驻极体传声器基础知识讲座

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动圈式
按工作原理分类
电磁式 压电式 电容式
声频电容传声器 驻极体电容传声器
3、驻极体电容传声器(ECM):驻极体在电声换能器 驻极体电容传声器(ECM): ——传声器上的具体运用。 传声器上的具体运用。 传声器上的具体运用
R
一、名词解释
声音: 声音:由物体振动而产生的声波通过听觉器官所产 生的印象。 生的印象。 平行板电容: 平行板电容:两个彼此绝缘而相互靠近的平行板导 体。 注:我们的产品就是由膜片上的金属镀层与背极板 充当平行板电容器两极板的角色,垫片、 充当平行板电容器两极板的角色,垫片、背极座与 外壳三者固定让膜片和背极板两者彼此绝缘而相互 靠近。 靠近。
Pa与ubar的换算关系为: Pa与ubar的换算关系为: 1Pa=10ubar 的换算关系为 所以: mv/ubar=10mv/ 所以: 1mv/ubar=10mv/pa
R
ECM灵敏度参数一般用灵敏度级表示. ECM灵敏度参数一般用灵敏度级表示. 灵敏度参数一般用灵敏度级表示 单位为分贝( 单位为分贝(dB).
+20 +10
+3 -6 -3 +3 -3 -10 +10
-30 20
50
100 200
500
1000
2000
5000
10000 20000
单 指 向 包 络 框
R
3、指向性(Directivity) 指向性(
指向性特性又称方向性,是表征传声器对不 指向性特性又称方向性, 同入射方向的声信号检测的灵敏度。
R
约相当于人们正常音量讲话。 1微巴(ubar)约相当于人们正常音量讲话。 微巴( 并在离嘴1米远的地方测量所得到的声压。 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: 灵敏度的单位为:
毫伏/ 毫伏/帕(mv/Pa)——国际标准 mv/Pa) 国际标准 毫伏/微巴(mv/ubar) ——日本标准。 日本标准。 毫伏/微巴(mv/ 日本标准 是指1牛顿(N)的力作用在 的力作用在1 1帕(Pa)是指1牛顿(N)的力作用在1平方米面积上的 压强. 压强. 1Pa=20log(1/0.000020)=94dB SPL
R
二、ECM工作原理 工作原理
1、振膜式 振膜式ECM静态原理示意图 振膜式 静态原理示意图
金属层
P
驻极体薄膜
空气间隙
E R
铜板
振膜式ECM特点:驻极体和振动膜合二为一。 特点:驻极体和振动膜合二为一。 振膜式 特点
R
ECM工作原理简述 工作原理简述 镀金属层薄膜与背极板形成空气 介质电容。 介质电容。 对驻极体充电形成电场。 对驻极体充电形成电场。E=Q/C 声波使薄膜振动, 声波使薄膜振动,改变电容量和 电场,产生电信号。 电场,产生电信号。 /△ △E = Q /△C
R
二、ECM工作原理 工作原理
当声波作用于金属膜片时, 当声波作用于金属膜片时,膜片发生相应 的振动, 的振动,于是就改变了它与固定极板之间的距 从而使电容量发生变化, 离,从而使电容量发生变化,而电容量的变化 可以转化为电路中电信号的变化。因此, 可以转化为电路中电信号的变化。因此,通过 这样一个物理过程就可以把声波的振动转变为 电路中相应的电信号,并有负载电阻输出。 电路中相应的电信号,并有负载电阻输出。
驻极体传声器基础知识 讲 座
R
课程内容
一、名词解释 二、驻极体发展史 三、驻极体电容传声器工作原理 四、驻极体电容传声器技术参数 五、实际使用中应注意的几个问题 六、驻极体电容传声器生产常见问题
R
一、名词解释
1、驻极体(Electret):能长久保持电极化状态的电介质。这 、驻极体(Electret):能长久保持电极化状态的电介质。 种电介质一般是高分子聚合物。例如:聚丙烯、聚四氟乙烯等。 种电介质一般是高分子聚合物。例如:聚丙烯、聚四氟乙烯等。 传声器(Microphone):将声信号转换为电信号的换能器。 2、传声器(Microphone):将声信号转换为电信号的换能器。
R
②声学环境要求:自由场 声学环境要求:自由场——消声室 消声室
消声室及测试图
R
③测试标准仪器: 测试标准仪器:
B&K2021 声频分析仪
R
不同电压变化频响曲线图 工 作
2.0V 2.2K 1.5V 2.2K
电 压
3.0V 2.2K 4.5V 2.2K
R
不同电阻变化频响曲线图
标 准 负
2.0V 1.0K 2.0V 680Ω 2.0V 680Ω
D S Term.2
+
C
-
Output
RL Term.3
Ground
Shield case
RL=2.2KΩ (External resistor) Vs=1.5V
R
2、频率响应(Frequency Response):
是指传声器正常工作的频带宽度。 频率响应是指传声器正常工作的频带宽度。
全指向产品——20~20KHZ 全指向产品
③固有噪声引起的额定等效声压是开路输出电压与 额定自由场灵敏度之比, 额定自由场灵敏度之比,等效噪声级是额定等效声压 与基准声压( 之比, 与基准声压(20uPa)之比,用分贝表示。 之比 用分贝表示。
即:
Ln=20 ㏒(
Vn M×Po
)
Ln: 传声器等效噪声级 Vn:噪声电压( 计权)(uV) Vn:噪声电压(A计权)(uV) 噪声电压 )(uV M:自由场灵敏度(Mv/Pa) 自由场灵敏度(Mv/Pa) Po:(参考声压) Po:(参考声压)2 ×10-5 Pa
①ECM频宽: 频宽: 频宽
单指向产品——100~10KHZ 单指向产品
300~3,400HZ ,
语音频宽: ②语音频宽:
200~5,000HZ ,
实际频响曲线
全 指 向 曲 线 图
单 指 向 曲 线 图
R
全 指 向 包 络 框
0 -10 -20
Frequency Response :(0dB =1V/Pa, 1KHz)
圆心( 圆心(Omnidirectional)
心型( 心型(Cardioid) 超心型( 超心型(super-cardioid 锐心型( 锐心型(Hyper-cardoiod)
全指向 (无方向、全方向) 无方向、全方向)
ECM指向 ECM指向 性分类
单指向
双指向
8字型(Bi-directional) 字型(
R
背极式工作动态原理图
动态时薄膜上下振动示意图
金属层
P
涤纶薄膜
空气间隙
E R
驻极体 铜板
E=Q/C
△E=Q/△C
R
全指向产品结Baidu Nhomakorabea示意图
PCB(FET) CHAMBER RING PLATE SPACER DLAPHRAGM
CASE
SCREEN
R
三、驻极体传声器重要参数
灵敏度(Sensitivity) : 1、灵敏度
)
1 × Po
)
Vn M
1
=20 ㏒
Po
+
M Vn
20 ㏒
=94 - 20 ㏒ =94-S/N
Ln=94-S/N
1Pa=20㏒ = 20㏒ = 20㏒
I Po 1 2×10-5 10 5 2
5
1Pa=94dB
= 20㏒(0.5×10 ) = 20㏒(5×10 4) = 80+20㏒5 = 80+20×0.7 =94 (dB)
M 灵敏度 参考灵敏度 0dB=1V/Pa 灵敏度级
公式: 公式:
Lm = 20㏒10
Mr
M=10mV/ 例: M=10mV/Pa
10mv/pa
Lm = 20㏒10 20× = 20×(-2) = -40(dB)
1V/pa
R
准确测量灵敏度的条件: 准确测量灵敏度的条件:
①测量环境
正常测试条件 温度:5~35℃ 温度: 湿度:45~85% 湿度: 气压: 气压:86~106kPa 标准测试条件 温度: 温度:20±2℃ 湿度: 湿度:60~70% 气压: 86~106kPa 气压:
一般要求为:2.0V降低到1.5V 一般要求为:2.0V降低到1.5V :2.0 1.5 灵敏度不超过灵敏度不超过-3dB 该特性主要决定于FET的增益降压特性 该特性主要决定于FET的增益降压特性 FET 一般以降压0.5V 一般以降压0.5V灵敏度的变化量为指标 0.5 :3.0V降压到2.5 2.5V 4.5V降压到2.5 2.5V 如:3.0V降压到2.5V或4.5V降压到2.5V灵敏 度的变化量
100 2
-2 3 -5
=20 ㏒50 =20 (1+ ㏒5) =20 × 1.7 =34 (dB)
信噪比(S/N): 信噪比( 传声器灵敏度与固有噪声( 计权)之比。 传声器灵敏度与固有噪声(A计权)之比。 值表示。 一般用 dB 值表示。
M
20㏒ S/N= 20㏒
Vn
例:一动圈传声器的灵敏度为1mv/Pa 一动圈传声器的灵敏度为1mv/
灵敏度表示传声器的声——电转换效率。是表 电转换效率。 灵敏度表示传声器的声 电转换效率 ECM的声电转换能力强弱的物理量 的声电转换能力强弱的物理量。 征ECM的声电转换能力强弱的物理量。
定义:在自由声场中, 定义:在自由声场中,当向传声器施加一个声
压为1 微巴( 的声信号时, 压为1帕(Pa) 或 1微巴(ubar) 的声信号时,传 声器的开路输出(以毫伏为单位), ),即为该传声器 声器的开路输出(以毫伏为单位),即为该传声器 的灵敏度。 的灵敏度。
R
心脏图(极性图) 心脏图(极性图)
扁心型( 扁心型(B) 心型( 心型(X )
扁圆型( 扁圆型(G) 超心型(C) 超心型(
R
8字型
圆型
锐心型
R
4、等效噪声级 (Self Noise)与信噪比 (S/N Ratio) 、 信噪比
等效噪声级:无外声场时,仅由传声器固有噪声 等效噪声级:无外声场时, 引起的输出电压, 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。 电压的外部声压级。 ①测量固有噪声时,传声器与声、风冲击,振动 测量固有噪声时,传声器与声、风冲击, 及外部电场或磁场隔离,以避免其对测量的干绕。 及外部电场或磁场隔离,以避免其对测量的干绕。 ②测量传声器固有噪声引起的输出电压,除非另 测量传声器固有噪声引起的输出电压, 有说明,则就应加A计权测量 计权测量。 有说明,则就应加 计权测量。
固有噪声电压为0.8uV 固有噪声电压为0.8uV 0.8 则信噪比为: 则信噪比为:
1 ×10
3
20㏒ S/N= 20㏒
=64 (dB)
0.8
等效噪声级与信噪比的关系: 等效噪声级与信噪比的关系: 根据等效噪声级公式推导: 根据等效噪声级公式推导:
Vn
Ln=20 ㏒( =20 ㏒(
M×Po
Vn M
R
振膜式工作动态原理图
P
金属层
动态时薄膜上下振动示意图
驻极体薄膜
E
空气间隙 铜 板
R
E=Q/C
△E=Q/△C
R
ECM工作原理 工作原理 2、背极式ECM静态原理示意图 、背极式 静态原理示意图
金属层
P
涤纶薄膜
空气间隙
E
驻极体
R
铜板
背极式ECM特点:驻极体与极板合二为一。 特点:驻极体与极板合二为一。 背极式 特点
等效噪声级与 信噪比的关系 S/N=94-Ln
R
消耗电流( 5、消耗电流(current consumption)
一般要求为≤0.5mA(500uA) 一般要求为≤0.5mA(500uA) 内控要求为≤0.3mA(350uA) 内控要求为≤0.3mA(350uA) 要求为
R
6、降压特性(Sensitiuity reduction) 降压特性(
例:一电容传声器测量数据为: 一电容传声器测量数据为: 灵敏度: mv/ 灵敏度:=10 mv/Pa 则:等效噪声级Ln为 等效噪声级Ln为 Ln
10uV
固有噪声电压( 计权):10uV 固有噪声电压(A计权):10uV ):10
Ln=20 ㏒ =20 ㏒ =20 ㏒ =20 ㏒
10mV/Pa×2×10 -5 Pa 10 10 ×10 ×2 ×10 1 2 ×10
R
ECM 分类
振膜式 (Foil) 驻极体电容传声器 (ECM)分类: )分类: 背极式 (Back) 前极式 (Front)
R
驻极体发展史
首次提出驻极体理论的是一百多年前英 国电气工程师赫维赛。 国电气工程师赫维赛。 1919年日本江口元太郎做出世界上第 1919年日本江口元太郎做出世界上第 一个驻极体。 一个驻极体。 二十世纪九十年代以前驻极体只用于国 防科技,民间不允许开发、使用。 防科技,民间不允许开发、使用。
载 电 阻
2.0V 2.2K 2.0V 1.5K
R
④ 标准测试电路图 1)全指向电原理图 )
FET impedance Converter
Term.1 RL
C
Output
ECM unit Term.2 Shield case
+Vs Ground
R
2)单指向电原理图
Term.1 +Vs
FET impedance Converter G
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