1、MIC（傳聲器）知識簡介結(jié)構(gòu)專題,02,目錄： MIC定義 MIC的分類及介紹 駐極體電容傳聲器（ECM）專題 3.1 工作原理 3.2 結(jié)構(gòu)圖 3.3 分類及特點(diǎn) 3.4 常用規(guī)格尺寸 4. 數(shù)字式（MEMS）微型硅麥專題 4.1 工作原理 4.2 結(jié)構(gòu)圖 4.3 優(yōu)點(diǎn) 4.4 常用型號及尺寸 5. MIC相關(guān)性能指標(biāo)參數(shù) 6. MIC結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及注意事項(xiàng) 7. MIC未來發(fā)展趨勢,03,MIC是傳聲器的簡稱，英文書寫為“Microphone”,又稱話筒。北方俗稱“麥克風(fēng)”，南方俗稱“咪頭”或“咪”，也有地方稱呼“咪膽”。 傳聲器是一個聲-電轉(zhuǎn)換器件（也可以稱為換能器或傳感器），是和喇叭正好相

2、反的一個器件（電聲）。是聲音設(shè)備的兩個終端，傳聲器是輸入，喇叭是輸出。,1. MIC的定義,02,本節(jié)說講的MIC分類實(shí)際是指傳聲器的分類。 從工作原理，可分為： 炭精粒式，動圈式，電容式，壓電式，微機(jī)電（MEMS）新型MIC。 電容式傳聲器又分為：聲頻電容傳聲器，駐極體電容傳聲器。 （駐極體為手機(jī)中主要應(yīng)用的傳聲器，以下章節(jié)主要講述此種傳聲器） 從傳聲器的方向性，可分為： 全向，單向，雙向（又稱為消噪式） 從極化方式，可分為： 振膜式,背極式,前極式（在駐極體MIC中會有介紹） 從對外連接方式，可分為： 普通焊點(diǎn)式：L型 帶PIN腳式： P型 同心圓式： S型,2. MIC的分類,02,2.

3、1.1碳精MIC,碳精麥克風(fēng)（Carbon Microphone）作為舊式電話機(jī)的碳精話筒而曾大量使用。 現(xiàn)今少用。故在此不作詳細(xì)闡述。,2.1.2 動圈式傳聲器,動圈式麥克風(fēng)（Dynamic Microphone）基本的構(gòu)造包含線圈、振膜、永久磁鐵三部份。當(dāng)聲波進(jìn)入麥克風(fēng)，振膜受到聲波的壓力而產(chǎn)生振動，與振膜連接在一起的線圈則開始在磁場中移動，根據(jù)法拉第定律以及楞次定律，線圈會產(chǎn)生感應(yīng)電流。 動圈式麥克風(fēng)因?yàn)楹芯€圈和磁鐵，不像電容式麥克風(fēng)輕便，靈敏度較低，高低頻響應(yīng)表現(xiàn)較差。優(yōu)點(diǎn)是價(jià)格較便宜，聲音較為柔潤，適合用來收錄人聲。,2.1.3 動圈式傳聲器,電容式麥克風(fēng)（Condenser Mi

4、crophone） 并沒有線圈及磁鐵，靠著電容兩片隔板間距離的改變來產(chǎn)生電壓變化。當(dāng)聲波進(jìn)入麥克風(fēng)，振動膜產(chǎn)生振動，因?yàn)榛迨枪潭ǖ?，使得振動膜和基板之間的距離會隨著振動而改變，根據(jù)電容的特性C=S/L (S是隔板面積，L為隔板距離)。當(dāng)兩塊隔板距離發(fā)生變化時，電容值C會產(chǎn)生改變。再經(jīng)由C=Q/V (Q為電量，在電容式麥克風(fēng)中會維持一個定值)可知，當(dāng)C改變時，就會造成電壓V的改變。,對于駐極體MIC和MEMS微機(jī)電MIC以下內(nèi)容會做闡述，這里暫不做介紹。,2. MIC的分類,02,2.2.1 全向型MIC,全向型MIC使用在聲源與MIC之間無固定方向的情況以及要求MIC在各個方向上所接受的靈敏

5、度都相同的情況，只要在MIC的音孔前外殼上開一個孔就可以了。手機(jī)多為全向型。 全向麥克風(fēng)的靈敏度在相同的距離下，在任何方向上相等。它的結(jié)構(gòu)是PCB上全部密封，因此，聲壓只有從MIC的音孔進(jìn)入，因此是屬于壓強(qiáng)型傳聲器。 下面給出全向型麥克風(fēng)的頻響和極性圖,全向型MIC極性圖,2. MIC的分類,02,2.2.2 單向型MIC,單向MIC使用在聲源與MIC之間有固定方向的情況下，要求MIC在各個方向上所接受的靈敏度不相同的情況下，聲源與MIC之間的夾角為0時MIC的靈敏度最高，180時最低，這時必須在MIC的音孔前后，外殼上各開一個孔就可以了。 單向MIC 具有方向性，如果MIC的音孔正對聲源時為

6、0度,那么在0度時靈敏度最高,180度時靈敏度最低，在全方位上呈心型圖。單向MIC的結(jié)構(gòu)與全向MIC不同，它是在PCB上開有一些孔，聲音可以從音孔和PCB的開孔進(jìn)入，而且MIC的內(nèi)部還裝有吸音材料，因此是介于壓強(qiáng)和壓差之間的MIC。 下面給出單向型麥克風(fēng)的頻響和極性圖： 下面給出全向型麥克風(fēng)的頻響和極性圖,單向型MIC極性圖,2. MIC的分類,02,2.2.3 雙向型MIC（消噪型）,雙向MIC（消噪型）使用在聲源與MIC之間有固定方向的情況下，要求MIC在各個方向上所接受的靈敏度不相同的情況下，聲源與MIC之間的夾角為0和180時MIC的靈敏度最高，90和270時最低，這時必須在MIC的音

7、孔前后，外殼上各開一個孔就可以了。 雙向MIC是屬于壓差式MIC，它與單向MIC不同之處在于內(nèi)部沒有吸音材料，它的方向型圖是一個8字型： 下面給出單向型麥克風(fēng)的頻響和極性圖：,雙向型MIC極性圖,在其它條件相同的情況下全向MIC的靈敏度最高，單向MIC的靈敏度較低，大約比全向MIC低大約68dB，而降噪MIC的靈敏度最低，大約比全向MIC低大約10-12dB左右。,2. MIC的分類,02,2.4.1 普通焊點(diǎn)式,普通焊點(diǎn)式：L型 有導(dǎo)線式和軟板式,2.4.2 帶PIN腳式,帶PIN腳式： P型 插針式，不能SMT,2.4.3 同心圓式,同心圓式： S型 振膜為二氧化硅，可SMT,2. MIC

8、的分類,02,3. 駐極體電容MIC,駐極體：能長久保持電極化狀態(tài)的電介質(zhì)。這種電介質(zhì)一般是高分子聚合物。例如：聚丙烯、聚四氟乙烯等。在高溫和高壓的作用下使振膜極化，讓電荷永久性地存貯在駐極體材料之內(nèi)形成所謂的的“鑲嵌”電荷。 工作原理： 根據(jù)靜電學(xué)原理，對于平行板電容器，有如下的關(guān)系式：C=S/L 。為介電常數(shù)，S為兩個極板的面積，L為兩個極板之間的距離。另外，當(dāng)一個電容器充有Q量的電荷（即駐極體上儲存的永久電荷），那麼電容器兩個極板要形成一定的電壓，有如下關(guān)系式：C=Q/V。對于一個駐極體傳聲器，振膜在聲壓的作用下產(chǎn)生振動，改變L值，從而改變電容，再進(jìn)而改變電壓值。這樣初步完成了一個由聲信

9、號到電信號的轉(zhuǎn)換。 由于這個信號非常微弱，內(nèi)阻非常高，不能直接使用，因此還要進(jìn)行阻抗變換和放大。,3.1 駐極體電容MIC工作原理,駐極體電容MIC 又叫ECM，英文Electric Condenser Microphone的縮寫,02,3. 駐極體電容MIC,3.2 駐極體電容MIC結(jié)構(gòu)圖,1、外殼,2、墊片,3、支撐座,4、背極,5、PCB,6、FET,7、電容,8、電容,9、繃膜環(huán)（振膜）,10、銅環(huán),11、無防布,12、聲孔,13、后聲腔,14、前聲腔,背極和振膜分別為可變電容的兩極,02,3. 駐極體電容MIC,3.3 駐極體電容的分類,駐極體電容傳聲器（ECM）分類：,振膜式 (F

10、oil),背極式 (Back),前極式 (Front),當(dāng)然也可按照方向分為全向型，單向型和雙向（消噪）型，前面已做介紹。以下不再介紹。,02,3. 駐極體電容MIC,3.3.1 振膜式ECM,振膜式ECM特點(diǎn)：駐極體和振動膜合二為一。,振膜式ECM靜態(tài)原理示意圖,振膜式工作動態(tài)原理圖,C=S/L C=Q/E 振膜振動，L變化，C進(jìn)而變化，Q一定，E(電壓)進(jìn)而變化：E=Q/C,02,3. 駐極體電容MIC,3.3.1 背極式ECM,背極式ECM特點(diǎn)：駐極體與極板合二為一。,振膜式ECM靜態(tài)原理示意圖,振膜式工作動態(tài)原理圖,C=S/L C=Q/V 振膜振動，L變化，C進(jìn)而變化，Q一定，V進(jìn)而變

11、化：V=Q/C,02,3. 駐極體電容MIC,3.4 常用規(guī)格及尺寸,插針式,02,3. 駐極體電容MIC,3.4 常用規(guī)格及尺寸,引線式（常用線長：8,12,已有料號的也有7,9,10，13,15） 也有FPC形式的，外形尺寸一樣，只是引線的區(qū)別。,02,3. 駐極體電容MIC,3.4 常用規(guī)格及尺寸,SMT同心圓式,板端布線圖,SMT型,02,3. 駐極體電容MIC,3.4 常用規(guī)格及尺寸,SMT同心圓式,板端布線圖,02,4. 微機(jī)電（MEMS）MIC,微機(jī)電麥克風(fēng)（MEMS Microphone）指使用微機(jī)電（MEMS，MicroElectrical-Mechanical System

12、）技術(shù)做成的麥克風(fēng)，也稱麥克風(fēng)芯片（microphone chip）或硅麥克風(fēng)（silicon microphone）。 微機(jī)電麥克風(fēng)的壓力感應(yīng)膜是以微機(jī)電技術(shù)直接蝕刻在硅芯片上，此集成電路芯片通常也整合入一些相關(guān)電路，如前置放大器。 大多數(shù)微機(jī)電麥克風(fēng)的設(shè)計(jì)，在基本原理上是屬于電容式麥克風(fēng)的一種變型。 微機(jī)電麥克風(fēng)也常內(nèi)建類比數(shù)位轉(zhuǎn)換器，直接輸出數(shù)位訊號，成為數(shù)位式麥克風(fēng)，以利與現(xiàn)今的數(shù)位電路連接，可簡化電路設(shè)計(jì)。駐極體MIC輸出的為模擬信號。,4.1 微機(jī)電（MEMS）MIC工作原理,02,4. 微機(jī)電（MEMS）MIC,4.2 微機(jī)電（MEMS）MIC結(jié)構(gòu)圖,1,2,3,6,7,8,5,

13、4,02,4. 微機(jī)電（MEMS）MIC,4.3 微機(jī)電（MEMS）MIC板端線路圖,Acoustic port hole,L,W,H,4,2,1,3,PIN# FUNCTION 1.OUTPUT, 2.NO CONNECTION 3.GROUND, 4.POWER,02,4. 微機(jī)電（MEMS）MIC,4.3 微機(jī)電（MEMS）MIC 優(yōu)點(diǎn),優(yōu)點(diǎn)： 1. 結(jié)構(gòu)簡單，體積小. 2. 耐高溫,便于SMT安裝. 4. 靈活的設(shè)計(jì)應(yīng)用. 5. 兼容數(shù)字化發(fā)展. 6. 自動化程度高. 7. 穩(wěn)定性好，適合大批量生產(chǎn).,傳統(tǒng)駐極體麥克風(fēng)配件結(jié)構(gòu)圖,硅麥克風(fēng)配件結(jié)構(gòu)圖,02,4. 微機(jī)電（MEMS）MIC

14、,4.4 常用規(guī)格及尺寸（AAC為例）,02,5. MIC相關(guān)性能指標(biāo),MIC的主要性能指標(biāo)： 消耗電流： 即工作電流，需求100AIDS500A 靈敏度： 單位聲壓強(qiáng)下所能產(chǎn)生電壓大小的能力。單位：V/Pa或dBV/Pa 頻率響應(yīng)： 在振幅允許的范圍內(nèi)音響系統(tǒng)能夠重放的頻率范圍，以及在此范圍內(nèi) 信號的變化量稱為頻率響應(yīng)，也叫頻率特性，單位為dB。 輸出阻抗： 基本相當(dāng)于負(fù)載電阻RL-30%之間，如果輸出阻抗大于輸入阻抗將導(dǎo)致聲音失真。 方向性： 即全向，單向，及雙向(降噪)MIC的頻響曲線及容差特性。 頻率范圍： 全向： 50-12000Hz 20-16000Hz 單向：100-12000H

15、z 100-16000Hz 消噪：100-10000Hz 最大聲壓級: 是指MIC的失真在3%時的聲壓級,聲壓級定義:20pa=0dBSPL MaxSPL為115dBSPLA SPL聲壓級 A為A計(jì)權(quán) S/N信噪比： 即MIC的靈敏度與在相同條件下傳聲器本身的噪聲之比，噪聲主要是FET本身的噪聲。,02,6. MIC結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及注意事項(xiàng),6.1.1 MIC的失效嘯叫,介紹MIC結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)之前先介紹MIC兩種常見的失效-嘯叫與回聲 嘯叫與回聲產(chǎn)生原因比較相似，但不一樣。,嘯叫具體表現(xiàn)為聽筒中發(fā)出很尖銳的噪聲，就如去KTV時，話筒對著音響，話筒產(chǎn)生的尖銳的噪聲。產(chǎn)生的原因主要如下： 本方手機(jī)軟件上si

16、detone 的調(diào)節(jié)問題，導(dǎo)致MIC的部分音頻信號傳 到了聽筒。Sidetone的軟件是手機(jī)模擬通話的一種測試功能，即聲音 通過本機(jī)的話筒傳到本機(jī)的聽筒。 通話時，外部音頻器件（聽筒或免提時喇叭）發(fā)出的聲音再次或多 次放大后進(jìn)入MIC 經(jīng)過攻放電路再次反復(fù)的放大而形成嘯叫。（原理） 兩部手機(jī)在非常近的狀態(tài)下通話，聲音相互干擾MIC也會造成嘯叫。 MIC沒密封好，聲音在機(jī)殼內(nèi)回援后，先后多次進(jìn)入MIC 在現(xiàn)在設(shè)計(jì)中，sidetone至少出貨到終端是關(guān)閉功能的，而其他情況基本不會發(fā)生，所以在客戶端基本不會發(fā)生嘯叫的情況?；芈晢栴}才是客訴的關(guān)鍵問題。,02,6. MIC結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及注意事項(xiàng),6.1.2

17、 MIC的失效回聲,回聲的主要表現(xiàn)為通話時，若對方手機(jī)MIC設(shè)計(jì)有問題，聲音會回傳，而導(dǎo)致能聽到自己的聲音聽到多次的對方聲音。和嘯叫的原因差不多，根本原因是聲音再次或多次的進(jìn)入MIC而產(chǎn)生的。以下幾種現(xiàn)象會發(fā)生回聲： 硬件問題： 選用MIC的靈敏度過高，外界稍微進(jìn)入聲音就能使MIC工作。這個挺重要 運(yùn)營商的網(wǎng)絡(luò)問題，手機(jī)的部分上行信號在網(wǎng)絡(luò)上有變?yōu)橄滦行盘枺?本方手機(jī)軟件上sidetone 的調(diào)節(jié)問題，導(dǎo)致MIC的部分音頻信號傳到了聽筒。 電路設(shè)計(jì)對MIC存在電磁干擾源 結(jié)構(gòu)問題： MIC沒密封好，聲音在機(jī)殼內(nèi)回援后，先后多次進(jìn)入MIC RECEIVER 出音孔方向和 MIC進(jìn)音方向在同一平面

18、，且彼此沒隔離好，RECEIVER的 聲音進(jìn) 入MIC。 免提時喇叭的聲音進(jìn)入MIC ：MIC和喇叭均沒密封好，且距離也較近，喇叭聲音通 過機(jī)殼，振動等回援進(jìn)入MIC; 喇叭出音方向與MIC在同一方向。對講機(jī)較多。 綜合以上，結(jié)構(gòu)上需做到： MIC與RECEIVER或喇叭的出音方向盡量不要再同一平面，尤其是喇叭。 MIC要盡量遠(yuǎn)離RECEIVER和喇叭。 MIC,RECEVIER,喇叭的密封相當(dāng)重要,02,6. MIC結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及注意事項(xiàng),6.2 前音腔的密封,通過以上MIC失效分析，我們知道MIC密封很重要。MIC密封一般為用泡棉以一定的壓縮量來保證充分的密封，壓縮量建議在0.2-0.3mm。

19、泡棉中等硬度或以上。MIC的兩面均可作為密封面，不建議用側(cè)面密封。,底部有泡棉干涉密封，正面直接出音，效果最為理想,MIC直接與機(jī)殼零配合，無泡棉干涉密封，不能達(dá)到密封需求。性能不佳，有機(jī)殼回援回聲風(fēng)險(xiǎn)。,底部有泡棉干涉密封，但為直接出音，和不密封效果一樣，性能不佳，有機(jī)殼回援回聲,02,6. MIC結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及注意事項(xiàng),6.3 前音腔不允許有音腔容積,前音腔不允許有音腔容積，因?yàn)榍耙羟粫β曇舢a(chǎn)生諧振，即對一些頻率的聲音產(chǎn)生共振，進(jìn)而改變MIC的頻率響應(yīng)特性,效果最好，無諧振腔,效果不好，有諧振腔,效果不好，有諧振腔,02,6. MIC結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及注意事項(xiàng),6.4 設(shè)計(jì)參考值,盡量不要再按鍵上開

20、MIC進(jìn)音孔。不密封會有回聲。密封會影響按鍵手感。 另外MIC開孔不能再兩側(cè)，手握會蓋住進(jìn)音孔。,MIC話音傳入孔以1mm圓孔居多，開孔過大不美觀；開孔過小，會影響MIC的靈敏度。如孔形以其他形式設(shè)計(jì)，注意其面積與1mm圓孔的面積相當(dāng)。,02,6. MIC結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及注意事項(xiàng),6.4 設(shè)計(jì)參考值,L1 0.3mm,GAP 0.3mm,L2 6mm,1.對于插針式或SMT的MIC，MIC距離半邊L1大于0.3mm，防止跌落撞壞,2.MIC聲音通道的長度L2以1mm圓孔通道面積算應(yīng)該小于6mm。 3.對于插針或SMT的MIC，MIC與MIC定位結(jié)構(gòu)間隙0.5mm,02,6. MIC結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及注意事項(xiàng),6.4 設(shè)計(jì)參考值,ITF=0.2-0.3mm,GAP =0.1mm,對于引線式或FPC的MIC引線或FPC長度應(yīng)多預(yù)留大于1.0mm， 以防跌落扯斷 對于引線式或FPC的MIC ，MIC與MIC定位