什么是近讲效应：

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）。本文将带您深度了解一些关于近讲效应的基本知识。

近讲效应对于大多数音响工程师来说是众所周知的。当麦克风靠近歌手的嘴部时，歌声会显得更加低沉饱满；而当麦克风远离时，声音则会变得单薄。

何时会出现近讲效应：

近讲效应取决于声音源的类型。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。

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），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）。

近讲效应仅存在于压差式麦克风中，例如宽心型、心型、超心型、强心型、8字型等，以及介于这些类型之间的所有方向性模式。因此，麦克风的方向性模式越接近8字型，其产生的近讲效应就越强。此外，近讲效应在麦克风轴线上最为明显。如果转动麦克风，近讲效应就会减弱。而压力型麦克风（全指向麦克风）不会表现出近讲效应。这是因为声波只能通过振膜前方进入。压力型麦克风的结构本质上是一个振膜安装在封闭腔体的前方。

本着由浅入深的原则，我们先利用浅显的原理解释和比喻的方式说明下为何会有近讲效应，然后再从声学原理角度详细展开！

以心形指向性麦克风为例：

在振膜后方的密封壳体上打一些孔，之后加一些诸如毛毡或隔音棉等声阻尼，以此来创建一个声相移网络。它就像一个能延迟通过它的信号的RLC电路。这些后端口的孔能使声音进入到振膜的后面。同时这些后端口会使到达振膜后面的声音延迟。假设声波从后方靠近麦克风，它会从两条路径抵达振膜：从麦克风的前端口和麦克风的内部（声音从后端口进入）。一些声波从麦克风的外部到达振膜前面，一些声波也会进入后端口经过延时网络并到达振膜背部，这些声波将会被延迟。精心设计的延迟材料使得声波经过这两个路径到达振膜两面的时间是一相同的，其中时间我们称之为T。作用在振膜两面的声压大小几乎相等但方向相反。振膜就无法移动，所以后方的声音就被抵消掉了，就成为了一个心型指向。

正面声波在T时间内到达后面端口。在麦克风内部，相移网络在T时间内进一步延迟了声波。那么总的延迟就变成了2T。因为在振膜的前后面的信号有比较大的延迟和相移从而产生压差，所以麦克风前方的声音会产生比较强的信号。

通过改变后端口的延迟，可以得到几乎任何双指向和心型指向之间的模式。

想象你站在一个缓慢扇动的大蒲扇（代表低频声波）和一个快速扇动的小扇子（代表高频声波）前面。

远距离（远场）：无论大蒲扇还是小扇子，你主要感觉到一股相对稳定、方向明确的风（声压）。大扇子的风强些，但感觉是均匀的吹。

非常靠近（近场）：大蒲扇（低频) 当扇子几乎贴着你脸扇动时，你会强烈感觉到风一阵阵拍在你脸上，然后又吸走。你的脸（振膜前）感受到强风时，你后脑勺（振膜后）几乎感觉不到风（因为扇子离脸近，风还没来得及绕过去），或者感受到的是不同步的气流。这种前后强烈的压力差让你感觉风特别有劲，忽强忽弱的感觉非常明显（低频提升）。

小扇子（高频）：即使贴得很近，因为它扇动太快，风的变化太快、太细碎。你的脸和后面几乎同时感受到快速交替的微风，虽然也比较明显，但前后风的差异（压力差）相对没那么悬殊（因为高频波长短，压力梯度本身在近场也大，但相比低频提升的比例没那么夸张）。      

以上是针对近讲效应原理的浅谈，下面从三种类型麦克风声学原理出发详细展开！

全向麦克风（压强式）：

全向麦克风内部密封，声波全部从麦克风振膜的正前方进入。所以麦克风实际就是一个压力计，只与声压的大小有关，而与声音方向无关，属于全指向性传声器。当声波入射时，振膜在腔外的一面受到声压的作用，设振膜面积为S，在振膜上就产生一合力F=pS。在此力作用下，振膜产生运动，将机械振动转换成交流电压输出。          
                              

设定声波的人射方向与传声器振膜的法线方向成一交角θ，Pa=A/r为入射波声压振幅；振膜处合力可以表示为：          

这里 S=为振膜面积，k为波数，公式为k=2π/λ或者k=2πf/v。由此可见，传声器受到的合力与声波的入射方向有关，即传声器具有指向特性。公式中表示指向特性的方括号因子与活塞辐射指向特性D的表达式一致，                         

当ka=2Πa/λ<1时。振幅处合力公式可以近似取值为：

这时传声器成为无指向性的了，因此利用压强原理做成的传声器一般常称无指向性传声器其实，这指的仅是对频率较低或振膜线度较小的情况。例如，有一压强式传声器，其振膜半径a=0.02m，它满足无指向性的条件为ka<1，与此对应的频率为f<C0/2Πa=2700Hz 。 这就是说对于这样尺寸的传声器，在频率低于2700Hz时可以近似是无指向性的，而当高于此频率时传声器将开始呈现指向性。

压差式麦克风：

利用对声场中相邻两点的压强差发生响应的原理做成的接收器称为压差式传声器。这一类传声器通常有两个人声口，它的振膜两面都在声场中，其结构原理如下图所示。设振膜前后相隔的等效距离为Δ，将其置于声场中，声波传到振膜两面的距离不相同，因而振膜两面存在压差。假设振膜半径a较小，满足ka<1条件，那么在振膜表面上作用的声压近似认为均匀。设振膜前后的声压分别为p1与p2，振膜面积为S，于是作用在振膜上的合力为F≈(p1-p2)S。振膜在此力作用下产生振动，振动位移大小与振膜两面的压差有关，这就是压差传声器的作用原理。          

为了普遍起见，我们假设声波的入射方向与振膜成一交角θ。设声波沿r方向传播，声压为p作用在振膜上的合力可表示为：，将带入，可得：
                             

力的振幅可以表示为：          
            

其中|p_a|=|A|/r为人射波的声压振幅，振幅公式可以看到，利用压差原理做成的传声器，即使满足 ka<1的条件也存在指向特性，并且它与声偶极子的辐射指向性一样呈∞字形。声波垂直入射 0=0°/180°振膜受到的作用力最大，在0=90°/270°时作用力为零。下面我们再分近远声场两种情形进行分析。          
(1)设传声器置于点源的较近处,满足kr＜<1的条件,于是力振幅Fa可取近似为：          
                               

这里|p_a|_N =|A|/r_N为近声场的声压振幅，r_N表示近场的距离。从此可以看到，如果保持声压振幅|p_a|_N不变，那么越靠近声源,振膜受到的力愈大。

2）设传声器置于点源的较远处,满足kr>＞1的条件，力振幅Fa可取近似为：          
   

这里|p_a|_F =|A|/r_F为远声场的声压振幅，r_F表示远场的距离。从此可以看到，如果保持声压振幅|p_a|_F不变，那么振膜受到的作用力与距离无关而与频率成正比。          

综合以上分析可以归纳两点：          
1）利用压差原理做成的传声器不论放在近场还是在远场,都具有∞字形指向特性。         
2）我们将远场声压振幅和近场声压振幅相除可得到：                                                                                       

其中w=2Πf，此式表明，假设作用在传声器上的声压振幅保持不变，即|p_a|_N=|p_a|_F。那么传声器振膜在近场受到的力要比远场大C₀/wr_N倍，即频率愈低或者靠声源愈近，近场比远场受的力愈大，例如f=1000 Hz，r=0.01m，则|F_a|_N=5.4|F_a|_{F，这时传声器的近场接收灵敏度要比远场大5.4倍。如果频率再低一半或者离声源距离再靠近一半，那么近场灵敏度还可比远场提高一倍。}

这两个特点是压强式传声器所没有的，由于这两个特点，压差式传声器就可以用来在强噪声环境下进行通话。因为传声器具有∞字形指向特性，如果把传声器振膜对着通话者的嘴的正前方，那么通话者发出的声音与传声器振膜的法线方向成0°角，传声器灵敏度最大。而一般环境噪声来源于各个无规方向，灵敏度相对减弱，这样就可以提高通话的信噪比。          

再则由于低频时传声器的近场灵敏度比远场高，而不少的强噪声环境常常是低频噪声成分占多，这时如果把传声器振膜紧靠通话者的嘴，那么由于通话者的声音来自近场，而环境噪声来自远场，通话声音的低频灵敏度就比环境噪声高，这样也相对地抑制了噪声灵敏度，而提高了传声器的抗噪声能力，压差式传声器的这一种抗噪声效果常称为“近讲效应”。  

压差原理也常用来设计舞台上使用的传声器，当男低音歌唱家在演唱时，如果靠近这种传声器，就会使他的歌声的低沉音更加丰满。最后要指出，压差式传声器的灵敏度通常要比压强式传声器低很多，我们可以求得这两种传声器远场作用力的比值为β=kΔcosθ，例如当0=0°，f=1000Hz，Δ=2X10^-2时，计算可得β=0.37，20lg(β)=-8.6 dB。   

压强与压差复合型麦克风：   

利用对声场中压强与压差都发生响应的原理做成的接收器称为压强与压差复合式传声器。下左图是这种传声器的一种典型结构的示意图。在一个腔体V的前面装上振膜，腔的背壁开有一孔与外部空间相通，作为第二人声口，在孔中置有声阻材料。设振膜的面积为S，类比声阻抗为Z_AD，腔体的体积为V，其声容为Ca，声阻材料的声阻为 R_a(声阻材料的声质量忽略)，振膜的体积速度为U_D，流经声阻的空气体积速度为 U_a，p₁为振膜前面的入射声压，p₂为第二人声口的声压，P_D为作用在振膜上的净压差。按照电力声类比方法，可画出如下右图所示的阻抗型类比声学线路图。            

假设声波来自点源，可以求得净声压P_D（此处省略中间推算过程）。          
               

设          

考虑到作用在振膜上的净力为F=p_DS，其振幅则为：                                                         
如果适当选择传声器声学元件的参数，使B取不同的值可使传声器获得不同的指向特性，例如：          
                   
对于第一种情形 B=0，指向性呈圆形，这相当于压强原理。第三种 B》1，指向性呈∞字形，即相当于压差原理。第二种 B=1,指向性呈心形，如下图所示。图中径向坐标表示1/2（1+cosθ）。心形指向性图表现了压强与压差原理的复合贡献。从图可知，这种传声器几乎只对从正前方半球范围内的人射声发生响应，因而这种心形指向性传声器也称单向传声器。          
                      

心形指向性也可由一只压强传声器与一只压差传声器复合使用达到。例如，有一只压强传声器，其输出电压可表示成E₁=H₁p，这里H₁为反映该传声器灵敏度的一个常数。一只压差传声器其输出电压可表示成E₂=H₂pcosθ，这里H₂为反映该传声器灵敏度的一个常数，现将这两只传声器放在十分靠近的位置上，并将其电压输出端串联相接，这样它们的总输出电压等于E=E₁+E₂=H₁p(1+H₁/H₂cosθ)。          

如果设计的前级放大电路使H₁=H₂,则E=H₁p(1+cosθ)，那么呈心形指向性，心形指向性传声器非常适宜于舞台演出等场合使用，因为它可以接收来自台上演员的声音，而排除其他的无关噪声。同样压强与压差和复合传声器也具有“近讲效应”。        

内容来源：小橘子电声

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