咪頭
來源:深圳市賽億科技開發有限公司作者:日期:2017-12-27 11:11:41點擊:10718次
咪頭,是將聲音信號轉換為電信號的能量轉換器件,是和喇叭正好相反的一個器件(電→聲)。是聲音設備的兩個終端。
 
中文名 外文名 功能
咪頭 Microphone  轉換器
 
目錄
 
1、咪頭的選擇
2、咪頭的生產
3、咪頭的主要技術指標
4、咪頭的分類
5、駐極體咪頭的工作原理
6、駐極體傳聲器的結構

 
咪頭的選擇:
1.1.靈敏度(感度)
一般定義為:傳聲器聲電轉換的效率。用dB表示。在相關傳聲器的測試標準中設定為  0dB=1V,所以傳聲器的靈敏度值均為負值。例如:-58dB 傳聲器的靈敏度一般在 ―28----―66 dB之間選擇,不同的用途就有著不同的靈敏度要求。例如:筆記本電腦的靈敏度值要求就比較高,要在―27db左右,而藍牙耳機則比較低,只要-62db左右就可以。
必須提及的是:傳聲器靈敏度的高低不僅是傳聲器自身的靈敏度決定的,還與電路中的電阻R有關。這個電阻的大小直接影響到傳聲器的靈敏度。同樣一個傳聲器,如采用不同的R值,靈敏度就完全不同。例如:R值為1k和2k時,靈敏度可相差近7db!所以靈敏度是有條件的,傳聲器生產廠家一般要給定測試條件,通常為:2.2k 、3v 。
 
1.2.頻率響應
一般定義為:傳聲器在音頻傳輸中頻率各點所對應的靈敏度的一致性狀態。傳聲器的頻響范圍大奪標稱為20-----20khz,一般認為,這種一致性越趨一致,整個頻響曲線越平越好。但在實際使用中并非如此。如:在電話機中,就希望傳聲器的頻響曲線是斬頭去尾的草垛型。這樣可以最大限度的克服低頻噪聲和高端嘯叫。航空耳嘜中的傳聲器則要求削掉700hz以下的成分,以避開飛機發動機的低頻噪聲頻率。在一般的會議傳聲中則希望降低4000hz以上的頻率,以克服嘯叫。
而在超聲傳輸中,則要求傳聲器的頻響15khz以上高端靈敏度越高越好。所以傳聲器的頻響也應該視用而異。
 
1.3.電流與阻抗
咪頭內部有一個場效應三極管,其作用是阻抗轉換和信號放大,所以咪頭工作必須要加一個直流電壓,可在1.5--6v之間選擇。咪頭的電流值正常情況下取決于FET(場效管)的電流值。一般在0.15--0.5mA之間。在這里,FET是一個恒流源,當咪頭的外加電壓、電阻變化時電流值基本不變。因此,我們可以認為咪頭的電流值就是FET的電流值。FET電流值與自身的放大增益指標即跨導(相當于晶體管的放大倍數)、自身的阻抗值有關。一般認為:在一定的范圍內,咪頭的正常電流值越大、阻抗也就越低、放大能力就越高、咪頭的靈敏度也就越高。
 
咪頭的阻抗生產廠家一般標定為:2.2k,事實上,咪頭的阻抗是個范圍值,而不是點值。實踐中咪頭的阻抗在700歐姆---3000歐姆之間,不少用戶用萬用表測阻抗其實是不對的,萬用表測得的只是咪頭FET的直流電阻。
 
咪頭的阻抗值不僅影響到咪頭本身的靈敏度,更重要的是影響到使用咪頭的電器的指標,就是說,咪頭的輸出阻抗一定要與使用咪頭的電器的放大器的輸入阻抗匹配,才能獲得最大傳聲增益。
 
1.4.噪聲的產生與克服
咪頭的噪聲分自身的本地噪聲,和外界的干擾噪聲。由于咪頭的場效應管電流值很小,本地噪聲已很小。金屬外殼接地不良、封裝不良、是噪聲的主要來源。特別在手機等高頻設備中,當咪頭外殼與PCB版的接觸電阻大于1歐姆,就會產生明顯的高頻調制干擾,即所謂的電流聲、蚊鳴聲。
 
咪頭的主要技術指標:
咪頭的測試條件;MIC的使用應規定其工作電壓和負載電阻,不同的使用條件,其靈敏度的大小有很大的影響。
電壓 電阻
2.1.消耗電流:即咪頭的工作電流
主要是FET在VSG=0時的電流,根據FET的分檔,可以做成不同工作電流的傳聲器。但是對于工作電壓低、負載電阻大的情況下,對于工作電流就有嚴格的要求,由電原理圖可知
VS=VSD+ID×RL ID = (VS- VSD)/ RL
式中 ID FET 在VSG等于零時的電流
RL為負載電阻
VSD,即FET的S與D之間的電壓降
VS為標準工作電壓
總的要求 100μA〈IDS〈500μA
2.2.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 有的公司使用是dBV/μBar
-40 dBV/Pa=-60dBV/μBar
0 dBV/Pa=1V/Pa
聲壓強Pa=1N/m2
2.3.輸出阻抗:基本相當于負載電阻RL(1-70[%])之間。
2.4.方向性及頻響特性曲線:
a、全向: MIC的靈敏度是在相同的距離下在任何方向上相等,全向MIC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。
頻率特性圖:
b、單向 單向MIC 具有方向性,如果MIC的音孔正對聲源時為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。
頻率特性圖:
c、消噪型: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。
頻率特性:
2.5.頻率范圍:
全向: 50~12000Hz 20~16000Hz
單向:100~12000Hz 100~16000Hz
消噪:100~10000Hz
2.6.最大聲壓級:是指MIC的失真在3[%]時的聲壓級,聲壓級定義:20μpa=0dBSPL
MaxSPL為115dBSPLA SPL聲壓級 A為A計權
2.7.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,詳見產品手冊,噪聲主要是FET本身的噪聲。
 
 
 
咪頭的分類:
3.1.從工作原理上分: 炭精粒式    電磁式    電容式  
  駐極體電容式(以下介紹以駐極體式為主)    壓電晶體式,壓電陶瓷式    二氧化硅式等  
3.2.從尺寸大小分,駐極體式又可分為若干種.    Φ9.7系列產品 Φ8系列產品 Φ6系列產品    Φ4.5系列產品 Φ4系列產品 Φ3系列產品    每個系列中又有不同的高度  
3.3.從咪頭的方向性,可分為全向(無向),單向,雙向(又稱為消噪式)   
3.4.從極化方式上分,振膜式,背極式,前極式  
3.5.從結構上分又可以分為柵極點焊式,柵極壓接式,極環連接式等    
3.6.從對外連接方式分    普通焊點式:L型    帶PIN腳式:P型    同心圓式: S/A型  
 
駐極體咪頭的工作原理:
由靜電學可知,對于平行板電容器,有如下的關系式:C=ε.S/L ……①即電容的容量與介質的介電常數成正比,與兩個極板的面積成正比,與兩個極板之間的距離成反比。
另外,當一個電容器充有Q量的電荷,那么電容器兩個極板要形成一定的電壓,有如下關系式:C=Q/V ……②
對于一個駐極體咪頭,內部存在一個由振膜,墊片和極板組成的電容器,因為膜片上充有電荷,并且是一個塑料膜,因此當膜片受到聲壓強的作用,膜片要產生振動,從而改變了膜片與極板之間的距離,從而改變了電容器兩個極板之間的距離,產生了一個Δd的變化,因此由公式①可知,必然要產生一個ΔC的變化,由公式②又知,由于ΔC的變化,充電電荷又是固定不變的,因此必然產生一個ΔV的變化。
咪頭的電原理圖
FET(場效應管)MIC的主要器件,起到阻抗變換或放大的作用。
C:是一個可以通過膜片震動而改變電容量的電容,聲電轉換的主要部件。
C1,C2是為了防止射頻干擾而設置的,可以分別對兩個射頻頻段的干擾起到抑制作用。
RL:負載電阻,它的大小決定靈敏度的高低。
VS:工作電壓,MIC提供工作電壓。
CO:隔直電容,信號輸出端。
 
 
 
 
咪頭的生產:
5.1.所需設備 
說起來,有意思。生產普通咪頭的基本設備投資并不大,30萬元就可以搞一個月生產100萬只普通咪頭的產能規模。應當指出,是密集勞動型的,多數工序是在手工機械狀態下。自動生產線就貴多了,至少要150萬以上。這里不作贅述,有對此感興趣的我可提供從0萬---50萬的起步方案預算。
5.2.工藝
無論是密集勞動型,還是自動生產線,清潔是最基本的工藝要求。一致性是咪頭生產的關鍵和難點,中檔率又是重中之重。工藝并不復雜,技術含量一般。 
5.3.市場展望
咪頭的需求量相當大,僅國內手機市場2005年就達600000000之多,mp3 、mp4、數碼相機、電話機得用量就更大。隨著技術的進步、需求的不斷更新,咪頭的種類也越來越多:單向咪、雙向咪、抗噪咪、硅晶咪、超聲咪、次聲咪、標準咪不勝枚舉。國內的咪頭生產較有實力的集中在山東的濰坊市、廣東的深圳、東莞(博林電子)。還有江蘇的蘇州、浙江的寧波。
 
駐極體傳聲器的結構:
 6.1.防塵網:  保護咪頭,防止灰塵落到振膜上,防止外部物體刺破振膜,還有短時間的防水作用。
6.2.外殼:整個咪頭的支撐件,其它件封裝在外殼之中,是傳聲器的接地點,還可以起到電磁屏蔽的作用。  
6.3.振膜:是一個聲-電轉換的主要零件,是一個繃緊的特氟瓏塑料薄膜(聚氯乙烯)粘在一個金屬薄圓環上,薄膜與金屬環接觸的一面鍍有一層很薄的金屬層,薄膜可以充有電荷,也是組成一個可變電容的一個電極板,而且是可以振動的極板。  
杜邦膜:FEP,PTFE,PFA,PET等,FEP是美國杜邦公司生產的一種特氟瓏薄膜叫聚全氯乙丙烯,在駐極體傳聲器方面,主要用于電荷的存貯,因為內部有很多的勢阱。 
6.4.PPS膜:是一種不能存貯電荷的薄膜叫聚苯硫醚,在駐極體傳聲器方面,主要用于背極式和前極式的振動膜片。   
6.5.墊片: 支撐電容兩極板之間的距離,留有間隙,為振膜振動提供一個空間,從而改變電容量。    
6.6.背極板:電容的另一個電極,并且連接到了FET(場效應管)的G(柵)極上。    
6.7.銅環:  連接極板與FET(場效應管)的G(柵)極,并且起到支撐作用。    
6.8.腔體:  固定極板和極環,從而防止極板和極環對外殼短路(FET(場效應管)的S(源極),G(柵)極短路)。 
6.9.PCB組件: 裝有FET,電容等器件,同時也起到固定其它件的作用。  
 6.10.PIN:有的傳聲器在PCB上帶有PIN(腳),可以通過PIN與其他PCB焊接在一起,起連接另外前極式,背極式在結構上也略有不同。
 
b的全貌