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麥克風實現了順風耳的夢想－洋洋得意報NO.39
洋洋實業團隊 撰 2009/4/20
傳說中，媽祖身邊的千里眼與順風耳，正代表了人類欲突破視、聽限制的夢想。在科技中，人類利用空氣是無法達到打破聲音遠距傳達與長時儲存的要求，唯有藉由「電」的轉換達成聲訊傳播與儲存的目的。「麥克風」（Microphone）是將「物理聲訊」轉換為「電子音訊」的主要設備，常用於廣播、電視、電影…等播音、錄音與收音的作業中。「麥克風」英文是（Microphone），它根據讀音，音譯過來的；麥克風也稱之為「微音器」或「話筒」，它是拾音（Picking Sound）最主要的工具，麥克風是一種廣播設備，它和喇叭都很相似是一種轉換能量形式的音響設備。喇叭是把電能變為聲能，麥克風是把聲能轉變為電能，麥克風在錄音與混音作業流程中佔有非常重要的角色。
聲音是一個奇妙的東西，看不到、摸不著，我們聽到的各種不同聲音，都是由我們周圍空氣的微小音壓差產生的。麥克風的基本原理就是利用空氣中微小的音壓差來工作，它可利用有一個「振膜」（Diagram）經過聲音的震動以後，將這種震動轉變成電子訊號，然後經過擴大器放大在送到喇叭就變成原來的聲音。它可將「聲功率」轉換成「電功率」，即聲波轉換成電波，最終轉換回聲波通過揚聲器。聲音是由空氣之「聲壓」（Sound Pressure，或稱之為聲音的能量acoustic energy）轉換成為「電壓」(electrical voltages)，並以電壓訊號呈現，也可以說是一種「電壓產生器」（Voltage Generator），產生的電壓訊號以作為「成音系統」（Audio System）中傳輸、放大、修整…等的格式與標準。麥克風在學術上的定義是一種「拾音裝置」（Picking Devices）；它也叫做「變換器」（Transducer），如揚聲器、發電機、光敏器…等皆是變換器的一種。
麥克風的發明，可以追溯到十九世紀末，幾位科學家致力於尋找更好的拾取聲音的辦法，以用於改進當時的最新發明—電話。1877年3月4日，埃米爾‧柏林內爾發明了碳粉式的麥克風，大幅改善了電話的通訊品質。這些基於碳粉式的麥克風在當時被證明很管用，但很快人們發現碳粉式麥克風雜訊太大，根本不能用於音樂錄音，於是對它進行了改進。現代的麥克風與最初的麥克風需要完成的事情都並無二致，只不過在換能方式的改變與進步。麥克風換能方式種類很多，以一般的說法大致可分為：動圈式（Moving Coil or Dynamic）、電容式（Electro-Condenser）、絲帶式（Ribbon）和碳粉式（Carbon）…等數種，其工作原理、內部構造和換能方式各有不同，各類麥克風換能方式，整理如下：
動圈式（Moving Coil）：是利用一組線圈在固定磁場中，受到音壓的變化而運動，而產生感應的電壓，這種麥克風的構造與喇叭非常相似，正是喇叭的相反。它是山一塊永久磁鐵和一個介於兩極間隙問的音圈組成。當振動膜受到聲波振動時，音圈產生感應電壓，在經過放大輸出。此種麥克風失真率很低，頻率響應也很寬，不太受溫度與溼度的影響。應用最廣泛也最實用，如家庭伴唱到專業收音…等，都是其可發揮的範圍，一般舞臺或手握式的麥克風大部分都是這種。它不需要任何電源的供應，耐用性高。最大的缺點是音圈和振膜太重，影響纖細聲音的接收度，因此高音波段的響應較差，由於它使用方便是屬於用途廣泛的麥克風。
電容式（Condenser）：是利用一片薄膜受到音壓而運動，構造與電容器很接近，由兩片緊貼的板構成，其中一片為振膜，隨聲波改變兩塊板之間距，於是電容量隨之變化，電容量的變化引起電路上電流的改變而有音訊電壓的產生。電容麥克風失真率非常低，常用於高級錄音室。藉由其間電容值的改變，而達到電壓轉換的目的，應用於較高音質之收音，如廣播電台播音和樂器收音用 .. 等，但必需要有電源的供應，一般來說是使用 +48V的電源，這種專屬的電源，我們叫做『Phantom Power』，但有些製造廠商特殊的設計，亦可同時使用 +12V、 +3V ..等，並同時可使用混音器所提供的 +48V電源，而在體積上也可以做的很短小，如「Lavalier Microphone」－領夾式，就是最好的例子。
絲帶式（Ribbon）：是利用一段金屬帶（Ribbon）在固定磁場中運動，而產生感應的電壓。即使用的移動薄金屬箔懸浮在磁場中，聲音振動皺狀絲帶使絲帶切過磁場產生訊號，以產生訊號。金屬絲帶的材質通常是使用鋁（Aluminum）為主，應用比較特殊的用途，如八字型麥克風（Figure-8）…等，但其承受音壓較低很不適合戶外收音用。
碳粉式（Carbon）：是利用一組碳粉之擠壓運動器是其最主要的運用，也有一些，而產生感應的電壓，它運用固定板和移動板連接到隔膜，板塊之間的微小的碳顆粒移動時，膈肌進行振動。在碳粉的一側有很薄的金屬或塑膠隔膜。當聲波擊打隔膜時，它們壓縮碳粉，改變電阻。通過給碳粉通電，改變了的電阻會改變電流大小。它是最古老最簡單的麥克風形式，歷史上第一部電話就使用此項技術。如早期電話在使用，對講系統的發話器部份也常使用它，它的構造簡單且堅固耐用，用於作業環境不量的場所是很合適，的但其音質一般來說往往較差，作為成音訊號（Audio Signal）的取得，品質則略遜一籌，但是對於通話訊號（Intercom Signal）來說，它絕對是可以勝任的。
「靈敏度」與「頻率響應」決定了麥克風收音的量與質。麥克風「靈敏度」（Sensitivity）指收音量感度，所謂的靈敏度即是在定點以一定的聲音源量測麥克風在無負載下收音後的輸出電壓，它是以milivolt（毫伏）為單位），靈敏度越大，表示輸出電壓越大，靈敏度常以負數dBm（or dBV）表示，所以-40dB的靈敏度要比-48dB來得高。「頻率響應」（Frequency Response）決定了收音傳真度，可說是麥克風在同樣的條件下對各頻率的聲音的輸出電壓，它是在音頻範圍（20~20 kHz）間輸出電壓的曲線，頻率響應並不是曲線越平坦的聲音就一定越好，必須符合收音音源的種類與人耳感應模型（Auditory Perception），不過可以作為麥克風特性的參考。
二十世紀中期，大量新的麥克風技術逐漸發展起來，這其中包括電子管或電晶體；鋁帶式、動圈式與電容式…等嶄新的技術，人類試圖製作百分百完美無差的麥克風。但是人類的耳朵在大的聲音之下所聽到的感覺和在小的聲之下所聽到的感覺是會有絕然不一樣的反應。因為我們的耳神經和麥克風所產生的音壓變化並不是完全相同。對各種聲音頻率的反應也有不同。因此人的聽覺反應，也會因音量的大小而會有不同的感受。雖然麥克風功能正如人類耳朵的功能，但卻不能像人類的耳朵一樣的靈敏，有較大的動態範圍與不同的頻率感應模型，甚至風聲消除的功能也遠比不過人耳，更是無「防風罩」（Windscreen）的電容式麥克風的最痛，由此更可證明上帝創造的「麥克風－人類的耳朵」畢竟是最好的。
