咪头基础知识

驻极体电容式麦克风(咪头)基础知识一、咪头的定义：：咪头是一个声-电转换器件（也可以称为换能器或传感器），是和喇叭正好相反的一个器件（电→声）。是声音设备的两个终端，咪头是输入，喇叭是输出。咪头又名麦克风，话筒，传声器，咪胆等。ECM（ElectretCondenserMicrophone）驻极体电容式麦克风的简称。二、咪头的分类：1、从工作原理上分：炭精粒式电磁式电容式驻极体电容式（以下介绍以驻极体式为主）压电晶体式，压电陶瓷式二氧化硅式等2、从尺寸大小分,驻极体式又可分为若干种.Φ9.7系列产品Φ8系列产品Φ6系列产品Φ4.5系列产品Φ4系列产品Φ3系列产品每个系列中又有不同的高度3、从咪头的方向性，可分为全向（无向），单向，双向（又称为消噪式）4、从极化方式上分，振膜式,背极式,前极式从结构上分又可以分为栅极点焊式,栅极压接式,极环连接式等5、从对外连接方式分普通焊点式：L型带PIN脚式：P型同心圆式：S/A型三、驻极体传声器的结构以全向MIC,振膜式极环连接式为例1、防尘网：保护咪头，防止灰尘落到振膜上，防止外部物体刺破振膜，还有短时间的防水作用。2、外壳：整个咪头的支撑件，其它件封装在外壳之中，是传声器的接地点，还可以起到电磁屏蔽的作用。3、振膜：是一个声-电转换的主要零件，是一个绷紧的特氟珑塑料薄膜（聚氯乙烯）粘在一个金属薄圆环上,薄膜与金属环接触的一面镀有一层很薄的金属层,薄膜可以充有电荷，也是组成一个可变电容的一个电极板，而且是可以振动的极板。杜邦膜：FEP,PTFE,PFA,PET等，FEP是美国杜邦公司生产的一种特氟珑薄膜叫聚全氯乙丙烯，在驻极体传声器方面，主要用于电荷的存贮，因为内部有很多的势阱。PPS膜：是一种不能存贮电荷的薄膜叫聚苯硫醚，在驻极体传声器方面，主要用于背极式和前极式的振动膜片。4、垫片：支撑电容两极板之间的距离，留有间隙，为振膜振动提供一个空间，从而改变电容量。5、背极板：电容的另一个电极，并且连接到了FET（场效应管）的G（栅）极上。6、铜环：连接极板与FET（场效应管）的G（栅）极，并且起到支撑作用。7、腔体：固定极板和极环，从而防止极板和极环对外壳短路（FET（场效应管）的S（源极），G（栅）极短路）。8、PCB组件：装有FET，电容等器件，同时也起到固定其它件的作用。9、PIN：有的传声器在PCB上带有PIN（脚），可以通过PIN与其他PCB焊接在一起，起连接另外前极式，背极式在结构上也略有不同。四、咪头的电原理图：FET(场效应管)MIC的主要器件，起到阻抗变换或放大的作用，五、C;是一个可以通过膜片震动而改变电容量的电容，声电转换的主要部件。麦克风如何消除2G通话干扰？2G的干扰主要是217Hz的干扰，增加33pf和15pf的电容进行滤波，33pf的电容对GSM900C1,C2是为了防止射频干扰而设置的，可以分别对两个射频频段的干扰起到抑制作用。RL:负载电阻，它的大小决定灵敏度的高低。VS:工作电压，MIC提供工作电压:CO:隔直电容，信号输出端.五、驻极体咪头的工作原理：由静电学可知，对于平行板电容器，有如下的关系式：C=ε．S/L……①即电容的容量与介质的介电常数成正比，与两个极板的面积成正比，与两个极板之间的距离成反比。另外，当一个电容器充有Q量的电荷，那么电容器两个极板要形成一定的电压，有如下关系式：C=Q/V……②对于一个驻极体咪头，内部存在一个由振膜，垫片和极板组成的电容器，因为膜片上充有电荷，并且是一个塑料膜，因此当膜片受到声压强的作用，膜片要产生振动，从而改变了膜片与极板之间的距离，从而改变了电容器两个极板之间的距离，产生了一个Δd的变化，因此由公式①可知，必然要产生一个ΔC的变化，由公式②又知，由于ΔC的变化，充电电荷又是固定不变的，因此必然产生一个ΔV的变化。这样初步完成了一个由声信号到电信号的转换。由于这个信号非常微弱，内阻非常高，不能直接使用，因此还要进行阻抗变换和放大。FET场效应管是一个电压控制元件，漏极的输出电流受源极与栅极电压的控制。由于电容器的两个极是接到FET的S极和G极的，因此相当于FET的S极与G极之间加了一个Δv的变化量，FET的漏极电流I就产生一个ΔID的变化量，因此这个电流的变化量就在电阻RL上产生一个ΔVD的变化量，这个电压的变化量就可以通过电容C0输出，这个电压的变化量是由声压引起的，因此整个咪头就完成了一个声电的转换过程。六、咪头的主要技术指标：咪头的测试条件;MIC的使用应规定其工作电压和负载电阻,不同的使用条件,其灵敏度的大小有很大的影响电压电阻1、消耗电流：即咪头的工作电流主要是FET在VSG=0时的电流，根据FET的分档，可以做成不同工作电流的传声器。但是对于工作电压低、负载电阻大的情况下，对于工作电流就有严格的要求，由电原理图可知VS=VSD+ID×RLID=(VS-VSD)/RL式中IDFET在VSG等于零时的电流RL为负载电阻VSD,即FET的S与D之间的电压降VS为标准工作电压总的要求100μA〈IDS〈500μA2、灵敏度：单位声压强下所能产生电压大小的能力。单位：V/Pa或dBV/Pa有的公司使用是dBV/μBar-40dBV/Pa=-60dBV/μBar0dBV/Pa=1V/Pa声压强Pa=1N/m23、输出阻抗：基本相当于负载电阻RL(1-70%)之间。4、方向性及频响特性曲线：a、全向（无向型）:MIC的灵敏度是在相同的距离下在任何方向上相等，全向MIC的结构是PCB上全部密封,因此,声压只有从MIC的音孔进入，因此是属于压强型传声器。频率特性图：b、单向（心形、超心形、强心形）单向MIC具有方向性，如果MIC的音孔正对声源时为0度，那么在0度时灵敏度最高，180度时灵敏度最低，在全方位上呈心型图，单向MIC的结构与全向MIC不同，它是在PCB上开有一些孔，声音可以从音孔和PCB的开孔进入，而且MIC的内部还装有吸音材料，因此是介于压强和压差之间的MIC。c、双向消噪型：是属于压差式MIC，它与单向MIC不同之处在于内部没有吸音材料，它的方向型图是一个8字型频率特性：5、频率范围：全向：50~12000Hz20~16000Hz单向：100~12000Hz100~16000Hz消噪：100~10000Hz6、最大声压级:是指MIC的失真在3%时的声压级,声压级定义:20μpa=0dBSPLMaxSPL为115dBSPLASPL声压级A为A计权7、S/N信噪比：即MIC的灵敏度与在相同条件下传声器本身的噪声之比，详见产品手册，噪声主要是FET本身的噪声.七：MIC的测试方法测试电路图测试仪表HY系列驻极体传声器测试仪1.电流的测试:由测试仪上直接读取电流值(μA)2.灵敏度的测试:首先用标准话筒校准测试仪的声压级为94dB,然后把待测MIC放到已校准的声腔口上，用测试表笔测试MIC的两个极(注意两个表笔的方向)，注意MIC的工作电压和负载电阻，可以从测试仪上直接读取70HZ和1KHZ的灵敏度.3.方向性测试:要在消声室内进行，B&K2012测试仪，B&K旋转台测试。4.频响曲线的测试:要在消声室内进行，B&K2012测试仪，B&K旋转台测试。5.S/N的测试，首先测试MIC的灵敏度，然后在相同的条件下在消声室内测试MIC的噪声，注意最好使用干电池,以减少因使用其它电源引起的测试误差，然后计算:S/N=灵敏度电平/噪声电平，再用对数表示.6.最大声压级的测试,在消声室内，用B&K2012测试仪测试，逐渐加大声压级，并观察失真值,当失真值等于3%时，这时候的声压级就是最大声压级，记做MAXSPL。应大于115dBSPLA7.输出阻抗的测试方法将声压加到传声器上，测量其开路输出电压，然后保持声压不变，在传声器的输出端并联一个电阻箱，调整其阻值，使输出电压为开路电压的一半，此时电阻箱的阻值即为传声器的输出阻值模值。八、关于MIC在手机的应用手机作为语言信息传递是手机功能的一部份,对于语言信息而言,MIC是一个重要的部件,是语言信息的输入端。(一)、结构要求方面的1.MIC与手机的安装结构相匹配，应根据手机对MIC的预留尺寸选择MIC，(或根据MIC的系列尺寸设计手机外壳及PCB)。2.手机的外壳的开孔一般可以在?0.8-?1之间，开孔过大，不美观，开孔过小，会影响MIC的灵敏度。MIC在手机外壳应装到底，之间不应留有间距,因为留有间距相当于在MIC底部与外壳之间形成一个空腔，会对声音的某一些频率产生共振，从而改变了MIC的频响特性。3.在手机或座机上使用MIC时,还要防止喇叭与MIC之间通过空间,内部或外壳产生回授自激啸叫,适当选择MIC的灵敏度和调节喇叭的音量可以消除空间回授.在喇叭和MIC与外壳接触面上加减振材料,可以消除通过机壳回授，手机内部割断音频的通道，防止声音从喇叭通过手机内部的音频通道回收到MIC。关于手机在使用状态下啸叫的原因：总的来说是一种闭环的自激现象，也就是说在手机使用时，从喇叭发出的信号经过一定的衰减之后翻过来又送回到MIC，当回授的信号大于原先送入的信号时，这时音频回路的总的增益大于1时，就产生了啸叫,，形成啸叫的途径大约又三种（1）喇叭发出的声音经过空间从机壳的外面回授到MIC（2）喇叭发出的声音经过机壳的内部的声音通道或空间回授到MIC（3）另一个途径是因为喇叭和MIC是装在同一个机壳上的，如果喇叭或MIC的减震效果不好的话，那么喇叭的振动，通过机壳传到MIC。另外MIC的前端如果有空腔的话，会对某一高频产生共振，从而产生高频啸叫。解决的途径：（1）减少喇叭与MIC之间的耦合，在允许的范围内，尽量的减少喇叭的输出，减小MIC灵敏度，从而减少耦合（2）在手机内部尽可能的切断声音的通路，尽可能的把喇叭与MIC进行隔离。（3）喇叭与机壳的固定尽量加减振垫，以防引起机壳的振动（4）MIC的前端尽可能的不要留有空间，以防高频自激4.MIC与手机的连接。手机与MIC的连接方式比较多，有直接焊接式:MIC与手机直接焊接式，如P型MIC的PIN直接焊在PCB上.但要注意焊接时间和温度，容易通过焊接使MIC损坏或性能改变，不便于维修更换MIC。目前较少使用.压接式:MIC与手机的PCB通过导电橡胶或弹性金属簧片或弹性金属圆柱连接。例如S型MIC的连接各种胶套.使用组装方便，维修方便，但是价格较高(因为胶套较贵)，有时会出现个别接触不良现象，使用较多。导线连接式:用导线或FPC连接MIC和PCB，例如L型MIC通过导线或FPC连接到手机的PCB上，使用方便焊接对MIC无影响,价格合适接触良好，目前使用较多。(二)、电气方面的要求5.MIC在手机上的使用条件应与MIC的灵敏度测试条件相一致,其中包括工作电压，负载电阻.另外在以下情况下还要对MIC的工作电流进行限定，例如有的手机给MIC的供电电压比较低，(1V)，而负载电阻又比较大(2.2K)，这是因为6.话音频率:通常话音的频率是在300HZ-3KHZ之间,通常手机对话音要求在300HZ以下和3KHZ以上迅速衰减,MIC本身的频响是很宽的,例如从50HZ-15KHZ,可见全向MIC频响曲线,因此MIC本身无法完成这种衰减,这样选频功能必须由手机本身来完成(带通滤波器),只有正确的调试设置滤波参数.才能达到要求.7.关于MIC在手机中的抗干扰(EMC)问题:（1）当手机处于发射状态下,整个手机是处于手机发射的强电磁场内,因此除了手机本身的防电磁干扰之外,对于MIC也提出了抗电磁干扰的问题.通常措施:1)使用金属铝外壳起屏蔽作用.2)PCB设计尽量加大接地面积,如同心圆式MIC,或P型MIC.3)音孔由一个大孔改为多个小孔,4)选用抗干扰性能好的器件,如FET5)减少外壳与PCB的封边电阻,提高抗干扰能力.设计上1)采用在S-D之间并接电容的办法,根据频率的不同并接不同的电容.通常对手机使用10P,33P两个电容.分别针对GSM手机的两个频段，即900MHZ,1800MHZ2)必要时可以在S-G之间并一个小的电容,提高抗干扰能力.3)有