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文檔簡介
1、MIC(傳聲器)知識簡介結構專題,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 結構圖 3.3 分類及特點 3.4 常用規(guī)格尺寸 4. 數字式(MEMS)微型硅麥專題 4.1 工作原理 4.2 結構圖 4.3 優(yōu)點 4.4 常用型號及尺寸 5. MIC相關性能指標參數 6. MIC結構設計及注意事項 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”,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。 (駐極體為手機中主要應用的傳聲器,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(Carbon Microphone)作為舊式電話機的碳精話筒而曾大量使用。 現(xiàn)今少用。故在此不作詳細闡述。,2.1.2 動圈式傳聲器,動圈式麥克風(Dynamic Microphone)基本的構造包含線圈、振膜、永久磁鐵三部份。當聲波進入麥克風,振膜受到聲波的壓力而產生振動,與振膜連接在一起的線圈則開始在磁場中移動,根據法拉第定律以及楞次定律,線圈會產生感應電流。 動圈式麥克風因為含有線圈和磁鐵,不像電容式麥克風輕便,靈敏度較低,高低頻響應表現(xiàn)較差。優(yōu)點是價格較便宜,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(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生電壓變化。當聲波進入麥克風,振動膜產生振動,因為基板是固定的,使得振動膜和基板之間的距離會隨著振動而改變,根據電容的特性C=S/L (S是隔板面積,L為隔板距離)。當兩塊隔板距離發(fā)生變化時,電容值C會產生改變。再經由C=Q/V (Q為電量,在電容式麥克風中會維持一個定值)可知,當C改變時,就會造成電壓V的改變。,對于駐極體MIC和MEMS微機電MIC以下內容會做闡述,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。手機多為全向型。 全向麥克風的靈敏度在相同的距離下,在任何方向上相等。它的結構是PCB上全部密封,因此,聲壓只有從MIC的音孔進入,因此是屬于壓強型傳聲器。 下面給出全向型麥克風的頻響和極性圖,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的結構與全向MIC不同,它是在PCB上開有一些孔,聲音可以從音孔和PCB的開孔進入,而且MIC的內部還裝有吸音材料,因此是介于壓強和壓差之間的MIC。 下面給出單向型麥克風的頻響和極性圖: 下面給出全向型麥克風的頻響和極性圖,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 普通焊點式,普通焊點式:L型 有導線式和軟板式,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。這種電介質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形成所謂的的“鑲嵌”電荷。 工作原理: 根據靜電學原理,對于平行板電容器,有如下的關系式:C=S/L 。為介電常數,S為兩個極板的面積,L為兩個極板之間的距離。另外,當一個電容器充有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生振動,改變L值,從而改變電容,再進而改變電壓值。這樣初步完成了一個由聲信
9、號到電信號的轉換。 由于這個信號非常微弱,內阻非常高,不能直接使用,因此還要進行阻抗變換和放大。,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結構圖,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: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進而變化,Q一定,E(電壓)進而變化:E=Q/C,02,3. 駐極體電容MIC,3.3.1 背極式ECM,背極式ECM特點: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進而變化,Q一定,V進而變
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. 微機電(MEMS)MIC,微機電麥克風(MEMS Microphone)指使用微機電(MEMS,MicroElectrical-Mechanical System
12、)技術做成的麥克風,也稱麥克風芯片(microphone chip)或硅麥克風(silicon microphone)。 微機電麥克風的壓力感應膜是以微機電技術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電路,如前置放大器。 大多數微機電麥克風的設計,在基本原理上是屬于電容式麥克風的一種變型。 微機電麥克風也常內建類比數位轉換器,直接輸出數位訊號,成為數位式麥克風,以利與現(xiàn)今的數位電路連接,可簡化電路設計。駐極體MIC輸出的為模擬信號。,4.1 微機電(MEMS)MIC工作原理,02,4. 微機電(MEMS)MIC,4.2 微機電(MEMS)MIC結構圖,1,2,3,6,7,8,5,
13、4,02,4. 微機電(MEMS)MIC,4.3 微機電(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. 微機電(MEMS)MIC,4.3 微機電(MEMS)MIC 優(yōu)點,優(yōu)點: 1. 結構簡單,體積小. 2. 耐高溫,便于SMT安裝. 4. 靈活的設計應用. 5. 兼容數字化發(fā)展. 6. 自動化程度高. 7. 穩(wěn)定性好,適合大批量生產.,傳統(tǒng)駐極體麥克風配件結構圖,硅麥克風配件結構圖,02,4. 微機電(MEMS)MIC
14、,4.4 常用規(guī)格及尺寸(AAC為例),02,5. MIC相關性能指標,MIC的主要性能指標: 消耗電流: 即工作電流,需求100AIDS500A 靈敏度: 單位聲壓強下所能產生電壓大小的能力。單位:V/Pa或dBV/Pa 頻率響應: 在振幅允許的范圍內音響系統(tǒng)能夠重放的頻率范圍,以及在此范圍內 信號的變化量稱為頻率響應,也叫頻率特性,單位為dB。 輸出阻抗: 基本相當于負載電阻RL-30%之間,如果輸出阻抗大于輸入阻抗將導致聲音失真。 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計權 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結構設計及注意事項,6.1.1 MIC的失效嘯叫,介紹MIC結構設計之前先介紹MIC兩種常見的失效-嘯叫與回聲 嘯叫與回聲產生原因比較相似,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,話筒產生的尖銳的噪聲。產生的原因主要如下: 本方手機軟件上si
16、detone 的調節(jié)問題,導致MIC的部分音頻信號傳 到了聽筒。Sidetone的軟件是手機模擬通話的一種測試功能,即聲音 通過本機的話筒傳到本機的聽筒。 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 次放大后進入MIC 經過攻放電路再次反復的放大而形成嘯叫。(原理) 兩部手機在非常近的狀態(tài)下通話,聲音相互干擾MIC也會造成嘯叫。 MIC沒密封好,聲音在機殼內回援后,先后多次進入MIC 在現(xiàn)在設計中,sidetone至少出貨到終端是關閉功能的,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}才是客訴的關鍵問題。,02,6. MIC結構設計及注意事項,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MIC設計有問題,聲音會回傳,而導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入MIC而產生的。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,外界稍微進入聲音就能使MIC工作。這個挺重要 運營商的網絡問題,手機的部分上行信號在網絡上有變?yōu)橄滦行盘枺?本方手機軟件上sidetone 的調節(jié)問題,導致MIC的部分音頻信號傳到了聽筒。 電路設計對MIC存在電磁干擾源 結構問題: MIC沒密封好,聲音在機殼內回援后,先后多次進入MIC RECEIVER 出音孔方向和 MIC進音方向在同一平面
18、,且彼此沒隔離好,RECEIVER的 聲音進 入MIC。 免提時喇叭的聲音進入MIC :MIC和喇叭均沒密封好,且距離也較近,喇叭聲音通 過機殼,振動等回援進入MIC; 喇叭出音方向與MIC在同一方向。對講機較多。 綜合以上,結構上需做到: 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要盡量遠離RECEIVER和喇叭。 MIC,RECEVIER,喇叭的密封相當重要,02,6. MIC結構設計及注意事項,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直接與機殼零配合,無泡棉干涉密封,不能達到密封需求。性能不佳,有機殼回援回聲風險。,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,有機殼回援回聲,02,6. MIC結構設計及注意事項,6.3 前音腔不允許有音腔容積,前音腔不允許有音腔容積,因為前音腔會對聲音產生諧振,即對一些頻率的聲音產生共振,進而改變MIC的頻率響應特性,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結構設計及注意事項,6.4 設計參考值,盡量不要再按鍵上開
20、MIC進音孔。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,手握會蓋住進音孔。,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計,注意其面積與1mm圓孔的面積相當。,02,6. MIC結構設計及注意事項,6.4 設計參考值,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圓孔通道面積算應該小于6mm。 3.對于插針或SMT的MIC,MIC與MIC定位結構間隙0.5mm,02,6. MIC結構設計及注意事項,6.4 設計參考值,ITF=0.2-0.3mm,GAP =0.1mm,對于引線式或FPC的MIC引線或FPC長度應多預留大于1.0mm, 以防跌落扯斷 對于引線式或FPC的MIC ,MIC與MIC定位
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