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叙述麦克风历史的分类及其工作的原理

2023-03-08 706
麦克风,学名为传声器,由英语microphone(送话器)翻译而来,也称话筒,微音器。麦克风是将声音信号转换为电信号的能量转换器件。分类有动圈式、电容式、驻极体和最近新兴的硅微传声器,此外还有液体传声器和激光传声器。大多数麦克风都是驻极体电容器麦克风,其的工作原理是利用具有永久电荷隔离的聚合材料振动膜。

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,只是勉强能够使用用。


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。


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。

麦克风根据其换能原理可划分为电动麦克风和电容麦克风两种。其中电动类又可细分为动圈麦克风和铝带麦克风。


常见的商用麦克风类型有电容式麦克风、晶体麦克风碳质麦克风以及动态麦克风。常用的电容式麦克风使用的能量源有两种:直流偏置电源和驻极体薄膜。这两种电容式麦克风和晶体麦克风都是将声能转换为电能,产生一个变化的电场。碳质麦克风采用直流电压源,通过声音振动改变其电阻,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。动态麦克风采用永磁体为能量源,基于电感效应将声能转换为电能。

麦克风的工作原理


20世纪初,麦克风由最初通过电阻转换声电发展为电感、电容式转换,大量新的麦克风技术逐渐发展起来,这其中包括铝带动圈等麦克风,以及当前广泛使用的电容麦克风和驻极体麦克风。圈麦克风的工作原理是以人声通过空气使震膜振动,然后在震膜上的电磁线圈绕组和环绕在动圈麦头的磁铁形成磁力场切割,形成微弱的波动电流。电流输送到扩音器,再以相反的过程把波动电流变成声音。


1、铝带麦克风


对于铝带麦克风来说,其使用的铝带既是麦克风膜片,又是在磁场中运动的导体。铝带通常由铝帛制成,厚0~1毫米,宽2毫米~4毫米,质量仅为0.2毫克,以求达到较好的瞬态反应。为了取得在2kHz~4kHz之间较理想的共振频率,铝带被制成皱折状以保持一个精确的张力值。铝带作为导体和麦克风膜片被悬挂于两磁极面中间的磁场中,随入射声波频率而振动,同时在铝带两端产生一定的电压输出。


2、电容型


电容式麦克风有两块金属极板,其中一块表面涂有驻极体薄膜(多数为聚全氟乙丙烯)并将其接地,另一极板接在场效应晶体管的栅极上,栅极与源极之间接有一个二极管。当驻极体膜片本身带有电荷,表面电荷地电量为Q,板极间地电容量为C,则在极头上产生地电压U=Q/C,当受到振动或受到气流地摩擦时,由于振动使两极板间的距离改变,即电容C改变,而电量Q不变,就会引起电压的变化,电压变化的大小,反映了外界声压的强弱,这种电压变化频率反映了外界声音的频率,这就是驻极体传声器地工作原理。


电容式麦克风的膜片多采用聚全氟乙丙烯,其湿度性能好,产生的表面电荷多,受湿度影响小。由于这种传声器也是电容式结构,信号内阻很大,为了将声音产生的电压信号引出来并加以放大,其输出端也必须使用场效应晶体管。