關(guān)于“虛擬”建模話(huà)筒的技術(shù)發(fā)展解析

莫家偉

話(huà)筒，又稱(chēng)為“拾音器”，英文叫做Microphone，因此在中文里也有不少人將它直接音譯為“麥克風(fēng)”。它是一種將聲音能量轉(zhuǎn)化為電能的能量轉(zhuǎn)換工具，在傳統(tǒng)錄音和音頻工業(yè)剛起步的時(shí)候，話(huà)筒就占據(jù)重要地位，其在實(shí)際應(yīng)用中處于錄音信號(hào)鏈的最前端，拾取的微弱信號(hào)在音頻制作中往往需要經(jīng)過(guò)多級(jí)設(shè)備層層放大和處理，它的品質(zhì)優(yōu)劣在很大程度上就決定了節(jié)目后期制作的靈活性和最終成品的質(zhì)量?？v觀一百多年的世界錄音發(fā)展史，話(huà)筒的設(shè)計(jì)和制造雖經(jīng)過(guò)多次技術(shù)進(jìn)步和工藝革新，人們對(duì)于藝術(shù)的思考和審美也經(jīng)過(guò)了多個(gè)不同時(shí)代的演變發(fā)展，但其基本原理和最終應(yīng)用目的并未產(chǎn)生翻天覆地的變化——錄音師們經(jīng)過(guò)對(duì)話(huà)筒的仔細(xì)挑選、搭配以及靈活的擺位和指向性運(yùn)用，盡可能達(dá)到高保真、清晰和還原的聲音質(zhì)量。

在模擬錄音時(shí)代，每個(gè)設(shè)備都對(duì)應(yīng)著某個(gè)具體的功能：話(huà)筒、話(huà)放是用來(lái)錄音的，音箱、耳機(jī)是用來(lái)監(jiān)聽(tīng)的，均衡器、壓縮器是用來(lái)處理聲音的……但在當(dāng)下數(shù)字時(shí)代，整個(gè)行業(yè)正在默默發(fā)生著一些天翻地覆的變化與革新，我們漸漸能看到在錄音設(shè)備上各種各樣的創(chuàng)新與嘗試——加入數(shù)字技術(shù)的音頻設(shè)備層出不窮，全能型錄音設(shè)備和工作站百花齊放。得益于數(shù)碼科技的發(fā)展，設(shè)備的體積越來(lái)越小，集成性卻越來(lái)越強(qiáng)！由于錄音工作對(duì)于話(huà)筒的依賴(lài)性極高，在行業(yè)里我們會(huì)經(jīng)常看到這樣的現(xiàn)象：不少有經(jīng)驗(yàn)的錄音師非常熱衷于收藏“古董”話(huà)筒，因其“經(jīng)典、復(fù)古、懷舊”的聲音質(zhì)感和音色特點(diǎn)在許多當(dāng)代的話(huà)筒中已難以尋覓。但同時(shí)也催生了許多令人頭疼的問(wèn)題：由于技術(shù)革新和時(shí)代發(fā)展，幾十年前的生產(chǎn)工藝早已更新?lián)Q代多次，當(dāng)時(shí)的元器件現(xiàn)在也鮮有廠家生產(chǎn)和提供，造成了“古董”話(huà)筒在使用和保養(yǎng)上的巨大難題，對(duì)于工程師們的時(shí)間、精力以及成本消耗也是非常巨大的。因此，自21世紀(jì)初開(kāi)始，許多業(yè)內(nèi)專(zhuān)業(yè)音頻廠商開(kāi)始在話(huà)筒的設(shè)計(jì)和制造上尋求新的機(jī)遇和突破，“虛擬”話(huà)筒技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生！

如圖1-圖2：從傳統(tǒng)話(huà)筒這種長(zhǎng)圓柱形的較為統(tǒng)一的造型風(fēng)格出發(fā)，開(kāi)發(fā)者們發(fā)現(xiàn)，實(shí)際其內(nèi)部具有非常廣闊的剩余空間可供利用，為下一代的“虛擬”話(huà)筒革命奠定了基礎(chǔ)。

實(shí)際上，將數(shù)字技術(shù)應(yīng)用于話(huà)筒聲音的采集和改善，并非近幾年才產(chǎn)生。印象較為深刻的有ANTARES MIC MOD EFX 十幾年前就發(fā)布并不斷更新到現(xiàn)在的一款產(chǎn)品。它是應(yīng)用于節(jié)目后期制作中，將原始型號(hào)話(huà)筒采集到的聲音信息進(jìn)行后期處理，通過(guò)在插件內(nèi)輸入原始采集用型號(hào)和輸出仿真型號(hào)來(lái)模擬成其他型號(hào)的話(huà)筒，并帶來(lái)相應(yīng)聲音特性的一種頗為神奇的處理插件。以下是使用這款處理插件對(duì)它話(huà)筒模型庫(kù)內(nèi)挑選出的5只經(jīng)典的錄音話(huà)筒（NEUMANN M149，NEUMANN U87，AKG 414EB，SHURE SM57，COLES 4038）進(jìn)行了專(zhuān)門(mén)的采樣和模仿比對(duì)實(shí)驗(yàn)。

如圖3-圖4：比對(duì)實(shí)驗(yàn)中所拍攝，5只常見(jiàn)的經(jīng)典話(huà)筒放在距離聲源較平均的位置進(jìn)行樣本片段采集。

將5只話(huà)筒同時(shí)對(duì)聲源進(jìn)行片段采樣，并匹配它們的增益電平，以得到相近的響度。后期將MIC MOD EFX插件分別放在5只話(huà)筒上，不斷切換對(duì)比試聽(tīng)模仿后的聲音與真實(shí)硬件話(huà)筒聲音的區(qū)別。

實(shí)驗(yàn)結(jié)論：在MIC MOD EFX技術(shù)中，設(shè)計(jì)者主要匹配了不同話(huà)筒之間的頻率響應(yīng)曲線(xiàn)，并沒(méi)有感受到對(duì)話(huà)筒的其它關(guān)鍵特性包括諧波失真、底噪、不同尺寸震膜本身的特點(diǎn)等等進(jìn)行完全的模仿。這種頻響匹配的方法在當(dāng)今的數(shù)字音頻領(lǐng)域里相當(dāng)常見(jiàn)，也有不少?gòu)S家在開(kāi)發(fā)這樣的功能便于音頻節(jié)目的后期制作使用。而問(wèn)題就在于頻率響應(yīng)參數(shù)不能完全代表一個(gè)音頻設(shè)備的全部，單純模仿頻率響應(yīng)可以在聽(tīng)感上達(dá)到一定程度的相似性，但細(xì)節(jié)上會(huì)相差甚遠(yuǎn)。在主觀聆聽(tīng)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，這樣的模仿方式對(duì)于不同換能原理（電容式和電動(dòng)式）的話(huà)筒之間的匹配，無(wú)法達(dá)到相似的結(jié)果。

近幾年興起的另一類(lèi)“虛擬”建模話(huà)筒，恰好彌補(bǔ)了這個(gè)缺陷，并在技術(shù)上擁有更多的優(yōu)勢(shì)，實(shí)際應(yīng)用中的體驗(yàn)也得到了長(zhǎng)足的進(jìn)步。它利用當(dāng)下最熱門(mén)的數(shù)字音頻技術(shù)，給各種不同型號(hào)的“古董”話(huà)筒建立完善的物理模型庫(kù)，這些物理模型包含了極其完整的話(huà)筒特性（頻率和瞬態(tài)響應(yīng)曲線(xiàn)、震膜特點(diǎn)、軸向響應(yīng)和離軸效應(yīng)、底噪、諧波失真、動(dòng)態(tài)范圍等等），并利用DSP數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)在軟件端進(jìn)行還原和模仿，最終得到與原始經(jīng)典話(huà)筒極其相近的聲音特點(diǎn)。一套完整的“虛擬”建模話(huà)筒包含以下幾個(gè)重要部件：

1.一只頻響超級(jí)平直的電容話(huà)筒——與聲學(xué)測(cè)試話(huà)筒功能類(lèi)似，它無(wú)需帶來(lái)任何聲音上的渲染，只需配合廠家設(shè)計(jì)的“虛擬”話(huà)筒系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)即可。

2.一臺(tái)超級(jí)低染色的話(huà)筒放大器——純凈的話(huà)筒配合純凈的話(huà)放，得到極為純凈而無(wú)個(gè)性的原始聲，有利于“虛擬”話(huà)筒插件后期進(jìn)行完美的模仿處理。

3.一套可以模仿話(huà)筒與話(huà)放的插件——需支持各類(lèi)主流音頻工作站插件格式：AAX/AU/VST等等，甚至可以支持某些專(zhuān)注于低延遲實(shí)時(shí)信號(hào)處理的音頻接口（聲卡）和效果處理卡（多核心服務(wù)器）。

如圖6-圖7：典型的“虛擬”話(huà)筒套裝，理論上具有無(wú)窮無(wú)盡的可擴(kuò)展性，在軟件端可以模仿無(wú)數(shù)種不同型號(hào)的經(jīng)典“古董”話(huà)筒。

“虛擬”話(huà)筒的生產(chǎn)制造商一般會(huì)在產(chǎn)品的制造環(huán)節(jié)就搭配好話(huà)筒、話(huà)筒放大器部分和控制插件，也有些制造商會(huì)強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)手進(jìn)行聯(lián)合生產(chǎn)研發(fā)。讓我們來(lái)看看“虛擬”話(huà)筒的一些技術(shù)細(xì)節(jié)和實(shí)際應(yīng)用。