麦克风基本知识

1. 麦克风基本知识
一、人声频率范围
实际人声频率
男：低音82～392Hz，基准音区64～523Hz
男中音123～493Hz，男高音164～698Hz
女：低音82～392Hz，基准音区160～1200Hz
女低音123～493Hz，女高音220～1.1KHz
录音时各频率效果:
男歌声 150Hz~600Hz影响歌声力度，提升此频段可以使歌声共鸣感强，增强力度。

女歌声 1.6~3.6KHz影响音色的明亮度，提升此段频率可以使音色鲜明通透。

语音 800Hz是“危险”频率，过于提升会使音色发“硬”、发“楞”
沙哑声提升64Hz~261Hz会使音色得到改善。

喉音重衰减600Hz~800Hz会使音色得到改善
鼻音重衰减60Hz~260Hz，提升1~2.4KHz可以改善音色。

齿音重 6KHz过高会产生严重齿音。

咳音重 4KHz过高会产生咳音严重现象（电台频率偏离时的音色）
二、频率响应frequency response
频率响应又称带宽(frequency range)，是指麦克风感应声波频率的范围，并将声波能量忠实的转换为电子讯号的能力。

麦克风接受到不同频率声音时，输出信号会随着频率的变化而发生放大或衰减。

一般以频率响应曲线图标之。

三、灵敏度( Sensitivity)
灵敏度代表麦克风将声音能量转换成电压后所产生的输出讯号强度，是在麦克风单位声压激励下输出电压与输入声压的比值。

当输入信号固定时(1kHz)，输出讯号越强，代表麦克风灵敏度越高。

测试麦克风的灵敏度是将1kHz的讯号在94dB的音压电平位准( SPL)下量测开路的麦克风，取得的毫伏特( millivolt )值，单位为mV / Pa。

四、等效噪音电平( Equivalent noise level)
等效噪音电平又称内部噪声( self noise)。

麦克风的内部噪声在无声音讯号输入状态时可来自若干个方面：
1.供给麦克风电源的电压波动(偏置电压)引起的电子噪音
2.内部材质电阻(热噪讯)，
3.外部射频发射器的干扰等。

(手机）
等效噪音电平采用由国际电工协会(IEC)所定义的一种测试音量的标准所标示的音量值，以dB为单位。

高质量的麦克风，内部噪声通常在15dB以下。

内部噪声也代表麦克风动态范围的下限。

在音源音量较小时，需要使用低噪声的麦克风，以免音频为噪声盖过。

五、信噪比(SNR)
信噪比是原始信号和麦克风自身内部噪声强度的比值，以dB为单位。

一般可以94dB SPL减去内部噪声强度( A-weighted)来计算。

讯噪比越高，音讯放大越干净。

六、输出阻抗(Impedance)
当一个设备的输出接到另一个设备的输入时，前面的输出阻抗和后面的输入阻抗已经串联在一起了。

形成一个分所谓的阻抗匹配，阻抗匹配要做的就是尽量将电压传到下一个设备，高质量的麦克风阻抗都很低，高频衰减低，可使用将近60公尺长的信号线而不至失真。

而且静电杂音较少、适合专业录音。

高阻抗麦克风容易感应日光灯或马达产生的静电杂音，且有明显的高频衰减，不适合专业始用，讯号线长度不宜超过3公尺。

2.驻极体麦克风简介
一、基本概念
1. 驻极体(Electret)：能长久保持电极化状态的电介质。

这种电介质一般是高分子聚合物。

例如：聚丙烯、聚四氟乙烯等。

2. 麦克风(Microphone)：将声信号转换为电信号的换能器。

3. ECM(Electret Capacitor Microphone): 驻极体电容麦克风，其分类如下：
1）振膜式 (Foil)
2）背极式 (Back)
3）前极式 (Front)
二、振膜式ECM
振膜式ECM特点：驻极体和振动膜合二为一。

振膜式ECM静态原理示意图：
镀金属层薄膜与背极板形成空气介质电容。

对驻极体充电形成电场，E=Q/C。

声波使薄膜振动，改变电容量和电场，产生电信号，△E = Q /△C。

振膜式工作动态原理图：
三、背极式ECM
背极式ECM特点：驻极体与极板合二为一。

背极式ECM静态原理示意图:
背极式工作动态原理图:
四、全指向产品结构示意图
五、灵敏度（Sensitivity)
1. 基本概念
灵敏度表示麦克风的声—电转换效率。

在自由声场中，当向麦克风施加一个声压为1帕（Pa) 或 1微巴（unbar) 的声信号时麦克风的开路输出（以毫伏为单位），即为该麦克风的灵敏度。

1微巴（ubar)约相当于人们正常音量讲话，并在离嘴1米远的地方测量所得到的声压。

灵敏度的单位为：
毫伏/帕（mv／Pa)——国际标准
毫伏/微巴（mv／ubar) ——日本标准。

1帕（Pa)是指1牛顿(N)的力作用在1平方米面积上的压强.
1Pa=20log(1/0.000020) =94dB SPL
Pa与ubar的换算关系为: 1Pa=10ubar
所以： 1mv/ubar=10mv／pa
2. 计算方法
ECM灵敏度参数一般用灵敏度级表示，单位为分贝（dB).
公式为：Lm=20log(M/Mr)
Lm:为灵敏度级
M:为灵敏度，为灵敏度的绝对值
Mr:参考灵敏度(0db=1V/Pa)
例：M=10mV/Pa
则Lm=20log((10mV/Pa)/(1V/Pa))=20x(-2)=-40(dB)
六、频率响应（Frequency Response)
频率响应是指传声器正常工作的频带宽度。

1. ECM频宽：
全指向产品——20~20KHZ
单指向产品——100~10KHZ
2. 语音频宽：
300~3，400HZ
200~5，000HZ
七、指向性（Directivity)
指向性特性又称方向性，是表征传声器对不同入射方向的声信号检测的灵敏度。

八、等效噪声级（内部噪声）
无外声场时，仅由传声器固有噪声引起的输出电压，可以看作能产生相同有效值输出电压的外部声压级。

九、消耗电流
一般要求为≤0.5mA(500uA)
内控要求为≤0.3mA(350uA)
十、实际使用中应注意的几个问题
1. 生产线要有良好的防静电措施；电烙铁要有良好接地，最好用专用地线。

2. 焊接时温度不能过高、过低，一般为：400±20℃；焊接时间不可过长，一般在3 秒钟之内；尽可能使用散热板焊接；最好使用恒温电烙铁，三芯线，一芯专用地线
3. 贮存时应注意防潮和防有机化学溶剂/气体伤害；一般相对湿度最好不要大于85%。

存储温度-20～+70℃。

4. 安装时应注意以下几点：
1)根据不同的设计要求选择不同的板面形式和连接方式。

2)根据不同的安装方式选择不同的咪套
3)安装时要装到位
4)设计时应注意的几个问题
a)尽量不要形成谐振腔
b)进声孔的直径大小影响频响
c)喇叭/受话器与传声器相距不能太近
d)强电磁波会干扰ECM正常工作
3. WiFi 基本知识 1. IE802.11简介
标准号
IEEE 802.11b IEEE
802.11a
IEEE 802.11g IEEE 802.11n 标准发布时间 1999年9月
1999年9
月
2003年6月
2009年9月
工作频率范围 2.4－2.4835GHz 5.150－5.350GHz
5.475－5.725GHz
5.725－5.850GHz
2.4－2.4835GHz
2.4－2.4835GHz
5.150－5.850GHz
非重叠信道
数
3 24
3 15 物理速率
（Mbps ） 11 54
54 600 实际吞吐量
（Mbps ） 6 24
24 100以上
频宽 20MHz 20MHz 20MHz
20MHz/40MHz 调制方式
CCK/DSSS OFDM
CCK/DSSS/OFDM
MIMO-OFDM/DSSS/CCK
兼容性 802.11b 802.11a 802.11b/g 802.11a/b/g/n
2. 频谱划分
WiFi 总共有14个信道，如下图所示：
1）IEEE 802.11b/g 标准工作在2.4G 频段，频率范围为2.400—2.4835GHz ，
共83.5M 带宽
2）划分为14个子信道
3）每个子信道宽度为22MHz
4）相邻信道的中心频点间隔5MHz
5）相邻的多个信道存在频率重叠(如1信道与2、3、4、5信道有频率重叠) 6）整个频段内只有3个（1、6、11）互不干扰信道 3. 接收灵敏度
误码率要求速率最小信号强度
PER(误码率)不超过8％6Mbps -82dBm 9Mbps -81dBm 12Mbps -79dBm 18Mbps -77dBm 24Mbps -74dBm 36Mbps -70dBm 48Mbps -66dBm 54Mbps -65dBm
4. 2.4GHz中国信道划分
802.11b和802.11g的工作频段在2.4GHz（2.4GHz-2.4835GHz），其可用带宽为83.5MHz，中国划分为13个信道，每个信道带宽为22MHz 北美/FCC 2.412-2.461GHz(11信道)
欧洲/ETSI 2.412-2.472GHz(13信道)
日本/ARIB 2.412-2.484GHz(14信道）
2.4GHz频段WLAN信道配
置表
信道中心频率
（MHz）
信道低端/高
端频率
124122401/2423
224172406/2428
324222411/2433
424272416/2438
524322421/2443
624372426/2448
724422431/2453
824472426/2448
924522441/2463
1024572446/2468
1124622451/2473
1224672456/2478
1324722461/2483
5. SSID和BSSID
1）基本服务集（BSS）
基本服务集是802.11 LAN的基本组成模块。

能互相进行无线通信的STA可以组成一个BSS（Basic Service Set）。

如果一个站移出BSS的覆盖范围，它将不能再与BSS的其它成员通信。

2）扩展服务集（ESS）
多个BSS可以构成一个扩展网络，称为扩展服务集（ESS）网络，一个ESS 网络内部的STA可以互相通信，是采用相同的SSID的多个BSS形成的更大规模的虚拟BSS。

连接BSS的组件称为分布式系统（Distribution System，DS）。

3）SSID
服务集的标识，在同一SS内的所有STA和AP必须具有相同的SSID，否则无法进行通信。

SSID是一个ESS的网络标识(如:TP_Link_1201)，BSSID是一个BSS的标识，BSSID实际上就是AP的MAC地址，用来标识AP管理的BSS，在同一个AP内BSSID和SSID一一映射。

在一个ESS内SSID是相同的，但对于ESS内的每个AP与之对应的BSSID是不相同的。

如果一个AP可以同时支持多个SSID 的话，则AP会分配不同的BSSID来对应这些SSID。

BSSID(MAC)<---->SSID
6. AP种类
FAT AP和FIT AP比较如下图所示：
7. 无线接入过程三个阶段
STA（工作站）启动初始化、开始正式使用AP传送数据帧前，要经过三个阶段才能够接入（802.11MAC层负责客户端与AP之间的通讯，功能包括扫描、接入、认证、加密、漫游和同步等功能）：
1）扫描阶段（SCAN）
2）认证阶段 (Authentication)
3）关联（Association）
7.1 Scanning
802.11 MAC 使用Scanning来搜索AP，STA搜索并连接一个AP，当STA 漫游时寻找连接一个新的AP，STA会在在每个可用的信道上进行搜索。

1）Passive Scanning（特点：找到时间较长，但STA节电）
通过侦听AP定期发送的Beacon帧来发现网络，该帧提供了AP及所在BSS相关信息：“我在这里”…
2）Active Scanning （特点：能迅速找到）
STA依次在13个信道发出Probe Request帧，寻找与STA所属有相同SSID的AP,若找不到相同SSID的AP，则一直扫描下去..
7.2 Authentication
当STA找到与其有相同SSID的AP，在SSID匹配的AP中，根据收到的AP 信号强度，选择一个信号最强的AP，然后进入认证阶段。

只有身份认证通过的站点才能进行无线接入访问。

AP提供如下认证方法：
1）开放系统身份认证(open-system authentication)
2）共享密钥认证(shared-key authentication）
3）WPA PSK认证（ Pre-shared key）
4）802.1X EAP认证
7.3 Association
当AP向STA返回认证响应信息，身份认证获得通过后，进入关联阶段。

1） STA向AP发送关联请求
2） AP 向STA返回关联响应
至此，接入过程才完成，STA初始化完毕，可以开始向AP传送数据帧。

7.4 认证和关联过程
7.5 漫游过程。