[mài kè fēng]
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麦克风，学名为传声器，英语microphone(送话器)翻译，又称麦克风、微音器。麦克风是将声信号转换为电信号的能量转换器。除液体传声器和激光传声器外，还有动圈式、电容式、驻极体和最近新兴的硅微传声器。大多数麦克风是驻极体电容器麦克风，其工作原理是使用具有永久电荷隔离的聚合物振动膜[1]
。
中文名
麦克风
外文名
Microphone
繁体
麦克风注音
ㄇㄞˋ ㄎㄜˋ ㄈㄥ
拼音
mài kè fēng
学名
传声器
麦克风分类
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语音
麦克风可分为电动麦克风和电容麦克风。电动类可分为动圈麦克风和铝带麦克风[2]
。
电容式麦克风、晶体麦克风碳质麦克风和动态麦克风是常见的商用麦克风类型。常用的电容式麦克风有两种能源：直流偏置电源和驻极体膜。电容式麦克风和晶体麦克风都将声能转化为电能，产生变化。碳麦克风采用直流电压源，通过声振动改变其电阻，从而将声信号转换为电信号。电容式、晶体以及碳质麦克风都产生一个与敏感膜位移成正比的电压信号，而动态麦克风则产生一个与敏感膜的振动的振动速率成正比的电压信号。动态麦克风以永磁体为能量源，将声能转化为电能[3]
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麦克风特点
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语音
大多数麦克风都是驻极体电容器麦克风(ECM)，该技术已有几十年的历史。ECM 其工作原理是使用具有永久电荷隔离的聚合物振动膜。与ECM与聚合物振动膜相比，MEMS麦克风在不同温度下的性能非常稳定，不受温度、振动、湿度和时间的影响。耐热性强，MEMS麦克风可承受260℃高温回流焊，性能不会改变。由于组装前后敏感性变化小，甚至可以节省制造过程中的音频调试成本。目前，集成电路工艺在传感器和传感器接口的制造中得到了越来越广泛的应用。该微制造工艺具有精确、设计灵活、尺寸微型化、与信号处理电路集成、成本低、批量生产等优点。早期微型麦克风是基于压阻效应的，有研究报道称已经制作了(1×1)cm2、2μm厚多晶硅膜是敏感膜的麦克风。然而，当敏感膜中没有应力时，如此大而薄的多晶硅膜的一阶谐振频率将低于300Hz。在如此低的频段范围内，一阶谐振频率会导致麦克风在听觉频率范围内的频率响应极不均匀(灵敏度变化大于40dB)，麦克风应用是不可接受的。当敏感膜中有张应力时，谐振频率会增加，但以牺牲灵敏度为代价。当然，通过调整敏感膜的大小，可以获得更高的一阶谐振频率，但这仍然会降低灵敏度。由此可见，压阻方案不适合制造微型麦克风[3]
。
一种可行的解决方案是使用电容解决方案制造微型麦克风。该方法的优点是，集成电路制造过程中使用的所有材料都可用于传感器制造。然而，由于两个电容极板之间的空气介质只能有很小的间隔，因此很难使用单芯片工艺制造微麦克风。而且由于尺寸的限制，在某些应用中很难满足偏置电压。基于上述问题，电容式麦克风的研究从未停止[3]
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麦克风工作原理
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20世纪初，麦克风从最初的电阻转换到电感和电容转换，大量新的麦克风技术逐渐发展起来，包括铝驱动圈、广泛使用的电容式麦克风和驻极体麦克风。圆形麦克风的工作原理是通过人声通过空气振动振动膜，然后在振动膜上的电磁线圈绕组和磁铁周围形成磁场切割，形成微弱的波动电流。电流输送到扩音器，然后将波动电流转换为声音[4]
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麦克风铝带麦克风
对于铝带麦克风，它使用的铝带不仅是麦克风膜片，而且是在磁场中移动的导体。铝带通常由铝丝制成，厚0~宽2米，宽2毫米~4毫米，质量只有0.为了实现更好的瞬态反应，2毫克。为了取得在2kHz~4kHz在理想的共振频率之间，铝带被制成皱纹，以保持精确的张力值。铝带作为导体和麦克风膜片悬挂在两个磁极表面之间的磁场中，随着射频频率振动，在铝带两端产生一定的电压输出[2]
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麦克风电容型
电容式麦克风有两个金属极板，其中一个涂有驻极体膜(多为聚全氟乙烯)并接地，另一个极板连接在场效应晶体管的栅极上，栅极与源极间接有二极管。当驻极体膜片本身有电荷时，表面电荷地的电量为Q，板极间地电容量为C，地电压在极端产生U=Q/C，当振动或气流摩擦时，振动改变两极板之间的距离，即电容C，电量Q不变，会导致电压变化，电压变化的大小，反映外部声压的强度，这就是驻极体传声器的工作原理[2]
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聚全氟乙烯主要用于电容式麦克风膜，湿度性能好，表面电荷多，受湿度影响小。由于该传声器也是一种电容式结构，信号内阻很大，为了引出和放大声音产生的电压信号，其输出端还必须使用场效应晶体管[2]
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麦克风详述
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麦克风指向性
指向性也叫麦克风的极性( polar pattern)，它指的是麦克风从不同方向拾取声音的能力。一般分为全向型、心型、超心型、8字型[5]
。
全向型(Omnidirectional)又称无方向型，对各方向的声音具有相同的灵敏度。心型(Cardioid)前端灵敏度最强，后端灵敏度最弱。超心型(Supercardioid)拾音区域比心型麦克风窄，但后端也会拾取声音。8型分别从前面和后面拾取声音，但不从侧面(90度角)拾取声音[5]
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麦克风技术指标
灵敏度
指麦克风的开路电压与作用在其膜片上的声压之比。事实上，麦克风在声场中不可避免地会导致声场散射，因此灵敏度有两个定义。一种是实际作用在膜上的声压，称为声压灵敏度，另一种是麦克风未进入声场的声场声压，称为声场灵敏度，分为自由场灵敏度和扩散场灵敏度。通常用麦克风来测量声压或声场灵敏度[5]
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伏/帕(伏特/帕斯卡)是帕斯卡)，V/Pa)，灵敏度等级通常用于表示，参考灵敏度为1V/Pa[5]
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频率响应
这意味着当麦克风接收到不同频率的声音时，输出信号会随着频率的变化而放大或衰减。最理想的频率响应曲线是一条水平线，表示输出信号可以直接呈现原始声音的特征，但这种理想情况并不容易实现。一般来说，电容式麦克风的频率响应曲线将比动态圆圈更平坦。常见的麦克风频率响应曲线大多是高低频衰减，而中低频略有放大[5]
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在频率响应曲线图中，横轴为频率，单位为赫兹，大多数情况以对数表示；纵轴为灵敏度，单位为分贝[5]
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阻抗
3-pin XLR接头可产生平衡输出信号，有效消除外部噪声干扰。三根针脚将标记1、2和3个数字；在美国规则中，1代表接地线，2代表正相(hot)信号，3代表反相(cold)信号；在欧洲规则中，1代表接地线，2代表相反(cold)信号，3代表正相(hot)讯号[5]
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信号噪声比
测量传声器输出信号电压与传声器内部噪声电压比的对值。一般来说，高质量的电容式传声器S/N值为55~57dB[6]
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动态范围
动态范围小，会致声音失真和音质恶化，因此需要足够大的动态范围[6]
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等效噪声级
声压作用于传声器的输出电压等于传声器本身固有噪声产生的输出电压，等于传声器的等效噪声级[6]
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总谐波失真(THD)
谐波失真是指输出信号超过输入信号的谐波成分。谐波失真是由统不完全线性造成的。所有额外的谐波电平之和称为总谐波失真。一般说来，500Hz频率处的总谐波失真最小，所以很多产品都以频率失真为指标。总谐波失真在1%以上F，入耳分不清，超过10%就能明显听到失真成分。值越小，音色越纯净，产品质量越高。一般产品总谐波失真小于1%(500Hz[6]
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麦克风接头
1/4寸(6.3mm)接头以及3.5mm接头有分单声道(mono)和立体声(stereo)两种简单的区分方法是在接头上看到几个黑色的绝缘环。两个绝缘环代表三维声音，一个绝缘环代表单声道[2]
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接地
立体声为右声道；平衡单声道为反相信号；或作为单声道的电源输入端
立体声为左声道；平衡单声道为正相信号；非平衡单声道信号输出端
绝缘环[2]
麦克风声音采集角度
就像镜头的焦距不同一样，麦克风收集声音的角度也不同。心形麦克风可以从多个角度收集声音。超心形麦克风收集声音的角度相对较小。枪形麦克风收集声音的角度比前两音的角度更窄。与镜头不同，麦克风类型的临界点并不准确。单人录音，即不与录音组一起拍摄，最好克风选择是小型的枪式麦克风[7]
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速率成正比的电压信号。动态麦克风采用永磁体为能量源，基于电感效应将声能转换为电能[3]
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麦克风历史
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语音
麦克风的历史可以追溯到19世纪末，贝尔(Alexander Graham Bell)等科学家致力于寻找更好地拾取声音的办法，以用于改进当时的最新发明——电话。期间他们发明了液体麦克风和碳粒麦克风，这些麦克风效果并不理想，只是勉强能够使用[8]
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1949年，威尼伯斯特实验室(森海塞尔的前身)研制出MD4型麦克风，它能够在嘈杂环境中有效抑制声音回授，降低背景噪音。这就是世界上第一款抑制反馈的降噪型麦克风[8]
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1961年，德国汉诺威的工业博览会上，森海塞尔推出了MK102型和MK103型麦克风。这两款麦克风诠释了一个全新的麦克风制造理念——RF射频电容式，即采用小而薄的振动膜，具有体积小，重量轻的特点，同时能够保证出色的音质；另外，这种麦克风对电磁干扰非常敏感。它们对气候的影响具有很强的抗干扰性能，非常适用于一些全新的领域，例如，探险队使用，日夜在室外操作，面对温差极大的、气候恶劣的户外条件，该麦克风仍然表现出众[8]
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词条图册
更多图册
参考资料
1.
叶世荪，叶佳宁著,上海话外来语二百例,上海大学出版社,2015.09,第132页
2.
周小东编著,录音工程师手册(第2版),中国广播电视出版社,2015.04,第54页
3.
刘晓为，陈伟平著,MEMS传感器接口 ASIC集成技术=ASIC TECHNOLOGY OF MEMS SENSOR INTERFACE,国防工业出版社,2013.02,第206页
4.
杨华编著,磁 权威版,现代出版社,2013.03,第5页
5.
范俊军编著,中国田野语言学概要 试用本=Introduction to Chinese fieldwork linguistics,广东人民出版社,2016.05,第98页
6.
范俊军,中国田野语言学概要,广东人民出版社,2016.05,第100页
7.
(英)汤姆·安著,新DV手册,中国摄影出版社,2006年01月第1版,第41页
8.
杨建峰主编,细说趣说万事万物由来,西安电子科技大学出版社,2015.07,第224页