扩声系统工程测量 - 传声器指向性因数_百科知识_深圳市宇涵智能系统工程有限公司

传声器指向性因数 directivity factor of microphone 在规定频率或频带内，在传声器参考轴方向入射平面声波的作用下，自由场灵敏度的平方与相同频率或频带内传声器扩散场灵敏度的平方之比。

什么是传声器指向性因数

传声器指向性因数（Directivity Factor of Microphone）有明确的定义：在规定频率或频带内，在传声器参考轴方向入射平面声波的作用下，其自由场灵敏度的平方与相同频率或频带内传声器扩散场灵敏度的平方之比。这个概念量化了传声器对主轴方向声音的“偏爱”程度相对于其在所有方向上平均响应（扩散场响应）的倍数关系。

指向性因数的数学表达与衍生指标

若用公式表示，指向性因数 γM 可以写为：

γM = T²Ed / T²Er

其中，TEd 是传声器在参考轴（0°）方向上的自由场灵敏度，TEr 则是其扩散场灵敏度。

在实践中，更常使用的是其对数形式的表达——指向性指数（Directivity Index, DI），单位为分贝（dB）。指向性指数 M 的计算公式为：

M = 10 log γM

指向性指数直观地反映了传声器主轴方向拾音能力相较于其平均拾音能力的增益。例如，一个理想的无指向性传声器，其指向性因数 γM=1，指向性指数则为 0 dB。而一个理想的心形指向传声器，其 γM=3，DI 约为 4.8 dB；一个理想的超指向传声器，其 γM 可达 5 或更高，DI 则为 7 dB 或更高。

指向性因数与传声器类型的关系

传声器的指向性因数与其物理结构和指向性模式密切相关。常见的传声器指向性类型包括：

全指向性（Omnidirectional）：对来自各个方向的声波呈现出基本相同的灵敏度。其理想指向性因数为1（DI = 0dB）。
双指向性（Bidirectional/Figure-8）：对正面和背面入射的声波灵敏度最高，对侧面入射的声波灵敏度很低。其理想指向性因数为3（DI ≈ 4.8dB）。
单指向性（Unidirectional）：对正面入射的声波灵敏度最高。根据具体指向性图案的不同，又可细分为：
- 心形（Cardioid）：理想指向性因数 γM=3（DI ≈ 4.8dB）。
- 超心形（Supercardioid）：比心形更尖锐的指向性，其指向性因数 typically 大于心形（例如 γM=3.7, DI ≈ 5.7dB），但后瓣也比心形大。
- 强指向性（Hypercardioid/Shotgun）：采用声干涉管原理，具有极窄的拾音角度，指向性因数最高（理想情况下 γM 可达 5 以上，DI > 7dB），能最有效地聚焦远距离声源并抑制周围噪声。

传声器的指向性源于其换能原理（如压强式、压差式或复合式）以及物理结构（如干涉管的使用）。压差传声器利用振膜前后声压差工作，形成了方向性；而超指向传声器则通过声波在干涉管中的干涉效应，进一步强化了主轴方向的响应并抑制了离轴声音。

指向性因数的实际应用价值

指向性因数（及指向性指数）并非一个孤立的学术参数，它在实际音视频制作与扩声场景中具有极其重要的指导意义：

提升信噪比与语音清晰度：在新闻采访、现场转播和舞台演出中，高指向性因数（高DI值）的传声器（如超指向枪式麦克风）能有效突出主讲人的声音，抑制四周的环境噪声、观众欢呼声或音乐伴奏声，从而获得更高的信噪比和更清晰的音频信号。
增加拾音距离：指向性因数越高，意味着传声器能更有效地“捕捉”和“聚焦”远处的声源。有资料类比指出，理想超指向传声器（γM=10）的拾音能力，相当于将声源拉近了十倍的距离。
抑制声反馈与提高传声增益：在会议系统、现场扩声等场合，使用单指向性传声器（心形、超心形）可以减少对音箱辐射声的拾取，从而抑制声反馈（啸叫），允许系统在更高的增益下工作而不自激。
创造特定艺术效果：在录音艺术中，不同指向性因数的传声器被用于创造不同的空间感和定位感。例如，双指向性传声器可用于面对面采访，或录制具有“前后”空间感的声像。
声学测量：在专业声学测量领域，不同类型的传声器（如自由场响应、压力场响应、扩散场响应）及其指向性特性，是准确测量声压、声功率等参数的基础。

重要注意事项

虽然高指向性因数带来诸多好处，但在选择和使用时也需注意：

频率相关性：传声器的指向性特性（包括指向性因数）会随频率变化。通常，低频时指向性会减弱（更接近无指向性），高频时指向性才会变得明显。因此，标称的指向性因数通常针对特定频率（如1 kHz）或是一个频带内的综合表征。
近讲效应：许多压差式（从而具有指向性）的传声器存在近讲效应，即近距离使用时低频灵敏度会显著提升。这可能会增加低频噪声，降低语言清晰度。许多专业超指向传声器会设计低频衰减开关来抑制此效应。
环境要求：超指向传声器虽然抗噪声能力强，但其精确的指向特性在混响严重的环境中可能会打折扣，因为过多的反射声会从各个方向进入传声器。
操作技巧：使用高指向性传声器时，必须准确对准目标声源，否则信号会急剧衰减。这在移动拍摄或采访中需要格外注意。

总结

传声器指向性因数是一个基础而强大的电声技术概念，它将传声器的空间拾音特性浓缩为一个可量化的指标。从全指向性的包容，到心形的聚焦，再到超指向性的“千里耳”般的锐利，不同的指向性因数满足了从录音棚、会议现场、新闻前线到大型舞台等不同应用场景的苛刻需求。理解并善用指向性因数，对于音频工程师、录音师和内容创作者而言，是确保获得清晰、纯净、专业音质的关键一步，它真正体现了声音拾取艺术中的“方向重于距离，精准胜过蛮力”。

扩声系统工程测量 - 传声器指向性因数

什么是传声器指向性因数

指向性因数的数学表达与衍生指标

指向性因数与传声器类型的关系

指向性因数的实际应用价值

重要注意事项

总结

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