关于“虚拟”建模话筒的技术发展解析

莫家伟

话筒，又称为“拾音器”，英文叫做Microphone，因此在中文里也有不少人将它直接音译为“麦克风”。它是一种将声音能量转化为电能的能量转换工具，在传统录音和音频工业刚起步的时候，话筒就占据重要地位，其在实际应用中处于录音信号链的最前端，拾取的微弱信号在音频制作中往往需要经过多级设备层层放大和处理，它的品质优劣在很大程度上就决定了节目后期制作的灵活性和最终成品的质量。纵观一百多年的世界录音发展史，话筒的设计和制造虽经过多次技术进步和工艺革新，人们对于艺术的思考和审美也经过了多个不同时代的演变发展，但其基本原理和最终应用目的并未产生翻天覆地的变化——录音师们经过对话筒的仔细挑选、搭配以及灵活的摆位和指向性运用，尽可能达到高保真、清晰和还原的声音质量。

在模拟录音时代，每个设备都对应着某个具体的功能：话筒、话放是用来录音的，音箱、耳机是用来监听的，均衡器、压缩器是用来处理声音的……但在当下数字时代，整个行业正在默默发生着一些天翻地覆的变化与革新，我们渐渐能看到在录音设备上各种各样的创新与尝试——加入数字技术的音频设备层出不穷，全能型录音设备和工作站百花齐放。得益于数码科技的发展，设备的体积越来越小，集成性却越来越强！由于录音工作对于话筒的依赖性极高，在行业里我们会经常看到这样的现象：不少有经验的录音师非常热衷于收藏“古董”话筒，因其“经典、复古、怀旧”的声音质感和音色特点在许多当代的话筒中已难以寻觅。但同时也催生了许多令人头疼的问题：由于技术革新和时代发展，几十年前的生产工艺早已更新换代多次，当时的元器件现在也鲜有厂家生产和提供，造成了“古董”话筒在使用和保养上的巨大难题，对于工程师们的时间、精力以及成本消耗也是非常巨大的。因此，自21世纪初开始，许多业内专业音频厂商开始在话筒的设计和制造上寻求新的机遇和突破，“虚拟”话筒技术应运而生！

如图1-图2：从传统话筒这种长圆柱形的较为统一的造型风格出发，开发者们发现，实际其内部具有非常广阔的剩余空间可供利用，为下一代的“虚拟”话筒革命奠定了基础。

实际上，将数字技术应用于话筒声音的采集和改善，并非近几年才产生。印象较为深刻的有ANTARES MIC MOD EFX 十几年前就发布并不断更新到现在的一款产品。它是应用于节目后期制作中，将原始型号话筒采集到的声音信息进行后期处理，通过在插件内输入原始采集用型号和输出仿真型号来模拟成其他型号的话筒，并带来相应声音特性的一种颇为神奇的处理插件。以下是使用这款处理插件对它话筒模型库内挑选出的5只经典的录音话筒（NEUMANN M149，NEUMANN U87，AKG 414EB，SHURE SM57，COLES 4038）进行了专门的采样和模仿比对实验。

如图3-图4：比对实验中所拍摄，5只常见的经典话筒放在距离声源较平均的位置进行样本片段采集。

将5只话筒同时对声源进行片段采样，并匹配它们的增益电平，以得到相近的响度。后期将MIC MOD EFX插件分别放在5只话筒上，不断切换对比试听模仿后的声音与真实硬件话筒声音的区别。

实验结论：在MIC MOD EFX技术中，设计者主要匹配了不同话筒之间的频率响应曲线，并没有感受到对话筒的其它关键特性包括谐波失真、底噪、不同尺寸震膜本身的特点等等进行完全的模仿。这种频响匹配的方法在当今的数字音頻领域里相当常见，也有不少厂家在开发这样的功能便于音频节目的后期制作使用。而问题就在于频率响应参数不能完全代表一个音频设备的全部，单纯模仿频率响应可以在听感上达到一定程度的相似性，但细节上会相差甚远。在主观聆听过程中发现，这样的模仿方式对于不同换能原理（电容式和电动式）的话筒之间的匹配，无法达到相似的结果。

近几年兴起的另一类“虚拟”建模话筒，恰好弥补了这个缺陷，并在技术上拥有更多的优势，实际应用中的体验也得到了长足的进步。它利用当下最热门的数字音频技术，给各种不同型号的“古董”话筒建立完善的物理模型库，这些物理模型包含了极其完整的话筒特性（频率和瞬态响应曲线、震膜特点、轴向响应和离轴效应、底噪、谐波失真、动态范围等等），并利用DSP数字信号处理技术在软件端进行还原和模仿，最终得到与原始经典话筒极其相近的声音特点。一套完整的“虚拟”建模话筒包含以下几个重要部件：

1.一只频响超级平直的电容话筒——与声学测试话筒功能类似，它无需带来任何声音上的渲染，只需配合厂家设计的“虚拟”话筒系统技术指标即可。

2.一台超级低染色的话筒放大器——纯净的话筒配合纯净的话放，得到极为纯净而无个性的原始声，有利于“虚拟”话筒插件后期进行完美的模仿处理。

3.一套可以模仿话筒与话放的插件——需支持各类主流音频工作站插件格式：AAX/AU/VST等等，甚至可以支持某些专注于低延迟实时信号处理的音频接口（声卡）和效果处理卡（多核心服务器）。

如图6-图7：典型的“虚拟”话筒套装，理论上具有无穷无尽的可扩展性，在软件端可以模仿无数种不同型号的经典“古董”话筒。

“虚拟”话筒的生产制造商一般会在产品的制造环节就搭配好话筒、话筒放大器部分和控制插件，也有些制造商会强强联手进行联合生产研发。让我们来看看“虚拟”话筒的一些技术细节和实际应用。