麥克風(fēng),學(xué)名為傳聲器,由英語(yǔ)microphone(送話器)翻譯而來(lái),也稱話筒,微音器。麥克風(fēng)是將聲音信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的能量轉(zhuǎn)換器件。分類有動(dòng)圈式、電容式、駐極體和近新興的硅微傳聲器,此外還有液體傳聲器和激光傳聲器。大多數(shù)麥克風(fēng)都是駐極體電容器麥克風(fēng),其的工作原理是利用具有電荷隔離的聚合材料振動(dòng)膜 。
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電荷隔離的聚合材料振動(dòng)膜。與ECM的聚合材料振動(dòng)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(huì)受溫度、振動(dòng)、濕度和時(shí)間的影響。由于耐熱性強(qiáng),MEMS麥克風(fēng)可承受260℃的高溫回流焊,而性能不會(huì)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(guò)程中的音頻調(diào)試成本。目前,集成電路工藝正越來(lái)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、設(shè)計(jì)靈活、尺寸微型化、可與信號(hào)處理電路集成、低成本、大批量生產(chǎn)的優(yōu)點(diǎn)。早期微型麥克風(fēng)是基于壓阻效應(yīng)的,有研究報(bào)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(tīng)覺(jué)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(duì)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(shí),其諧振頻率將增大,卻以犧牲靈敏度為代價(jià)。當(dāng)然,可以通過(guò)調(diào)整敏感膜的尺寸來(lái)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(jiàn),壓阻式方案并不適于微型麥克風(fēng)的制造 。
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(chǎng)效應(yīng)晶體管的柵極上,柵極與源極之間接有一個(gè)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(dòng)或受到氣流地摩擦?xí)r,由于振動(dòng)使兩極板間的距離改變,即電容C改變,而電量Q不變,就會(huì)引起電壓的變化,電壓變化的大小,反映了外界聲壓的強(qiáng)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
靈敏度
指麥克風(fēng)的開(kāi)路電壓與作用在其膜片上的聲壓之比。實(shí)際上,麥克風(fēng)在聲場(chǎng)必然會(huì)引起聲場(chǎng)散射,所以靈敏度有兩種定義。一種是實(shí)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(chǎng)的聲場(chǎng)聲壓,稱為聲場(chǎng)靈敏度,其中聲場(chǎng)靈敏度又分為自由場(chǎng)靈敏度和擴(kuò)散場(chǎng)靈敏度。通常錄音用麥克風(fēng)給出聲壓靈敏度,測(cè)量用麥克風(fēng)因應(yīng)用類型給出聲壓或聲場(chǎng)靈敏度 。
靈敏度的單位是伏/帕(伏特/帕斯卡,V/Pa),通常使用靈敏度級(jí)來(lái)表示,參考靈敏度為1V/Pa