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传声器基础知识简介：一， 传声器的定义： 传声器是一个声-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，传声器是输入，喇叭是输出。传声器又名麦克风，话筒，咪头，咪胆等.二， 传声器的分类：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.9.7系列产品 8系列产品 6系列产品 4.5系列产品 4系列产品每个系列中又有不同的高度3， 从传声器的方向性，可分为全向，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：保护传声器，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：整个传声器的支撑件，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，是一个绷紧的特氟窿塑料薄膜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。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: 极板：电容的另一个电极，并且连接到了FET的G极上。6: 极环：连接极板与FET的G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的S，G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，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， 、传声器的电原理图： FET D RL VS G S CO OUTPUT C CI C2 MIC GFET(场效应管)MIC的主要器件,起到阻抗变换或放大的作用,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.C1,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， 驻极体传声器的工作原理： 由静电学可知，对于平行板电容器，有如下的关系式：C=S/L 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。潍坊共达电讯有限公司 2另外，当一个电容器充有Q量的电荷，那麽电容器两个极板要形成一定的电压，有如下关系式；C=Q/V 对于一个驻极体传声器，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d的变化，因此由公式可知，必然要产生一个C的变化，由公式又知，由于C的变化，充电电荷又是固定不变的，因此必然产生一个V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v的变化量，FET的漏极电流I就产生一个ID的变化量，因此这个电流的变化量就在电阻RL上产生一个VD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，因此整个传声器就完成了一个声电的转换过程。六， 传声器的主要技术指标：传声器的测试条件;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：即传声器的工作电流主要是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+IDRL ID = (VS- VSD)/ RL式中 ID FET 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 100AIDS500A2， 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/Bar -40 dBV/Pa=-60dBV/Bar0 dBV/Pa=1V/Pa声压强Pa=1N/m23， 输出阻抗：基本相当于负载电阻RL(1-30%)之间。4， 方向性及频响特性曲线：a， 全向: 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潍坊共达电讯有限公司 3频率特性图： 极性图b， 单向 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 频率特性图：潍坊共达电讯有限公司 4 极性图c， 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:潍坊共达电讯有限公司 5 极性图5， 频率范围：全向： 5012000Hz 2016000Hz单向：10012000Hz 10016000Hz消噪：10010000Hz 6， 最大声压级:是指MIC的失真在3%时的声压级,声压级定义:20pa=0dBSPLMaxSPL为115dBSPLA SPL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。潍坊共达电讯有限公司 6七: MIC的测试方法测试电路图 FETaa D RL 电流表 G VS S CO OUTPUT C CI C2 MIC G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(A)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115 dBSPLA 7: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 RL VS C0 MIC VOUT R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是一潍坊共达电讯有限公司 7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. mic 空间外壳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,潍坊共达电讯有限公司 8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VS=VSG+ID*RL ID = (VS- VSG)/ RL为了保证MIC中的FET工作在线性工作区,不进入饱和区, 应使VSG0.7V 因此ID = (1V- 0.7V)/ 2.2K=0.136mA 因此在这种情况下, 选用的FET的电流不能大于150A6: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) 有时也可以利用RC滤波器设计 （2）当MIC 在用交流电源供电时，MIC还必须抗工频干扰，同样采用加强电磁屏蔽的方法来消除工频干扰（3）MIC还必须承受静电的干扰，在案10000V的静电放电下，MIC能正常工作，MIC的外壳接地，防止静电损伤 8:手机的音频FTA七项测试发送灵敏度、频率响应:Sending sensitivity / Frequency Response. 发送频率响应曲线在模板内发送失真:Sending Distortion. 在发送失真线之上潍坊共达电讯有限公司 9发送响度评定值:Sending loudness srating( SLR). SLR=8+/-3dB接受灵敏度、频率响应:Receiving sensitivity /Frequency Response.接受响度评定值:Receiving loudness srating ( RLR). 侧音掩蔽评定值:Sidetong masking rating STMR= 13+/-5dB稳定度储备:Stability margin 把手机打开，面朝下放置在硬的水平面上，测试过程中没有发现抖动信号的发生，通过此项测试其中有五项与MIC有关 SLR与MIC的灵敏度有关, 音频放大器有关,手机调制特性有关 Sending sensitivity/ Frequency Response 与MIC的灵敏度，频响有关,手机的滤波器有关,加重特性有关，A/D转换器有关。Sending Distortion 与MIC的噪音有关,放大器的噪声有关,调制噪声有关,A/D转换器有关,还与MIC和整个系统的耐射频干扰能力有关。Sidetong masking rating 与手机的MIC，放大器，喇叭有关Sidetong masking rating 与手机的MIC，放大器，喇叭有关Stability margin 与手机的接受和发射的稳定性有关九: 不同指向类型的MIC使用要求;1;全向MIC的使用:使用在声源与MIC之间无固定方向的情况下,要求MIC在各个方向上所接受的灵敏度都相同的情况下,这时只要在MIC的音孔前外壳上开一个孔就可以了.例如电话手柄,手机,免提耳机等等.2单向MIC的使用: :使用在声源与MIC之间有固定方向的情况下,要求MIC在各个方向上所接受的灵敏度不相同的情况下, 声源与MIC之间的夹角为0时MIC的灵敏度最高,180时最低,这时必须在MIC的音孔前后,外壳上各开一个孔就可以了.例如车载电话,等等.3消噪MIC的使用: 使用在声源与MIC之间有固定方向的情况下,要求MIC在各个方向上所接受的灵敏度不相同的情况下, 声源与MIC之间的夹角为0和180时MIC的灵敏度最高,90和270时最低,这时必须在MIC的音孔前后,外壳上各开一个孔就可以了.例如车载电话,等等.4在其它条件相同的情况下全向MIC的灵敏度最高,单向MIC的灵敏度较低,大约比全向MIC低大约68dB,而消噪MIC的灵敏度最低，大约比全向MIC低大约10-12dB左右.十：MIC的连接使用注意事项1：MIC的焊接，对于L型和P型MIC的焊接，因为MIC的体积小，而且它的关键零件是塑料薄膜，耐热能力较差，因此在焊接时要特别的小心，最好在可能的情况下加散热器，详见产品规格书。建议电烙铁温度为9.7的32010，6的30010，每个焊接时间不大于2秒。 接触电阻 压力 0 02 0。3 胶套压缩量潍坊共达电讯有限公司 102：关于S型MIC与导电胶套的连接，因为MIC与PCB 连接是通过导电胶套连接的，它们就有一个压力，接触电阻，和胶套压缩量之间的关系，详见下图，胶套的压缩量大约在0。20。3毫米之间，这是MIC的压力大约是58N,接触电阻应小于0。1，所以在结构设计是应注意到这一点3:MIC在使用设计时要注意MIC的极性，电源的正极接MIC的D,电源的地接MIC的S极4：在设计PCB时，MIC 的输出与下一级之间的接线越短越好，信号线最好与一根地线并行。如果可能的话音频信号线的两边最好有两根地线与之平行的走线。十一: 关于传声器的发展方向1， 小型化 微型化 主要为一些小型设备用,目前我司最小的MIC41.1的MIC2， 低噪声型，主要为一些要求低噪声的设备使用,如助听器及低噪声要求的3， 低功耗型，要求工作电流50A的,主要为电池供电的设备使用4， 高灵敏度的，带有IC放大功能的(大约增益15dB)5， 数字化，传声器内部带有A/D转换功能的数字化输出。6， 能耐回流焊的MIC，因为MIC的内部的关键部件是一个塑料薄膜，7， 它不能耐高温,因此现在的MIC 都不能耐波峰焊和回流焊,选用特殊的材料研制能耐回流焊的MIC，将进一步扩大驻极体MIC的应用范围8， 二氧化硅MIC，是另一类型的MIC，它与传统的MIC完全不同，它是由半导体技术制作的，它不但可以耐波峰焊和回流焊,而且热稳定性很好，是很有发展前途的一种产品，但目前价格较高。潍坊共达电讯有限公司 11