅在低頻時起作用，因為在此範圍內主要梯度較弱。

總之，當麥克風靠近點源時，會出現低音提升。

軸向聲源與非軸向聲源

在聲波中，前面和後面之間的距離還取決於麥克風的角度。當麥克風直接指向聲源時，距離達到最大值。當非軸向時，距離差減小，接近效應減弱。如果聲波前後的距離相同，則不存在接近效應。對於心型麥克風，當角度正好為90度時，這種情況發生。如果麥克風從接近中性的角度進一步旋轉，效應再次顯現。因此，如果麥克風完全非軸向（約180度），接近效應將再次出現。

何時會出現接近效應？

基本上，當聲源是點源或線源，麥克風是梯度型，並且指向聲源時，才會出現接近效應。當聲源是平面源，麥克風是壓力型，或者麥克風指向側面時，不會出現接近效應。然而，在這些特定條件之間，仍然存在變化。

對於音樂樂器來說，等效聲源可能很難預測或定義。以下是一些例子。

小號

有時候，由於樂器的頻率響應，接近效應並不起作用。例如，小號基本上被定義為點源。然而，頻譜不延伸到低音範圍。因此，在錄製這個樂器時，接近效應並不是一個問題。

圖4。小號的近場錄音。曲線顯示了心型麥克風（4011）和全向麥克風在不同距離下（測量結果相互相減）之間的差異。樂器的頻率範圍只會在實際頻率範圍內產生有限的接近效應。基於距離的聲壓差異已被排除（以便更容易比較曲線）。

大鋼琴

大鋼琴（即琴弦上方的空間）被認為是一個平面源，即使各個琴弦可能被視為其他東西。在2、4、8和16厘米處，聲壓級相對穩定。沒有接近效應（沒有強調低頻）。

圖5。大鋼琴的近場錄音。曲線顯示了心型麥克風（4011）和全向麥克風在不同距離下的差異。樂器的頻率範圍不會產生接近效應。基於距離的聲壓差異已被排除（以便更容易比較曲線）。

原聲吉他

原聲吉他（麥克風位於橋樑下方的頂部木聲板正中心）在小距離下是一個平面源。然而，在這個位置上頻譜並不那麼吸引人，因此通常更喜歡使用其他麥克風位置，主要是因為音體孔的聲音在這裡較強。

圖6。原聲吉他的近場錄音（在頂部木質音板的正前方，就在橋樑下方）。曲線顯示了心型麥克風（4011）和全向麥克風在不同距離下的差異。已排除基於距離的聲壓差異（以便更容易比較曲線）。

大鼓

由於大鼓的鼓面直徑相當大，你可能會期望它的鼓面作為平面源。然而，它的行為更接近點源。鼓面在任何距離上都不是純粹的平面源 - 因此存在接近效應。因此，在選擇麥克風時需要小心，它不應過於依賴梯度成分。

圖7。大鼓的近場錄音。曲線顯示了心型麥克風（4011）和全向麥克風在不同距離下的差異。曲線顯示共鳴器鼓面的行為更像是點源而不是平面源。已排除基於距離的聲壓差異（以便更容易比較曲線）。

新開發的DPA 4055大鼓麥克風是一款梯度型麥克風，具有“開放心型”特性。它位於“寬心型”和“心型”之間。這意味著它展示的接近效應比心型麥克風更小。然而，它展現了完整的低頻響應，即使在距離上也是如此。因此，它給予工程師在方便的距離上放置麥克風的自由，而不會使振動的鼓面觸碰到麥克風。

此外，它設計用於處理鼓周圍和內部的過高聲壓。該麥克風不一定需要直接指向共鳴器鼓面、共鳴器鼓面孔或靠近敲擊面的敲擊區域。它提供了在鼓的內外進行放置實驗的絕佳機會，以根據情況選擇具有正確衝擊的聲音。

EBB 2022-04-13 / 2022-05-05

修訂

如何進行測量？

每個樂器都同時使用多個麥克風進行錄製。之後，使用Smaart Live、頻譜、1/3倍頻帶、平均時間>1分鐘來分析信號。

數據（頻譜）被轉移到電子表格中，每個錄音距離（64、32、16、8、4、2和1厘米，視數據可用性而定）都有相應的數據。

現在，將全向麥克風錄音的數據減去心型麥克風的數據，這樣得到的曲線顯示了兩種麥克風之間的差異。如果沒有差異，曲線將接近一條水平直線。（但已對靈敏度差異進行了補償）。如果存在接近效應，低頻音頻將上升。