驻极体传声器讲义3

豪恩电声科技有限公司 共9页第9页驻极体传声器讲义一、 概述驻极体传声器是传声器的一种。根据应用领域和技术参数的不同要求，表述称谓不同。比如：在文艺演出，会议扩声，录放场合业内人士称传声器。而在语音传输、助听系统、通信领域业内人士多称送话器。其实其功能是相同的，即将声信号转化为电信号。为了实现这一转换，人们研究和开发了各种各样不同形式、不同原理的传声器。见下表。传声器的分类分类方式换能原理声源作用方式指向特性传输方式传声器类型静电式电容压强式压差式组合式线列式抛物面式反射式全向有线传输无线传输驻极体双向电动式动圈 单向心形超心形超指向性带式压电式晶体陶瓷高聚合物可变指向性电磁式碳粒式半导体式 由于驻极体传声器是按静电式原理工作的，因此它具有静电式电声器件的很多优点。如频带宽、音质好、失真小，瞬态响应好，对机械振动不敏感等。而且由于自身带有极化电荷，不需外加极化电压，这样不仅可简化自身的结构，而且也可使与其配接的整机线路大大简化。又因其具有体积小、重量轻，价格便宜等优点。因而在手机、录音机、助听器、电话机、声控玩具等方面得到了广泛的应用。下面就驻极体传声器做一详细的介绍。二、 驻极体传声器的工作原理 驻极体传声器的工作原理是静电式的，如图一、图二。由图一可知，振膜式驻极体传声器是由一面镀有金属层，另一面带有电荷的驻极体薄膜，与一个上面有若干小孔的金属电极（背极）构成。驻极体带有电荷的一面与背极相对，中间有一个极小的空气隙，形成了一个以空气隙和驻极体作绝缘介质，以背极和驻极体上的金属层做两个电极的介质电容。由于驻体体上具有极化电荷，于是在电容器的两极之间就有了电位差。当声波作用于驻极体薄膜时，振膜振动产生位移，改变了电容器的电容量，电容量的改变使电容器的输出端产生了相应的交变电压信号，于是便完成了声电转换任务。具体工作过程是这样的：直流电源通过电阻R给复合场效应管FET提供工作电压，由声音变换的交流电压（极头提供）通过偶合电容C输出给下一级电路，从而完成声电转换功能。图二是驻极体传声器的工作原理图。在极头输出端接入一复合场效管（FET），是起阻抗变换和放大作用，主要是阻抗变换。根据XC=1/jwc可知C很小时，则XC很大，而C一般在十几皮法（PF）范围，那么XC即在8M左右，这么高的极头输出阻抗无法与后级匹配，而场效应管的输入阻抗很高，经阻抗变换后，整体咪头输出阻抗在700范围内，容易与后级匹配。三 驻极体传声器的结构 驻极体传声器也俗称“咪头”，或叫“MIC”。其典型构成零件有：防尘布、外壳、振膜、垫片、背极、腔体、FET场效应管、线路板等。根据接入方式的不同，可以加针脚、连线、咪套、软线路板、同心圆弹针等辅助零件。各零件的制做方法和材料可有多种选择。 根据客户的不同要求，选择和决定组成成品咪的各零件。其具体典型组装结构如下： 图三 驻极体传声器剖面结构 从驻极体所处的位置不同，咪头又可分为：振膜式和背极式。 振膜式：是极化上电荷的驻极体在振膜上，即振膜担负着两个功能，一个是振动传导声音，一个是贮存极化电荷。 背极式：是极化上电荷的驻极体在背极上，振膜只提供振动传导声音，贮存极化电荷的功能转移给背极承担。两种结构都可以很好的实现传声功能。但在制做调试上，背极式比振膜式有更多选择的调整因素。因而从理论上来说可做的更好。例如：膜片可以选的更薄，驻极体可以涂敷的厚些，极化电荷比振膜式更趋稳定。而振膜式的振膜由于肩负着振动和贮存极化电荷两种功能，所以在选择膜片时，就必须兼顾其振动性和贮存性两个参数，这样就难以选择和不容易达到两参数均佳的效果。四. 从指向性特性来解析驻极体传声器的应用传声器的指向性是指声音从传声器所处的三维空间的各个方向入射时，传声器在不同声频点上输出的灵敏度值。用极坐标将角度和灵敏度值图形化后有以下几种：（仅一个截面，真实的图形是空间立体的。）图四 图五 图六全向是不论声音从何方向入射，传声器的灵敏度值都相等。见图四。双向是在前（0）、后（180）两个方向呈现最大灵敏度，在两侧（90、270）灵敏度几乎为零。见图五。单向传声器在正前方（0）的某个夹角内具有较高的灵敏度，而在侧后方灵敏度值均较小。见图六。为什么要设计制造这些不同指向的传声器呢？是根据其不同的应用场合而设计的。比如：记者采访录音时，只希望被采访者的声音录入，而周围的杂声最好能屏蔽掉，这样用单向传声器便能很好的做到。对双向传声器又有人称其为“抗噪声”，只所以这样称谓，是因为双向传声器既具有近讲效应，又具有很强的方向性。即在正、反方向入声时呈现的灵敏度与两侧面入声时呈现的灵敏度相差20dB以上。移动传声器距嘴边的距离便能很好的控制输出音量的大小。比如：想让某一句话得到加强或唱歌时某处加重，就可将传声器靠近嘴边，如果想产生余音袅袅或适可听到的效果，可将传声器稍移远嘴边。尤其唇齿发出的“噗噗”声可用远离传声器而消除掉，在0.5米外近讲效应即消失，即在0.5米以外入声，传声器呈现的灵敏度很低，这意味着0.5米以外的杂音便被屏蔽掉了，因而达到抗噪效果。同理，单向传声器也可起到抗噪作用，但其近讲效应不明显，仅靠方向性来达到抗噪功能。 如果没有特殊的应用要求，一般选用全向传声器，例如：手机、电话机、声控玩具等。只有在某种特殊场合或对传声器有特殊要求时才考虑到用指向性咪。五 极体传声器的主要技术参数1灵敏度：输出电压与作用于其振膜上的声压之比。单位：伏/帕（V/Pa）或毫伏/帕（mv/Pa） P=V/PaP： 灵敏度V： 输出电压Pa： 声压 2灵敏度级：灵敏度的对数表示。单位：dBLP=20 (P/P0) LP： 灵敏度级P： 灵敏度P0： 参考灵敏度 P0=1V/Pa在与整机配接时，后级放大器应根据咪头的灵敏度来设计。否则，从末级输出的声音听起来过大或过小。例如：一般手机用传声器灵敏度级范围：-442 dB（灵敏度：5mv/Pa 8mv/Pa）现今在实际使用中，灵敏度和灵敏度级存在两种基准参考单位。即：0 dB=1V/Pa0 dB=1V/10ubar=0.1V/ubar采用不同的灵敏度单位，则对应的灵敏度级不同，两者相差-20 dB。例如：-36 dB(0 dB=1V/Pa)= -56dB(0 dB=0.1V/ubar)采用0 dB=1V/Pa 为基准参考时，咪头的灵敏度级为：-36 dB(即：此值对应的灵敏度单位是：V/ Pa)；其换算成采用0dB=0.1V/ubar为基准参考时，咪头的灵敏度级为：-56dB(即：此值对应的灵敏度单位是：V/ubar)。3频率响应曲线：灵敏度随频率变化的曲线。 在语言通信中，一般强调语言传输的可懂度和清晰度。语言频率范围在：2004000HZ或3003400HZ 所以，应保证在此频段内的灵敏度达到一定值。且频响曲线平坦。4输出阻抗：从传声器输出端测得的内阻抗的模就是传声器的输出阻抗。单位：欧姆（） 传声器的输出阻抗会影响后级的匹配和传输效率。一般与传声器配接的第一级是电压放大时，其放大器输入阻抗设计为传声器输出阻抗的15倍；如果与传声器配接的第一级是功率放大器时，其放大器输入阻抗设计为与传声器输出阻抗大致相等。实际应用中与传声器配接的第一级放大器大多为电压放大器。一般驻极体传声器的输出阻抗为：700，为低阻抗输出。 5工作电压：驻极体传声器属于有源电声器件，所以要使其能正常工作，必须接入让其工作的外加电源，这个外加电源即为工作电压。单位：伏特（V） 范围：1.5V10V 工作电压的大小影响灵敏度大小。即通常所说的减压特性。大约电压变化3V，灵敏度变化在0.8 dB左右。6信噪比：传声器在额定正常工作条件下的输出电压与本底噪声输出电压相比的分贝数。单位：dB S/N =20 (VS/VN) S/N： 信噪比 VS： 输出电压 VN： 本底噪声 全向传声器一般信噪比60 dB， 信噪比越高越好，但受到产品结构的限制，灵敏度不可能作的很高。驻极体传声器的信噪比主要由其FET管及内贴电子器件决定，即：电子器件的电噪声、膜片的热扰动、外界电磁感应产生的噪声。此参数只是在设计新品咪头时作为设计技术来测量，只要设计合理、管芯选定，一般信噪比就定了，具体在生产过程中不会影响其数值。六 驻极体传声器的生产 从零件加工到成品装配，大致生产流程如下：1 各零件的制作。膜环、背极、垫片、腔体、线路板、外壳、防尘布等零件制作时涉及到机加工、电镀、冲压、注塑、化学腐蚀、电子拍照等生产工艺。2 各组件的制作。绷膜蒸镀、粘膜环制振膜、背极与FET场效应管的组装、线路板贴装电子器件或FET、腔体组的装配等涉及到粘环、点焊、贴片、装配等工艺。3 成品组装。各组件按生产流程图的要求组装成完整的成品。振膜入壳、垫片入壳、腔体组入壳、线路板组入壳、封边。具体见图七所示。七 驻极体传声器与整机的配接目前的配接方式大致有以下几种：1 直接焊接。用软线通过焊接将驻极体传声器和整机主板连起来。这种连接方式是最初的连接方式。它存在对咪头的热焊冲击，连线的长度和排放会引入一定的干扰，咪头的固定要另外设计专门夹座或其它固定方式。此种方法成本相对低。2 直插式配接。咪头在生产时将两输出焊点改为两针脚，整机上设计一专用的象“排插”一样的两座孔，装配时，直接将咪头插入即可。这种配接简单方便，但时间长了，接触面会氧化，弹性接触针脚会松动，造成接触不良和接触电阻变大，影响使用质量。但它避免了二次焊接对咪头的热冲击。此种方法成本相对较高。3 软线路板（FPCB）配接。在制作咪头时，将两输出焊点焊好软线路板，在与整机配接时，可焊接或压接等。此种方法既避免了对咪头的二次热焊冲击又避免了软导线的长度和排列的不便，也保证了接触的可靠性。但也需要另外设计固定咪头的夹座。此种方法成本相对高。4 咪套的应用。为了固定和减震现今出现了各式各样的咪套，咪头套上咪套后再与整机配接。目前大致有以下几种：4 1 固定型咪套。 纯粹的“咪套”功能，用橡胶或硅橡胶加工成咪头的形状，用其套住咪头，起保护和减震作用。不涉及整机的配接。42 导电胶连接型咪套。用硅橡胶制成一种既套住咪头又能通过导电橡胶与整机连接的咪套，此种连接存在接触可靠性不高和接触面易氧化的问题。43 弹针（弹片）连接型咪套。除了橡胶套外，再配接一带有固定弹针（弹片）的专用连接器。这样提高了与整机连接的可靠性，但增加了成本。八 驻极体传声器装入整机后的特点当咪头装入整机后，整机外壳、腔体空间、腔体形状、大小、腔体内的气压、温湿度等均会对咪头产生影响。具体影响复杂而随机，有关方面的研究也没有准确的量化参考，只能做一个大致的定性描述。灵敏度装入整机后一般会变低，但发生谐振时则在某频率点会变高。频响的变化则复杂的多。大致有几种情况：第一种是所用咪头的频响已处于所要求的最佳状态，不必对其做修正。只要求外壳设计时不影响其频响，即维持原频响不变。第二种是所用咪头未达到最佳状态，这样应精心设计外壳、位置、腔体形状等使总体频响最佳。第三种是咪头频响已达最佳状态，但因外壳等因素对整机的频响影响太大，从技术上难以消除，这样，就必须针对这种结构的外壳重新设计一种与之配套的咪头。从而改善整机的频响曲线。一般通讯中所用咪头属全向型，在设计其安装位置和进声孔时，没有严格要求，但其工作的腔体内不能产生声谐振，否则频响曲线不平坦。在全向咪与整机的装配中，注意前腔进声孔与咪头振膜的距离不能过大，如果过大会使直达声和反射声到达振膜的时间差变大，容易产生声干涉，从而形成共振，使整个频响曲线变坏。其它参数如：入声方向、开孔大小、开孔形状、开孔数量等怎样选择对使用效果影响不大。方向性咪头在与整机装配时，要特别注意它的后进声孔，尽量让后进声孔与前进声孔保持相同的声入射，因为其具备的方向性要求整机在设计时，控制其不同方向的入声，这才能很好的发挥其特性。这时进声孔的位置、多少、大小均对使用效果产生影响。具体如何选为佳，要通过实验选取。因为声在具体的声环境中表现出来的特性很复杂，很难通过简单的计算就能解决的。九 驻极体传声器在使用中的注意事项 91 工作电压应接正确，认清正负极，外加直流电压不能过高或过低（1V10V）。电压过低，管芯不在线性工作区，将会造成失真、性能变坏；而电压过高