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麦克风 (11326 views - Electrical Engineering)

麦克风(又称微音器或话筒,正式的中文名是传声器),譯自英文microphone,是一種將聲音转换成电子信号的換能器。
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麦克风

麦克风

麦克风
「microphone」的各地常用譯名
中国大陸 麦克风、话筒、传声器
臺灣 麥克風
港澳 咪高峰、咪高峯

麦克风(又称微音器话筒,正式的中文名是传声器),譯自英文microphone,是一種將聲音转换成电子信号的換能器。

種類

動圈式麥克風

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冷次定律,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,高低頻響應表現較差。優點是聲音較為柔潤,適合用來收錄人聲。

電容式麥克風

電容式麥克風(Condenser Microphone) 並沒有線圈及磁鐵,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

(是隔板面積,為隔板距離)。當兩塊隔板距離發生變化時,電容值會產生改變。再經由

(電量,在電容式麥克風中电容极板电压會維持一個定值)可知,當改變時,就會造成电量的改變。因為在電容式麥克風中需要維持固定的极板电压,所以此類型麥克風需要額外的電源才能運作,一般常見的電源為電池,或是藉由幻象電源(Phantom Power)來供電。電容式麥克風因靈敏度較高,常用於高品質的錄音。

駐極體電容麥克風

駐極體電容麥克風(Electret Condenser Microphone)使用了可保有永久電荷的駐極體物質,因而不需再對電容器供電。但一般駐極體麥克風元件內建有電子電路以放大訊號,因此仍需以低電壓供電(常規電壓是1.0V-10V)。此種麥克風目前廣泛使用在消費電子產品之中。

微機電麥克風

微機電麥克風(MEMS Microphone)指使用微機電(MEMS,MicroElectrical-Mechanical System)技術做成的麥克風,也稱麥克風晶片(microphone chip)或矽麥克風(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矽晶片上,此積體電路晶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,在基本原理上是屬於電容式麥克風的一種變型。 微機電麥克風也常內建類比數码轉換器,直接輸出數码訊號,成為數码式麥克風,以利与現今的數码電路連接。

微機電麥克風的主要應用於部分的手機PDA等小型行動產品。 此類小型麥克風以往使用的幾乎均是駐極體電容麥克風。

微機電麥克風的主要生產廠商有:Wolfson Microelectronics (WM7xxx), Analog Devices, Akustica (AKU200x), Infineon (SMM310), Knowles Electronics, Memstech (MSMx), NXP Semiconductors, Sonion MEMS, AAC Acoustic Technologies[1], 與 Omron[2] 等,且還有多家公司積極投入。

鋁帶式麥克風

鋁帶式麥克風(Ribbon Microphone) 在磁鐵兩極間放入通常是質的波浪狀金屬箔帶,金屬薄膜受聲音震動時,因電磁感應而生訊號。

鋁帶式麥克風曾經是早期最好、最昂貴的麥克風。由於形狀龐大及鋁箔帶很薄的脆弱性,現今主要用於專業錄音室。

碳精麥克風

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。現今少用。

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。实际上,麦克风在声场必然会引起声场散射,所以灵敏度有两种定义。一种是实际作用于膜片上的声压,称为声压灵敏度,另一种是指麦克风未置入声场的声场声压,称为声场灵敏度,其中声场灵敏度又分为自由场灵敏度和扩散场灵敏度。通常录音用麦克风给出声压灵敏度,测量用麦克风因应用类型给出声压或声场灵敏度。

灵敏度的单位是伏/帕(伏特/帕斯卡,V/Pa),通常使用灵敏度级来表示,参考灵敏度为1V/Pa。

指向性

Omnidirectional
全指向式
Cardioid
心型指向
Hypercardioid
超心型指向
Shotgun
槍型指向
Bi-directional
雙指向式

指向性描述麥克風對於來自不同角度聲音的靈敏度,規格上常用如上的polar pattern來表示,在每個示意圖中,虛線圓形的上方代表麥克風前方,下方則代表麥克風的後方。

全指向式

全向式(Omnidirectional)對於來自不同角度的聲音,其靈敏度是相同的。常見於需要收錄整個環境聲音的錄音工程;或是聲源在移動時,希望能保持良好收音的情況;演講者在演說時配帶的領夾式麥克風也屬此類。全向式的缺點在於容易收到四周環境的噪音,而在價格方面相對較為便宜。

單一指向式

常見的單一指向式為心型指向(Cardioid)超心型指向(Hypercardioid),對於來自麥克風前方的聲音有最佳的收音效果,

雙指向式

雙指向式(Bi-directional或Figure-of-8)可接受來自麥克風前方和後方的聲音。直接使用的應用場合不多,大多是運用作為立體聲錄音法等特殊用途(如MS、Blumlein錄音法)。其內部結構和全指向性基本相似,主要區別是在線路板上面(PCB)

頻率響應

頻率響應是指麥克風接受到不同頻率聲音時,輸出訊號會隨著頻率的變化而發生放大或衰減。最理想的頻率響應曲線為一條水平線,代表輸出訊號能真实呈現原始聲音的特性,但這種理想情況不容易實現。一般來說,電容式麥克風的頻率響應曲線會比動圈式的來得平坦。常見的麥克風頻率響應曲線大多為高低頻衰減,而中高頻略為放大;低頻衰減可以減少錄音環境周遭低頻噪音的干擾。

頻率響應曲線圖中,橫軸為頻率,單位為赫茲,大部份情況取對數來表示;縱軸則為灵敏度,單位為分貝

阻抗

在麥克風規格中,都會列出阻抗值(單位為歐姆),在麥克風領域一般而言,低於600歐姆為低阻抗;介於600至10,000歐姆為中阻抗;高於10,000歐姆為高阻抗。例如像Shure SM58這支麥克風的阻抗值為300歐姆。一般麥克風的設計與實際使用上,所接的負載(放大器)輸入阻抗通常大於麥克風輸出阻抗而不作阻抗匹配,如果強要匹配會影響麥克風的頻率響應、造成失真,尤其是在較大音壓時。但某些動圈麥克風或鋁帶麥克風的設計上,有考慮或需要負載阻抗所提供的阻尼作用,此時則須搭配特定負載阻抗才有最佳效果。


接頭

圖1.
3-pin XLR接頭
圖2.
1/4吋(6.3mm)接頭
圖3.由左至右
2.5mm單聲道接頭
3.5mm單聲道接頭
3.5mm立體聲接頭
6.3mm立體聲接頭

3-pin XLR接頭使用平衡式輸出訊號,可有效消除外來的雜訊干擾。三支針腳會標明1、2、3三個數字;在美規中,1代表接地線,2代表正相(hot)訊號,3代表反相(cold)訊號;歐規中,1代表接地線,2代表反相(cold)訊號,3代表正相(hot)訊號。

1/4吋(6.3mm)接頭以及1/4吋(6.3mm)接頭有分單聲道(mono)和立體聲(stereo)兩種,簡單的區分方式是看接頭上有幾個黑色的絕緣環,兩個絕緣環代表立體聲,一個絕緣環則代表單聲道。在圖2中,各個數字代表的部位功用如下:

  1. 接地
  2. 立體聲時為右聲道;平衡單聲道時為反相訊號;或做為單聲道的電源輸入端
  3. 立體聲時為左聲道;平衡單聲道時為正相訊號;非平衡單聲道時的訊號輸出端
  4. 絕緣環

其他種類的麥克風

  • 麥克風陣列
  • 壓電式麥克風,或稱晶體麥克風
  • 光纖麥克風
  • 雷射麥克風
  • 液體麥克風,或稱水麥克風
  • 微機電麥克風
  • 以揚聲器當作麥克風

無線傳送式麥克風

  • 一般家用無線麥克風可在不干擾FM廣播的條件下,合法使用特定的FM頻段。 另有某些麥克風可切換作有線麥克風或無線麥克風兩用。
  • 專業無線麥克風則一般會使用其他特定頻段。為避免收訊問題或干擾,確保音質,可能以兩個頻率同時發出訊號,並由兩支天線接收,萬一其中一組訊號欠佳,可自動取用另一組訊號。
  • 藍芽耳麥
  • 藍芽無線麥克風收發機:具有發送端與接收端,發送端提供3-pin XLR接頭,可連接麥克風發射訊號,接收端提供3.5mm接頭/6.3mm接頭,可直接插在揚聲器或擴大機上,彼此之間使用藍芽傳輸。[3]
  • 紅外線

相册

參考資料與附註



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Electrical Engineering

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