麥克風(fēng)根據(jù)其換能原理可劃分為電動麥克風(fēng)和電容麥克風(fēng)兩種。其中電動類又可細(xì)分為動圈麥克風(fēng)和鋁帶麥克風(fēng) [2]。
常見的商用麥克風(fēng)類型有電容式麥克風(fēng)、晶體麥克風(fēng)碳質(zhì)麥克風(fēng)以及動態(tài)麥克風(fēng)。常用的電容式麥克風(fēng)使用的能量源有兩種：直流偏置電源和駐極體薄膜。這兩種電容式麥克風(fēng)和晶體麥克風(fēng)都是將聲能轉(zhuǎn)換為電能，產(chǎn)生一個變化的電場。碳質(zhì)麥克風(fēng)采用直流電壓源，通過聲音振動改變其電阻，從而將聲信號轉(zhuǎn)換為電信號。電容式、晶體以及碳質(zhì)麥克風(fēng)都產(chǎn)生一個與敏感膜位移成正比的電壓信號，而動態(tài)麥克風(fēng)則產(chǎn)生一個與敏感膜的振動的振動速率成正比的電壓信號。動態(tài)麥克風(fēng)采用永磁體為能量源，基于電感效應(yīng)將聲能轉(zhuǎn)換為電能 [3]。
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大多數(shù)麥克風(fēng)都是駐極體電容器麥克風(fēng)（ECM），這種技術(shù)已經(jīng)有幾十年的歷史。ECM 的工作原理是利用具有永久電荷隔離的聚合材料振動膜。與ECM的聚合材料振動膜相比，MEMS麥克風(fēng)在不同溫度下的性能都十分穩(wěn)定，不會受溫度、振動、濕度和時間的影響。由于耐熱性強，MEMS麥克風(fēng)可承受260℃的高溫回流焊，而性能不會有任何變化。由于組裝前后敏感性變化很小，這甚至可以節(jié)省制造過程中的音頻調(diào)試成本。目前，集成電路工藝正越來越廣泛地被應(yīng)用在傳感器及傳感器接口集成電路的制造中。這種微制造工藝具有精確、設(shè)計靈活、尺寸微型化、可與信號處理電路集成、低成本、大批量生產(chǎn)的優(yōu)點。早期微型麥克風(fēng)是基于壓阻效應(yīng)的，有研究報道稱，制作了以(1×1)cm2、2μm厚的多晶硅膜為敏感膜的麥克風(fēng)。但是，在敏感膜內(nèi)不存在應(yīng)力的情況下，這樣大并且很薄的多晶硅膜的一階諧振頻率將低于300Hz。一階諧振頻率在這樣低的頻段范圍內(nèi)將導(dǎo)致麥克風(fēng)在聽覺頻率范圍內(nèi)的頻率響應(yīng)極不均勻(靈敏度的變化量大于40dB)，這對于麥克風(fēng)應(yīng)用是不可接受的。當(dāng)敏感膜內(nèi)存在張應(yīng)力時，其諧振頻率將增大，卻以犧牲靈敏度為代價。當(dāng)然，可以通過調(diào)整敏感膜的尺寸來獲得更高的一階諧振頻率，但是這仍將減小靈敏度。由此可見，壓阻式方案并不適于微型麥克風(fēng)的制造 [3]。
一種可行的解決方案就是采用電容式方案，來制造微型麥克風(fēng)。這一方法的優(yōu)點就是：在集成電路制造工藝中使用的所有材料都可用于傳感器的制造。但是采用單芯片工藝制造微麥克風(fēng)有相當(dāng)難度，因為在兩個電容極板之間的空氣介質(zhì)只能有很小的間隔。而且，由于尺寸的限制，在一些應(yīng)用場合偏置電壓很難滿足?；谏鲜鰡栴}，對于電容式麥克風(fēng)的研究一直沒有間斷過
[3]。
20世紀(jì)初，麥克風(fēng)由最初通過電阻轉(zhuǎn)換聲電發(fā)展為電感、電容式轉(zhuǎn)換，大量新的麥克風(fēng)技術(shù)逐漸發(fā)展起來，這其中包括鋁帶動圈等麥克風(fēng)，以及當(dāng)前廣泛使用的電容麥克風(fēng)和駐極體麥克風(fēng)。圈麥克風(fēng)的工作原理是以人聲通過空氣使震膜振動，然后在震膜上的電磁線圈繞組和環(huán)繞在動圈麥頭的磁鐵形成磁力場切割，形成微弱的波動電流。電流輸送到擴音器，再以相反的過程把波動電流變成聲音 [4]。
麥克風(fēng)鋁帶麥克風(fēng)
對于鋁帶麥克風(fēng)來說，其使用的鋁帶既是麥克風(fēng)膜片，又是在磁場中運動的導(dǎo)體。鋁帶通常由鋁帛制成，厚0~1毫米，寬2毫米~4毫米，質(zhì)量僅為0.2毫克，以求達到較好的瞬態(tài)反應(yīng)。為了取得在2kHz~4kHz之間較理想的共振頻率，鋁帶被制成皺折狀以保持一個精確的張力值。鋁帶作為導(dǎo)體和麥克風(fēng)膜片被懸掛于兩磁極面中間的磁場中，隨入射聲波頻率而振動，同時在鋁帶兩端產(chǎn)生一定的電壓輸出 [2]。
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麥克風(fēng)電容型
電容式麥克風(fēng)有兩塊金屬極板，其中一塊表面涂有駐極體薄膜（多數(shù)為聚全氟乙丙烯）并將其接地，另一極板接在場效應(yīng)晶體管的柵極上，柵極與源極之間接有一個二極管。當(dāng)駐極體膜片本身帶有電荷，表面電荷地電量為Q，板極間地電容量為C，則在極頭上產(chǎn)生地電壓U=Q/C，當(dāng)受到振動或受到氣流地摩擦?xí)r，由于振動使兩極板間的距離改變，即電容C改變，而電量Q不變，就會引起電壓的變化，電壓變化的大小，反映了外界聲壓的強弱，這種電壓變化頻率反映了外界聲音的頻率，這就是駐極體傳聲器地工作原理 [2]。
電容式麥克風(fēng)的膜片多采用聚全氟乙丙烯，其濕度性能好，產(chǎn)生的表面電荷多，受濕度影響小。由于這種傳聲器也是電容式結(jié)構(gòu)，信號內(nèi)阻很大，為了將聲音產(chǎn)生的電壓信號引出來并加以放大，其輸出端也必須使用場效應(yīng)晶體管
[2]。
麥克風(fēng)指向性
指向性也叫話筒的極性( polar pattern)，它指話筒拾取來自不同方向的聲音的能力。一般分全向型、心型、超心型、8字型 [5]。
全向型(Omnidirectional)也叫無方向型，它對各個方向的聲音有相同的靈敏度。心型(Cardioid)屬指向型話筒，前端靈敏度最強，后端靈敏度最弱。超心型(Supercardioid)拾音區(qū)域比心型話筒更窄，但后端也會拾取聲音。8字型分別從前方和后方拾取聲音，但不從側(cè)面(90度角)拾音 [5]。
麥克風(fēng)技術(shù)指標(biāo)
靈敏度
指麥克風(fēng)的開路
電壓與作用在其膜片上的聲壓之比。實際上，麥克風(fēng)在聲場必然會引起聲場散射，所以靈敏度有兩種定義。一種是實際作用于膜片上的聲壓，稱為
聲壓靈敏度，另一種是指麥克風(fēng)未置入聲場的聲場聲壓，稱為聲場靈敏度，其中聲場靈敏度又分為
自由場靈敏度和擴散場靈敏度。通常錄音用麥克風(fēng)給出聲壓靈敏度，測量用麥克風(fēng)因應(yīng)用類型給出聲壓或聲場靈敏度
[5]。
靈敏度的單位是伏/帕（
伏特/帕斯卡，V/Pa），通常使用靈敏度級來表示，參考靈敏度為1V/Pa
[5]。
頻率響應(yīng)
是指麥克風(fēng)接受到不同頻率聲音時，輸出信號會隨著頻率的變化而發(fā)生放大或衰減。最理想的頻率響應(yīng)曲線為一條水平線，代表輸出信號能直實呈現(xiàn)原始聲音的特性，但這種理想情況不容易實現(xiàn)。一般來說，
電容式麥克風(fēng)的
頻率響應(yīng)曲線會比動圈式的來得平坦。常見的麥克風(fēng)頻率響應(yīng)曲線大多為高低頻衰減，而中低頻略為放大
[5]。
頻率響應(yīng)曲線圖中，橫軸為頻率，單位為赫茲，大部份情況取對數(shù)來表示；縱軸則為靈敏度，單位為分貝
[5]。
阻抗
3-pin XLR接頭可以產(chǎn)生平衡輸出信號，可有效消除外來的
噪聲干擾。三支針腳會標(biāo)明1、2、3三個數(shù)字；在美規(guī)中，1代表接地線，2代表正相（hot）訊號，3代表反相（cold）訊號；歐規(guī)中，1代表接地線，2代表反相（cold）訊號，3代表正相（hot）訊號
[5]。
信號噪聲比
用傳聲器輸出信號電壓與傳聲器內(nèi)在噪聲電壓比值的對數(shù)值來衡量。一般優(yōu)質(zhì)電容式傳聲器的S/N值為55~57dB [6]。
動態(tài)范圍
動態(tài)范圍小，會引起聲音失真，音質(zhì)變壞，因此要求足夠大的動態(tài)范圍 [6]。
等效噪聲級
聲波的聲壓作用在傳聲器上所產(chǎn)生的輸出電壓同傳聲器本身固有噪聲產(chǎn)生的輸出電壓相等，該聲波聲壓就等于傳聲器的等效噪聲級 [6]。
總諧波失真(THD)
諧波失真是指輸出信號比輸入信號多出的諧波成分。諧波失真由于系統(tǒng)不是完全線性造成的。所有附加諧波電平之和稱為總諧波失真。一般說來，500Hz頻率處的總諧波失真最小，因此不少產(chǎn)品均以該頻率的失真作為它的指標(biāo)?？傊C波失真在1%以F，入耳分辨不出來，超過10%就可以明顯聽出失真的成分。數(shù)值越小，音色就更加純凈，表明產(chǎn)品品質(zhì)越高。一般產(chǎn)品的總諧波失真都小于1%（以500Hz頻率測量） [6]
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麥克風(fēng)接頭
1/4吋（6.3mm）接頭以及3.5mm接頭有分單聲道（mono）和立體聲（stereo）兩種，簡單的區(qū)分方式是看接頭上有幾個黑色的絕緣環(huán)，兩個絕緣環(huán)代表
立體聲，一個絕緣環(huán)則代表單聲道
[2]。
接地
立體聲時為
右聲道；平衡單聲道時為反相訊號；或做為單聲道的
電源輸入端
立體聲時為
左聲道；平衡單聲道時為正相訊號；非平衡單聲道時的信號輸出端
絕緣環(huán) [2]
麥克風(fēng)聲音的采集角度
與透鏡的焦距有不同的變化一樣，麥克風(fēng)采集聲音的角度也是各不相同的。心形麥克風(fēng)可以從多個角度采集聲音。超心形麥克風(fēng)采集聲音的角度要相對小一些。槍形麥克風(fēng)采集聲音的角度和前兩者相比更窄。與鏡頭不同，麥克風(fēng)種類的臨界點并不精密。單人攝錄，也就是不和攝錄組進行的拍攝，最佳麥克風(fēng)選擇是小型的槍式麥克風(fēng) [7] 。
速率成正比的電壓信號。動態(tài)麥克風(fēng)采用永磁體為能量源，基于電感效應(yīng)將聲能轉(zhuǎn)換為電能
[3]。
麥克風(fēng)的歷史可以追溯到19世紀(jì)末，貝爾（Alexander Graham Bell）等科學(xué)家致力于尋找更好地拾取聲音的辦法，以用于改進當(dāng)時的最新發(fā)明——電話。期間他們發(fā)明了液體麥克風(fēng)和碳粒麥克風(fēng)，這些麥克風(fēng)效果并不理想，只是勉強能夠使用 [8]。
1949年，威尼伯斯特實驗室（森海塞爾的前身）研制出MD4型麥克風(fēng)，它能夠在嘈雜環(huán)境中有效抑制聲音回授，降低背景噪音。這就是世界上第一款抑制反饋的降噪型麥克風(fēng) [8]。
1961年，德國漢諾威的工業(yè)博覽會上，森海塞爾推出了MK102型和MK103型麥克風(fēng)。這兩款麥克風(fēng)詮釋了一個全新的麥克風(fēng)制造理念——RF射頻電容式，即采用小而薄的振動膜，具有體積小，重量輕的特點，同時能夠保證出色的音質(zhì)；另外，這種麥克風(fēng)對電磁干擾非常敏感。它們對氣候的影響具有很強的抗干擾性能，非常適用于一些全新的領(lǐng)域，例如，探險隊使用，日夜在室外操作，面對溫差極大的、氣候惡劣的戶外條件，該麥克風(fēng)仍然表現(xiàn)出眾 [8]。
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- 參考資料
- 1. 葉世蓀，葉佳寧著,上海話外來語二百例,上海大學(xué)出版社,2015.09,第132頁
- 2. 周小東編著,錄音工程師手冊（第2版）,中國廣播電視出版社,2015.04,第54頁
- 3. 劉曉為，陳偉平著,MEMS傳感器接口 ASIC集成技術(shù)=ASIC TECHNOLOGY OF MEMS SENSOR INTERFACE,國防工業(yè)出版社,2013.02,第206頁
- 4. 楊華編著,磁 權(quán)威版,現(xiàn)代出版社,2013.03,第5頁
- 5. 范俊軍編著,中國田野語言學(xué)概要 試用本=Introduction to Chinese fieldwork linguistics,廣東人民出版社,2016.05,第98頁
- 6. 范俊軍,中國田野語言學(xué)概要,廣東人民出版社,2016.05,第100頁
- 7. （英）湯姆·安著,新DV手冊,中國攝影出版社,2006年01月第1版,第41頁
- 8. 楊建峰主編,細(xì)說趣說萬事萬物由來,西安電子科技大學(xué)出版社,2015.07,第224頁
