關于“虛擬”建模話筒的技術發展解析

莫家偉

話筒，又稱為“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”。它是一種將聲音能量轉化為電能的能量轉換工具，在傳統錄音和音頻工業剛起步的時候，話筒就占據重要地位，其在實際應用中處于錄音信號鏈的最前端，拾取的微弱信號在音頻制作中往往需要經過多級設備層層放大和處理，它的品質優劣在很大程度上就決定了節目后期制作的靈活性和最終成品的質量。縱觀一百多年的世界錄音發展史，話筒的設計和制造雖經過多次技術進步和工藝革新，人們對于藝術的思考和審美也經過了多個不同時代的演變發展，但其基本原理和最終應用目的并未產生翻天覆地的變化——錄音師們經過對話筒的仔細挑選、搭配以及靈活的擺位和指向性運用，盡可能達到高保真、清晰和還原的聲音質量。

在模擬錄音時代，每個設備都對應著某個具體的功能：話筒、話放是用來錄音的，音箱、耳機是用來監聽的，均衡器、壓縮器是用來處理聲音的……但在當下數字時代，整個行業正在默默發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備上各種各樣的創新與嘗試——加入數字技術的音頻設備層出不窮，全能型錄音設備和工作站百花齊放。得益于數碼科技的發展，設備的體積越來越小，集成性卻越來越強！由于錄音工作對于話筒的依賴性極高，在行業里我們會經常看到這樣的現象：不少有經驗的錄音師非常熱衷于收藏“古董”話筒，因其“經典、復古、懷舊”的聲音質感和音色特點在許多當代的話筒中已難以尋覓。但同時也催生了許多令人頭疼的問題：由于技術革新和時代發展，幾十年前的生產工藝早已更新換代多次，當時的元器件現在也鮮有廠家生產和提供，造成了“古董”話筒在使用和保養上的巨大難題，對于工程師們的時間、精力以及成本消耗也是非常巨大的。因此，自21世紀初開始，許多業內專業音頻廠商開始在話筒的設計和制造上尋求新的機遇和突破，“虛擬”話筒技術應運而生！

如圖1-圖2：從傳統話筒這種長圓柱形的較為統一的造型風格出發，開發者們發現，實際其內部具有非常廣闊的剩余空間可供利用，為下一代的“虛擬”話筒革命奠定了基礎。

實際上，將數字技術應用于話筒聲音的采集和改善，并非近幾年才產生。印象較為深刻的有ANTARES MIC MOD EFX 十幾年前就發布并不斷更新到現在的一款產品。它是應用于節目后期制作中，將原始型號話筒采集到的聲音信息進行后期處理，通過在插件內輸入原始采集用型號和輸出仿真型號來模擬成其他型號的話筒，并帶來相應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它話筒模型庫內挑選出的5只經典的錄音話筒（NEUMANN M149，NEUMANN U87，AKG 414EB，SHURE SM57，COLES 4038）進行了專門的采樣和模仿比對實驗。

如圖3-圖4：比對實驗中所拍攝，5只常見的經典話筒放在距離聲源較平均的位置進行樣本片段采集。

將5只話筒同時對聲源進行片段采樣，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只話筒上，不斷切換對比試聽模仿后的聲音與真實硬件話筒聲音的區別。

實驗結論：在MIC MOD EFX技術中，設計者主要匹配了不同話筒之間的頻率響應曲線，并沒有感受到對話筒的其它關鍵特性包括諧波失真、底噪、不同尺寸震膜本身的特點等等進行完全的模仿。這種頻響匹配的方法在當今的數字音頻領域里相當常見，也有不少廠家在開發這樣的功能便于音頻節目的后期制作使用。而問題就在于頻率響應參數不能完全代表一個音頻設備的全部，單純模仿頻率響應可以在聽感上達到一定程度的相似性，但細節上會相差甚遠。在主觀聆聽過程中發現，這樣的模仿方式對于不同換能原理（電容式和電動式）的話筒之間的匹配，無法達到相似的結果。

近幾年興起的另一類“虛擬”建模話筒，恰好彌補了這個缺陷，并在技術上擁有更多的優勢，實際應用中的體驗也得到了長足的進步。它利用當下最熱門的數字音頻技術，給各種不同型號的“古董”話筒建立完善的物理模型庫，這些物理模型包含了極其完整的話筒特性（頻率和瞬態響應曲線、震膜特點、軸向響應和離軸效應、底噪、諧波失真、動態范圍等等），并利用DSP數字信號處理技術在軟件端進行還原和模仿，最終得到與原始經典話筒極其相近的聲音特點。一套完整的“虛擬”建模話筒包含以下幾個重要部件：

1.一只頻響超級平直的電容話筒——與聲學測試話筒功能類似，它無需帶來任何聲音上的渲染，只需配合廠家設計的“虛擬”話筒系統技術指標即可。

2.一臺超級低染色的話筒放大器——純凈的話筒配合純凈的話放，得到極為純凈而無個性的原始聲，有利于“虛擬”話筒插件后期進行完美的模仿處理。

3.一套可以模仿話筒與話放的插件——需支持各類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注于低延遲實時信號處理的音頻接口（聲卡）和效果處理卡（多核心服務器）。

如圖6-圖7：典型的“虛擬”話筒套裝，理論上具有無窮無盡的可擴展性，在軟件端可以模仿無數種不同型號的經典“古董”話筒。

“虛擬”話筒的生產制造商一般會在產品的制造環節就搭配好話筒、話筒放大器部分和控制插件，也有些制造商會強強聯手進行聯合生產研發。讓我們來看看“虛擬”話筒的一些技術細節和實際應用。