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MIC 传声器 知识简介 结构专题 02 目录 MIC定义MIC的分类及介绍驻极体电容传声器 ECM 专题3 1工作原理3 2结构图3 3分类及特点3 4常用规格尺寸4 数字式 MEMS 微型硅麦专题4 1工作原理4 2结构图4 3优点4 4常用型号及尺寸5 MIC相关性能指标参数6 MIC结构设计及注意事项7 MIC未来发展趋势 03 MIC是传声器的简称 英文书写为 Microphone 又称话筒 北方俗称 麦克风 南方俗称 咪头 或 咪 也有地方称呼 咪胆 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 1 MIC的定义 02 本节说讲的MIC分类实际是指传声器的分类 从工作原理 可分为 炭精粒式 动圈式 电容式 压电式 微机电 MEMS 新型MIC 电容式传声器又分为 声频电容传声器 驻极体电容传声器 驻极体为手机中主要应用的传声器 以下章节主要讲述此种传声器 从传声器的方向性 可分为 全向 单向 双向 又称为消噪式 从极化方式 可分为 振膜式 背极式 前极式 在驻极体MIC中会有介绍 从对外连接方式 可分为 普通焊点式 L型带PIN脚式 P型同心圆式 S型 2 MIC的分类 02 2 1 1碳精MIC 碳精麦克风 CarbonMicrophone 作为旧式电话机的碳精话筒而曾大量使用 现今少用 故在此不作详细阐述 2 1 2动圈式传声器 动圈式麦克风 DynamicMicrophone 基本的构造包含线圈 振膜 永久磁铁三部份 当声波进入麦克风 振膜受到声波的压力而产生振动 与振膜连接在一起的线圈则开始在磁场中移动 根据法拉第定律以及楞次定律 线圈会产生感应电流 动圈式麦克风因为含有线圈和磁铁 不像电容式麦克风轻便 灵敏度较低 高低频响应表现较差 优点是价格较便宜 声音较为柔润 适合用来收录人声 2 1 3动圈式传声器 电容式麦克风 CondenserMicrophone 并没有线圈及磁铁 靠着电容两片隔板间距离的改变来产生电压变化 当声波进入麦克风 振动膜产生振动 因为基板是固定的 使得振动膜和基板之间的距离会随着振动而改变 根据电容的特性C S L S是隔板面积 L为隔板距离 当两块隔板距离发生变化时 电容值C会产生改变 再经由C Q V Q为电量 在电容式麦克风中会维持一个定值 可知 当C改变时 就会造成电压V的改变 对于驻极体MIC和MEMS微机电MIC以下内容会做阐述 这里暂不做介绍 2 MIC的分类 02 2 2 1全向型MIC 全向型MIC使用在声源与MIC之间无固定方向的情况以及要求MIC在各个方向上所接受的灵敏度都相同的情况 只要在MIC的音孔前外壳上开一个孔就可以了 手机多为全向型 全向麦克风的灵敏度在相同的距离下 在任何方向上相等 它的结构是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 下面给出全向型麦克风的频响和极性图 全向型MIC极性图 2 MIC的分类 02 2 2 2单向型MIC 单向MIC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 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 下面给出单向型麦克风的频响和极性图 下面给出全向型麦克风的频响和极性图 单向型MIC极性图 2 MIC的分类 02 2 2 3双向型MIC 消噪型 双向MIC 消噪型 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 双向MIC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 下面给出单向型麦克风的频响和极性图 双向型MIC极性图 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6 8dB 而降噪MIC的灵敏度最低 大约比全向MIC低大约10 12dB左右 2 MIC的分类 02 2 4 1普通焊点式 普通焊点式 L型有导线式和软板式 2 4 2带PIN脚式 带PIN脚式 P型插针式 不能SMT 2 4 3同心圆式 同心圆式 S型振膜为二氧化硅 可SMT 2 MIC的分类 02 3 驻极体电容MIC 驻极体 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 在高温和高压的作用下使振膜极化 让电荷 永久 性地存贮在驻极体材料之内形成所谓的的 镶嵌 电荷 工作原理 根据静电学原理 对于平行板电容器 有如下的关系式 C S L 为介电常数 S为两个极板的面积 L为两个极板之间的距离 另外 当一个电容器充有Q量的电荷 即驻极体上储存的永久电荷 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 振膜在声压的作用下产生振动 改变L值 从而改变电容 再进而改变电压值 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 3 1驻极体电容MIC工作原理 驻极体电容MIC又叫ECM 英文ElectricCondenserMicrophone的缩写 02 3 驻极体电容MIC 3 2驻极体电容MIC结构图 1 外壳 2 垫片 3 支撑座 4 背极 5 PCB 6 FET 7 电容 8 电容 9 绷膜环 振膜 10 铜环 11 无防布 12 声孔 13 后声腔 14 前声腔 背极和振膜分别为可变电容的两极 02 3 驻极体电容MIC 3 3驻极体电容的分类 驻极体电容传声器 ECM 分类 振膜式 Foil 背极式 Back 前极式 Front 当然也可按照方向分为全向型 单向型和双向 消噪 型 前面已做介绍 以下不再介绍 02 3 驻极体电容MIC 3 3 1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 振膜式工作动态原理图 C S LC Q E振膜振动 L变化 C进而变化 Q一定 E 电压 进而变化 E Q C 02 3 驻极体电容MIC 3 3 1背极式ECM 背极式ECM特点 驻极体与极板合二为一 振膜式ECM静态原理示意图 振膜式工作动态原理图 C S LC Q V振膜振动 L变化 C进而变化 Q一定 V进而变化 V Q C 02 3 驻极体电容MIC 3 4常用规格及尺寸 插针式 02 3 驻极体电容MIC 3 4常用规格及尺寸 引线式 常用线长 8 12 已有料号的也有7 9 10 13 15 也有FPC形式的 外形尺寸一样 只是引线的区别 02 3 驻极体电容MIC 3 4常用规格及尺寸 SMT同心圆式 板端布线图 SMT型 02 3 驻极体电容MIC 3 4常用规格及尺寸 SMT同心圆式 板端布线图 02 4 微机电 MEMS MIC 微机电麦克风 MEMSMicrophone 指使用微机电 MEMS MicroElectrical MechanicalSystem 技术做成的麦克风 也称麦克风芯片 microphonechip 或硅麦克风 siliconmicrophone 微机电麦克风的压力感应膜是以微机电技术直接蚀刻在硅芯片上 此集成电路芯片通常也整合入一些相关电路 如前置放大器 大多数微机电麦克风的设计 在基本原理上是属于电容式麦克风的一种变型 微机电麦克风也常内建类比数位转换器 直接输出数位讯号 成为数位式麦克风 以利与现今的数位电路连接 可简化电路设计 驻极体MIC输出的为模拟信号 4 1微机电 MEMS MIC工作原理 02 4 微机电 MEMS MIC 4 2微机电 MEMS MIC结构图 1 2 3 6 7 8 5 4 02 4 微机电 MEMS MIC 4 3微机电 MEMS MIC板端线路图 Acousticporthole L W H 4 2 1 3 PIN FUNCTION1 OUTPUT 2 NOCONNECTION3 GROUND 4 POWER 02 4 微机电 MEMS MIC 4 3微机电 MEMS MIC优点 优点 1 结构简单 体积小 2 耐高温 便于SMT安装 4 灵活的设计应用 5 兼容数字化发展 6 自动化程度高 7 稳定性好 适合大批量生产 传统驻极体麦克风配件结构图 硅麦克风配件结构图 02 4 微机电 MEMS MIC 4 4常用规格及尺寸 AAC为例 02 5 MIC相关性能指标 MIC的主要性能指标 消耗电流 即工作电流 需求100 A IDS 500 A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频率响应 在振幅允许的范围内音响系统能够重放的频率范围 以及在此范围内信号的变化量称为频率响应 也叫频率特性 单位为dB 输出阻抗 基本相当于负载电阻RL 30 之间 如果输出阻抗大于输入阻抗将导致声音失真 方向性 即全向 单向 及双向 降噪 MIC的频响曲线及容差特性 频率范围 全向 50 12000Hz20 16000Hz单向 100 12000Hz100 16000Hz消噪 100 10000Hz最大声压级 是指MIC的失真在3 时的声压级 声压级定义 20 pa 0dBSPLMaxSPL为115dBSPLASPL声压级A为A计权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 噪声主要是FET本身的噪声 02 6 MIC结构设计及注意事项 6 1 1MIC的失效 啸叫 介绍MIC结构设计之前先介绍MIC两种常见的失效 啸叫与回声啸叫与回声产生原因比较相似 但不一样 啸叫具体表现为听筒中发出很尖锐的噪声 就如去KTV时 话筒对着音响 话筒产生的尖锐的噪声 产生的原因主要如下 本方手机软件上sidetone的调节问题 导致MIC的部分音频信号传到了听筒 Sidetone的软件是手机模拟通话的一种测试功能 即声音通过本机的话筒传到本机的听筒 通话时 外部音频器件 听筒或免提时喇叭 发出的声音再次或多次放大后进入MIC经过攻放电路再次反复的放大而形成啸叫 原理 两部手机在非常近的状态下通话 声音相互干扰MIC也会造成啸叫 MIC没密封好 声音在机壳内回援后 先后多次进入MIC在现在设计中 sidetone至少出货到终端是关闭功能的 而其他情况基本不会发生 所以在客户端基本不会发生啸叫的情况 回声问题才是客诉的关键问题 02 6 MIC结构设计及注意事项 6 1 2MIC的失效 回声 回声的主要表现为通话时 若对方手机MIC设计有问题 声音会回传 而导致能听到自己的声音听到多次的对方声音 和啸叫的原因差不多 根本原因是声音再次或多次的进入MIC而产生的 以下几种现象会发生回声 硬件问题 选用MIC的灵敏度过高 外界稍微进入声音就能使MIC工作 这个挺重要运营商的网络问题 手机的部分上行信号在网络上有变为下行信号 本方手机软件上sidetone的调节问题 导致MIC的部分音频信号传到了听筒 电路设计对MIC存在电磁干扰源结构问题 MIC没密封好 声音在机壳内回援后 先后多次进入MICRECEIVER出音孔方向和MIC进音方向在同一平面 且彼此没隔离好 RECEIVER的声音进入MIC 免提时喇叭的声音进入MIC MIC和喇叭均没密封好 且距离也较近 喇叭声音通过机壳 振动等回援进入MIC 喇叭出音方向与MIC在同一方向 对讲机较多 综合以上 结构上需做到 MIC与RECEIVER或喇叭的出音方向尽量不要再同一平面 尤其是喇叭 MIC要尽量远离RECEIVER和喇叭 MIC RECEVIER 喇叭的密封相当重要 02 6 MIC结构设计及注意事项 6 2前音腔的密封 通过以上MIC失效分析 我们知道MIC密封很重要 MIC密封一般为用泡棉以一定的压缩量来保证充分的密封 压缩量建议在0 2 0 3mm 泡棉中等硬度或以上 MIC的两面均可作为密封面 不建议用侧面密封 底部有泡棉干涉密封 正面直接出音 效果最为理想 MIC直接与机壳零配合 无泡棉干涉密封 不能达到密封需求 性能不佳 有机壳回援回声风险 底部有泡棉干涉密封 但为直接出音 和不密封效果一样 性能不佳 有机壳回援回声 02 6 MIC结构设计及注意事项 6 3前音腔不允许有音腔容积 前音腔不允许有音腔容积 因为前音腔会对声音产生谐振 即对一些频率的声音产生共振 进而改变MIC的频率响应特性 效果最好 无谐振腔 效果不好 有谐振腔 效果不好 有谐振腔 02 6 MIC结构设计及注意事项 6 4设计参考值 尽量不要再按键上开MIC进音孔 不密封会有回声 密封会影响按键手感 另外MIC开孔不能再两侧 手握会盖住进音孔 MIC话音传入孔以 1mm圆孔居多 开孔过大不美观 开孔过小 会影响MIC的灵敏度 如孔形以其他形式设计 注意其面积与 1mm圆孔的面积相当 02 6 MIC结构设计及注意事项 6 4设计参考值 L1 0 3mm GAP 0 3mm L2 6mm 1 对于插针式或SMT的MIC MIC距离半边L1大于0 3mm 防止跌落撞坏 2 MIC声音通道的长度L2以 1mm圆孔通道面积算应该小于6mm 3 对于插针或SMT的MIC MIC与MIC定位结构间隙 0 5mm 02 6 MIC结构设计及注意事项 6 4设计参考值 ITF 0 2 0 3mm GAP 0 1mm 对于引线式或FPC的MIC引线或FPC长度应多预留大于1 0mm 以防跌落扯断对于引线式或FPC的MIC MIC与MIC定位结构间隙GA