麦克风基础

我的一位朋友正在为一个开源项目制作系列 HOWTO 视频，他发现需要比笔记本电脑内置麦克风更好的拾音设备。在搜索过程中，他面对的是令人眼花缭乱的各种外设，它们主要面向潜在的播客主、网红和内容创作者，其中许多似乎是你在阿里巴巴上能找到的非常廉价的通用产品的精美包装版。

如果一位经验丰富的电子工程师在购买麦克风时都感到困惑，那么不那么了解情况的公众又有什么机会呢！是时候阐明这个问题了，并且在本系列中首次从音频世界的回放部分转向录音部分。让我们来探讨一下麦克风。

背景、历史与原理

麦克风简单来说是一种将声音产生的空气压力变化转换为可被记录的电脉冲的装置。它们总是伴随着某种信号调理前置放大器，但在此我们考虑的是物理麦克风本身。实际使用的麦克风有多种不同类型，在简要了解麦克风历史并讨论什么是好麦克风之后，我们将详细探讨其中的几种。

这个麦克风来自 1916 年，但你可能会惊讶地发现，你最近使用的电话中可能就有碳粒麦克风。

19 世纪末期麦克风的发展与电话而非留声机密切相关，因为当时的录音设备是纯机械的，没有电气部件。最早用于电话的实用麦克风是碳粒麦克风，它是一个装有碳粒的容器，通过机械方式连接到金属振膜，形成一个由声波调制的粗糙可变电阻器。它们特别适合电话线路的直流电流，尽管它们噪声太大无法用于高质量音频，但直到近几十年仍持续用于电话。我们今天使用的麦克风的祖先，随着电子放大和录音技术的发展，在 20 世纪早期出现。

一个心形指向麦克风的极性模式图。Nicoguaro，CC BY 4.0。

麦克风的工作是接收周围的声音并将其转换为电信号，这总是从某种形式的轻质振膜开始，该振膜响应周围的空气而振动。其理念是振膜的质量尽可能低，使其物理特性对其捕获的音频质量影响最小。这个振膜将被它所需的任何支撑结构以及磁铁等其他组件所包围，并且包围它的结构将被设计用于最小化振动并塑造其敏感度覆盖的极性模式。

根据应用的不同，有多种不同指向模式的麦克风设计，从录制房间时的全指向型，到某些录音室环境中使用的双向八字形指向，再到用于人声和语音的、具有心形指向（肾形模式）的心形指向麦克风，以及电影制作人使用的极端指向性麦克风。其中，心形指向模式最有可能被我那位为视频录制画外音的朋友这样的日常用户所使用。

对麦克风的历史和原理有了一些了解后，是时候看看一些真实的麦克风了。我们不打算涵盖每一种麦克风类型，而是介绍三种最常见的，以代表你可能会以可承受价格找到的类型。它们是动圈麦克风、电容麦克风及其近亲——驻极体麦克风。

动圈麦克风

一个动圈麦克风音头。

动圈麦克风将一个线圈悬挂在磁场中的振膜上。振膜带动线圈运动，从而产生音频电压。振膜通常是聚酯薄膜等聚合物，并且通常通过其边缘的折叠部分悬挂，类似于你可能在扬声器纸盆边缘看到的结构。输出阻抗取决于线圈的绕制，但通常在几百欧姆的范围内。它们的输出电平较低，在毫伏级别，因此通常需要连接到某种前置放大器，该放大器可能内置在调音台或类似设备中。图中所示的麦克风音头来自与声卡捆绑销售的廉价塑料外壳麦克风。你可以看到透明的塑料振膜以及线圈。磁铁是中央闪亮的金属物体。

电容麦克风

一个电容麦克风音头的振膜。ElooKoN，CC BY-SA 4.0

电容麦克风，顾名思义，是一种电容器，其中一个极板由振膜构成。该振膜通常是一层极薄的聚合物，单面镀有金属。

声音振动改变器件的电容，通过在麦克风两端保持恒定电荷，可以将这种变化提取为电压。这通常通过几百伏的直流电压来实现。由于电荷保持恒定而电容随声音变化，麦克风上的电压将以音频频率变化。电容麦克风具有高阻抗，因此总是伴随着前置放大器和电源电路。

驻极体麦克风

无处不在的廉价驻极体麦克风胶囊。Omegatron，CC BY-SA 2.0。

驻极体麦克风是电容麦克风的一个特殊类别，其电荷来自驻极体材料——一种保持永久电荷的材料。因此，它们不需要高压电源来提供直流偏置，并且通常在音头内内置一个 FET 前置放大器，需要一个低电压电源（如小电池）。其吸引力在于驻极体音头的价格可以非常低廉，而且廉价的驻极体音头的质量相对于其价格来说出奇地高。

这些都很好，但我该买哪一个？

是的，即使对麦克风有所了解，浏览选项时你仍然会感到同样困惑。那么，除了预算之外，你需要问自己的问题是：我想用它来做什么，以及我想把它插到什么地方？让我们谈谈实际的问题。

选择舒尔 SM58（或者一个稍逊色的仿制品）基本不会错。Christopher Sessums CC BY-SA 2.0。

麦克风有各种不同的物理外形，通常在市场的廉价端，是一种模仿著名昂贵型号的造型设计。通常面向内容创作者的麦克风配有内置的桌面支架，但你可能更喜欢自己支架的灵活性。还有各种防喷罩和其他配件，其中一些似乎更多是为了展示而非实用。

你需要问自己想要什么样的指向模式，如果你的用途是录制语音，答案就是心形指向——它的定向模式能抑制背景噪音，并聚焦于你嘴巴发出的声音。你可能还需要考虑耐用性；你会带着这个麦克风外出吗？如果它会经历严酷的使用环境，舞台麦克风可能是更好的选择；而如果它很少离开你的电脑，桌面麦克风可能更合适。

在我写这篇文章的面前，就是我的麦克风。我带着它外出，所以需要一个耐用的设备，而且我喜欢传统手持麦克风的外观。毫无疑问，标准的舞台人声动圈麦克风是舒尔 SM58，这是一个耐用且高性能的设备，经受住了时间的考验。售价 100 英镑，超出了我的预算，所以我有一个来自另一家知名专业音频制造商的更便宜的麦克风，这显然是他们对同一设计理念的诠释。它插在一个高品质的音乐家 USB 麦克风接口上，这是一个集 USB 声卡和混音器于一体的设备。它很好地为我服务，如果你收听过有我在场的 Hackaday 播客，你就听过它的效果。

如果你不打算投资音频接口，你将会寻找一个带有内置放大器和 ADC 的设备，很可能是可以直接插入 USB 的东西。这类产品数不胜数，质量也参差不齐。对于语音录制，心形指向模式是合理的，并且需要具有低自身噪声的放大器。如果放大器拾取到 USB 总线噪声，那就换一个。

因此，在这篇文章中，我希望我已经回答了前面提到的我朋友的问题，以及读者您的问题。这不是装备高端录音室的入门指南，但如果你正在做这件事，很可能你已经对麦克风有很多了解了。