MIC基础知识

阮宏飞
NeoMEMs
2.Uni-directional
A directional microphone that is more sensitive to
sound coming in from the front direction of the microphone. The microphone picks up the sound entering from the front of the microphone while dampening the sound from the rear.
Condenser Microphone
传统ECM是在一个金属壳体内，包括一片可移动的永久充电 振膜（高分子聚合材料振动膜）和一片与之平行的刚性背极板 以及场效应晶体管(FET)构成，声波使振膜弯曲，改变振膜和背 极板之间的气隙间距，从而使振膜和背板之间的电容发生改变， 这种改变以交变电压信号的形式输出，可以反映出入声口处声 波的频率和幅度变化。
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模拟麦克风输出信号波形
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数字麦克风输出脉冲信号
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引脚
与传统麦克风的两只引脚结构不同，数字麦克风一般具 有4～5 只引脚，其功能分别为Vdd-电源输入、GND-地线、 CLK-时钟输入、DATA-数据输出、L/R-左右声道输出信号选择。 根据客户需求，也可将L/R 选择端采取内部连接而形成4 引 脚结构，也有的IC芯片厂家同时供应不同型号的L或R声道芯 片供客户选用。
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Carbon Microphone
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Carbon Microphone
在我国的通信网中，直到1996年以后，才逐步淘汰碳精式 话筒。 淘汰碳精话筒的理由，主要是由于它存在以下缺点： 1、频率响应差。 2、易老化，用得久了性能劣化严重。 3、体积大、重量大。
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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)所定立的一种测试音 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 A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。
Omni-directional
Cardio
Hype-cardio
Bi-directional
(Uni-directional)
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1.Omni-directional
An Omni-directional microphone (also known as a
pressure microphone) is a microphone that picks up sound equally well from any direction. The front of the microphone does not have to be aimed at the source.
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麥克風的分類
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1.按换能原理 2.按输出信号 3.按指向性/声场作用力 4.按尺寸
5.按接口
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按换能原理
1.Carbon Microphone
2.Dynamic Microphone 3.Condenser Microphone
4.Piezoelectric Microphone
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Carbon Microphone
碳精话筒的原理，就是不同强度的声音产生的压力不同， 导致炭精颗粒之间的接触电阻变化，流过话筒的电流会跟着变 化，这样就把声音变成了电信号。 碳精话筒能够直接由声 音信号转换为有一定强度的电信号，经转换的电信号强度可达 -20~0dB之间，不必经任何处理就可以直接在电信网中传输。 相对而言，由其他技术体系实现的受话器，话筒信号均须经过 约20~30dB的放大才可以在电信网中传输。 也就是说，碳 精话筒本身具有约相当于20dB的增益。
Agenda
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History Microphone varieties Directional Characteristics
Parameter
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麦克风，学名为传声器，是将声音信号转换为电信号的 能量转换器件，由Microphone翻译而来。也称话筒、微音器。 首先来回顾一下麦克风的发展史，有人可能知道在爱迪生 留声机中，那个受话器其实就是麦克风的雏形。麦克风是录音 环节中负责收集声音的设备，在最初的机械录音中，麦克风(受 话器)负责将声音信号转换为振膜的振动，并将这种振动传递给 细针，以刻录锡箔。后来，磁性录音技术的崛起，麦克风也随 之发展成为一种将声音信号转换为电信号的设备 。 二十世纪，麦克风由最初通过电阻转换声电发展为电感、 电容式转换，大量新的麦克风技术逐渐发展起来，这其中包括铝 带、动圈等麦克风，以及当前广泛使用的电容麦克风和驻极体麦 克风。
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 阻抗匹配所谓的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 尺长的讯号线而不至失真。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。 压网络(阻抗匹配)。
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1 kHz的讯号在94 dB的音压电平位 准( SPL)下准下量测开路的麦克风，取得的毫伏特( millivolt ) 值，单位为mV / Pa
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。
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按尺寸
1.φ3.0/4.0*1.0/1.5 2.φ6.0*1.5/2.2/2.7 3.φ9.8*5.0
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按接口
(Terminal Type)
(SMD TYPE)
(Pin Type)
(Contact Type)
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按输出信号
1. Analog Microphone
2. Digital Microphone
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数字麦克风
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传统ECM麦克风
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模拟信号与数字信号
模拟数据(Analog Data)是由传感器采集得到的连续变化 的值，例如温度、压力 数字信号是一种离散信号，通过电压脉冲即电压的高与低 两种形式表示要传输的数据。数字数据(Digital Data)则是模 拟数据经量化后得到的离散的值 数字麦克风便是将采集到的声压这一连续变化的模拟物理 量，直接转换为特定编码格式的数字脉冲信号输出，供IT应用 设备进行加工处理。
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讯号噪音比( Signal-to-noise ratio, S/N)
讯号噪音比(讯噪比)是原始讯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94 dB 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。
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输出阻抗(Impedance)
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Piezoelectric Microphone
MEMS 麦克风就是用MEMS 技术加工的麦克风产品，也简 称为硅麦克风。 MEMS麦克风内含两块CMOS芯片 MEMS（微机电系统）芯片和ASIC（专用IC）芯片。两颗 芯片被封装在一个由PCB与金属外壳组合的SMD 表面贴装器 件中。 MEMS 芯片主要由硅材料制作的背极和一片弹性硅膜组 成，以其代替ECM麦克风中的振膜与背极板组成的电容，可 以将声压转换为电容变化。 ASIC 芯片用于检测MEMS 电容变化，并将其转换为电信 号，传递给相关处理器件，如配套设备的前置放大器或音频 输入接口等。
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3.Bi-directional
A noise canceling microphone is a directional
microphone designed for use at a close distance to the talker’s mouth. These microphones cancel sound pressure beyond this distance due to the amplitude of the frequency applying equal pressure from both side of the microphone.
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按指向性/声场作用力
1.Omni-directional
2.Uni-directional 3.Bi-directional
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Common polar patterns for microphones
(microphone facing up in diagram)
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Dynamic Microphone
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Dynamic Microphone
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Condenser Microphone
Diaphragm Resistance
Signal
Sound waves
Battery
ห้องสมุดไป่ตู้阮宏飞
Back Plate
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数字麦克风优点
1.数字脉冲信号输出强度要远大于传统模拟ECM 麦克风 信号，这样在产品设计中可以不必为防止电磁干扰而必须要 求采用屏蔽线及连线长度的考虑而费心，相应还可以降低设 计成本。数字麦克风在没有时钟输入期间可以自动进入省电 休眠状态，这一功能非常适合于采用电池供电的便携式设备。 2.与模拟麦克风相比，数字麦克风可以提供更好的信噪 比以及更好抗RF和EMI干扰能力。在数字麦克风或传统的驻 极体电容麦克风之后，跟随一个模拟数字转换器电路，将在 给定的采样速率输出条件下直接向新总线提供音频采样。数 字麦克风的数据可以更加直接由CPU软件控制，以提供多种 语音处理功能。
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MEMS麦克风原理示意图
MEMS麦克风封装示意图
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二者对比
1 针对传统麦克风而言，不论是制作ECM振膜和背极板的 材料，还是ECM的永久振膜充电工艺，由于现有高分子驻极材 料的温度局限性，在表面安装必需的高温下，电荷驻极性能 都会因活跃电荷的逃逸显著下降。因为ECM不能进行表面安装， 而需手工组装，故与能够采用自动分捡(pick and place)组 装工艺，能被焊接到电路板上的元件相比，它的组装成本更 高，可靠性更低。 MEMS 麦克风是采用标准CMOS 材料和工艺制作的，它们 的构成材料硅在本质上就能够耐受表面安装时所需的高温环 境。 2.MEMS麦克风IC结构特性使其占位面积和高度比传统ECM 尺寸小得多，特殊的封装结构又使这种麦克风系统的总体高 度显著降低，尤其可以制作出称为零高度安装的特殊结构 3. MEMS麦克风振膜的尺寸和质量都很小，较之直径46mm 的ECM 振膜，其直径小于0.5mm，提高了抗振动性噪音干 扰能力