麦克风的近场效应 – 它如何影响不同的声源

当麦克风靠近声源（一个点声源或线声源）时，会产生更多的低频（即低音），这就是所谓的“近讲效应”（Proximity）。本文将带您了解一些关于近讲效应的基本知识，并介绍对这一现象的更高级视角。

作者：Eddy Bøgh Brixen

近讲效应取决于声音源的类型。点声源产生一个球形声场，其中声压级（SPL）随着距离加倍而降低6分贝（dB）。当梯度麦克风靠近点声源（1米），则几乎不存在近讲效应。

图2展示了一个点声源，它本质上是一个无尺寸的脉动球体。一定量的声能被均匀地产生并向所有方向传播。随着距离的增加，声能会因为分布在更大的区域而被稀释。麦克风记录的声压级会随着距离加倍而降低6分贝。

点声源的声压级随着距离加倍而降低6分贝。

线声源的声压级随着距离加倍而降低3分贝。

平面声源的声压级随着距离加倍而保持不变（降低0分贝）。

你可能会认为，如果声源产生的声级永不降低，那么世界应该会非常嘈杂。然而，这种情况只适用于无限大的平面声源——而实际上并不存在这样的声源。因此，任何平面声源在远处都会表现为点声源。下面是一个这一现象的实际例子。

声源是一个工作室监听音箱（Genelec 8341A）。这个音箱具有同轴/对称排列的低频、中频和高频振膜，交叉频率分别为500赫兹（Hz）和3千赫兹（kHz）。

音箱播放的信号是粉红噪声。

测量距离分别为64、32、16、8、4、2和1厘米。

当从64厘米移动到32厘米，或从32厘米移动到16厘米时，所有频率的声压都会增加6分贝。然而，当从8厘米移动到4厘米，或从4厘米移动到2厘米时，低频几乎保持不变，而高频仍然增加。当从2厘米移动到1厘米（从红色曲线到蓝色曲线）时，只有3千赫兹以上的频率增加。这些测量是使用全向麦克风进行的（不受近讲效应的影响）。

图3. 监听音箱（同轴单元）的声级与距离关系图。信号：粉红噪声。测量分别在64、32、16、8、4、2和1厘米的距离上进行。右侧的图表显示了三个单独频率（100赫兹、1千赫兹和10千赫兹）以及一个频带（20赫兹至20千赫兹）的声级与距离的关系。

近讲效应仅存在于压差式麦克风中。其原因是声音会从振膜的前方和后方同时作用于振膜上。（振膜的背面有一个入口。）前方和后方之间的压差（即梯度）导致振膜产生振动。前方到后方的距离范围在1-2厘米之间。在低频（波长长达数米）时，声波在1-2厘米范围内产生的压差很小。而在高频时，这个压差会增大。

除了这种主要的梯度外，当靠近麦克风（≤1米）时，还会出现另一种附加的压差。这与距离有关。如果声源距离振膜前方2厘米，那么到振膜后方的距离就会更远（在此例中假设为4厘米）。此时，到后方的距离是到前方距离的两倍。如果声源是一个点声源，那么从振膜前方到后方的声压会衰减6分贝。这必须被视为一个额外的梯度。然而，它只在低频时产生效果，因为在这个频率范围内，主要的梯度较弱。

综上所述，当麦克风靠近点声源时，会出现低频提升的现象。

在声波中，前方和后方的距离也取决于麦克风的倾斜角度。当麦克风直接指向声源时，这个距离达到最大。当麦克风不处于轴向位置时，前后距离差会减小，近讲效应也会减弱。如果声波到达振膜前方和后方的距离相同，那么就不存在近讲效应。对于心形麦克风来说，这种情况发生在角度恰好为90度时。如果麦克风从近讲效应中性的角度进一步旋转，效应会再次出现。因此，如果麦克风完全偏离轴向（大约180度），近讲效应将再次出现。

基本上，当声音来自点声源或线声源、麦克风是压差式且指向声源时，就会出现近讲效应。当声源是平面声源、麦克风是压力式或麦克风指向侧面时，则不会出现近讲效应。然而，在这些特定条件之间，还存在一些变化。

在音乐乐器方面，等效声源可能难以预测或定义。以下是一些例子。

有时，由于乐器的频率响应特性，近讲效应并不会发挥作用。例如，小号基本上可以被定义为一个点声源。然而，其频谱并不延伸到低频范围。因此，在录制这种乐器时，近讲效应并不是一个挑战。

图4. 小号的近场录音。曲线显示了心形麦克风（4011心形麦克风）和全向麦克风在不同距离下的差异（测量值相互减去）。由于乐器的频率范围限制，在实际频率范围内仅产生了有限程度的近讲效应。为了更易于比较曲线，已经去除了基于距离的声级差异。

三角钢琴（琴弦正上方的空间）被视为一个平面声源，尽管单独的琴弦可能看起来不同。在2、4、8和16厘米的距离上，声级相对恒定。不存在近讲效应（没有强调低频的部分）。

图5. 三角钢琴的近场录音。曲线显示了心形麦克风（4011）和全向麦克风在不同距离下的差异。由于乐器的频率范围，没有产生近讲效应。为了更易于比较曲线，已经去除了基于距离的声级差异。

原声吉他（麦克风置于顶部木板前方中央，桥下方）在近距离时被视为一个平面声源。然而，在这个位置的频谱并不那么理想，因此通常更倾向于选择其他麦克风位置，主要是因为吉他音孔发出的声音在这里很强。

图6. 原声吉他（顶部木板前方，桥正下方）的近场录音。曲线显示了心形麦克风（4011）和全向麦克风在不同距离下的差异。为了更易于比较曲线，已经去除了基于距离的声级差异。

你可能会因为低音鼓鼓皮的显著直径而认为它作为一个平面声源。然而，它的表现更接近于点声源。在任何距离上，鼓皮都不是一个纯粹的平面声源——因此存在近讲效应。因此，在选择麦克风时需要谨慎。麦克风不应过于依赖梯度分量。

图7. 低音鼓的近场录音。曲线显示了心形麦克风（4011）和全向麦克风在不同距离下的差异。曲线表明，共鸣鼓皮的表现更像点声源而非平面声源。为了更易于比较曲线，已经去除了基于距离的声级差异。

新开发的DPA 4055低音鼓麦克风是一款具有“开放式心形”特性的梯度麦克风。它的特性介于“宽心形”和“心形”之间。这意味着它表现出的近讲效应比心形麦克风要小。然而，即使在较远的距离上，它也能呈现出完整的低频响应。因此，工程师可以自由地将麦克风放置在合适的距离上，而无需担心振动的鼓皮会碰到麦克风。

4055的典型极坐标图。

此外，这款麦克风还设计用于管理鼓周围和内部的过高声级。它并不一定需要直接指向共鸣鼓皮、共鸣鼓皮孔或靠近击打鼓皮的锤击区域。它提供了在鼓的外部和内部进行放置实验以根据需求捕捉合适冲击声的绝佳机会。

每种乐器都同时使用多个麦克风进行录音。随后，使用Smaart Live软件对信号进行分析，采用频谱分析方式，选择1/3倍频程带宽，平均时间超过1分钟。

对于每个录音距离（在数据可用的范围内，包括64、32、16、8、4、2和1厘米），都将数据（频谱）转移到一个电子表格中。

接下来，对于每个距离，从心形麦克风的数据中减去全向麦克风的数据。因此，所得曲线显示了两种麦克风之间的差异。如果没有差异，曲线将接近一条水平的直线。（然而，已经对灵敏度差异进行了补偿。）如果存在近讲效应，低频部分会出现上升。