1、MICMIC（传声器）知识简介（传声器）知识简介结构专题结构专题 02 目录：目录：1.MIC定义 2.MIC的分类及介绍 3.驻极体电容传声器（ECM）专题 3.1 工作原理 3.2 结构图 3.3 分类及特点 3.4 常用规格尺寸 4.数字式（MEMS）微型硅麦专题 4.1 工作原理 4.2 结构图 4.3 优点 4.4 常用型号及尺寸 5.MIC相关性能指标参数 6.MIC结构设计及注意事项 7.MIC未来发展趋势 03 MIC是传声器的简称，英文书写为“Microphone”,又称话筒。北方俗称“麦克风”，南方俗称“咪头”或“咪”，也有地方称呼“咪胆”。传声器传声器是一个声-电转换器件
2、（也可以称为换能器或传感器），是和喇叭正好相反的一个器件（电声）。是声音设备的两个终端，传声器是输入，喇叭是输出。1.MIC的定义的定义 02 本节说讲的 MIC分类实际是指传声器的分类。从工作原理，可分为：炭精粒式，动圈式，电容式，压电式，微机电（MEMS）新型MIC。电容式传声器又分为：声频电容传声器，驻极体电容传声器。（驻极体为手机中主要应用的传声器，以下章节主要讲述此种传声器）从传声器的方向性，可分为：从传声器的方向性，可分为：全向，单向，双向（又称为消噪式）从极化方式，可分为：振膜式,背极式,前极式（在驻极体 MIC中会有介绍）从对外连接方式，可分为：从对外连接方式，可分为：普通焊点
3、式：L型 带PIN脚式：P型 同心圆式：S型 2.MIC的分类的分类 02 2.1.1碳精MIC 碳精麦克风（Carbon Microphone）作为旧式电话机的碳精话筒而曾大量使用。现今少用。故在此不作详细阐述。2.1.2 动圈式传声器 动圈式麦克风（Dynamic Microphone）基本的构造包含线圈、振膜、永久磁铁三部份。当声波进入麦克风，振膜受到声波的压力而产生振动，与振膜连接在一起的线圈则开始在磁场中移动，根据法拉第定律以及楞次定律，线圈会产生感应电流。动圈式麦克风因为含有线圈和磁铁，不像电容式麦克风轻便，灵敏度较低，高低频响应表现较差。优点是价格较便宜，声音较为柔润，适合用来收
4、录人声。2.1.3 动圈式传声器 电容式麦克风（Condenser Microphone）并没有线圈及磁铁，靠着电容两片隔板间距离的改变来产生电压变化。当声波进入麦克风，振动膜产生振动，因为基板是固定的，使得振动膜和基板之间的距离会随着振动而改变，根据电容的特性C=S/L(S是隔板面积，L为隔板距离)。当两块隔板距离发生变化时，电容值 C会产生改变。再经由 C=Q/V(Q为电量，在电容式麦克风中会维持一个定值)可知，当C改变时，就会造成电压 V的改变。对于驻极体 MIC和和MEMSMEMS微机电MIC以下内容会做阐述，这里暂不做介绍。以下内容会做阐述，这里暂不做介绍。2.MIC的分类的分类 0
5、2 2.2.1 全向型MIC 全向型MIC使用在声源与 MIC之间无固定方向的情况以及要求 MIC在各个方向上所接受的灵敏度都相同的情况，只要在 MIC的音孔前外壳上开一个孔就可以了。手机多为全向型。全向麦克风的灵敏度在相同的距离下，在任何方向上相等。它的结构是PCB上全部密封，因此，声压只有从 MIC的音孔进入，因此是属于压强型传声器。下面给出全向型麦克风的频响和极性图 全向型MIC极性图 2.MIC的分类的分类 02 2.2.2 单向型MIC 单向MIC使用在声源与 MIC之间有固定方向的情况下，要求 MIC在各个方向上所接受的灵敏度不相同的情况下，声源与 MIC之间的夹角为 0时MIC的
6、灵敏度最高，180时最低，这时必须在 MIC的音孔前后，外壳上各开一个孔就可以了。单向MIC 具有方向性，如果 MIC的音孔正对声源时为 0度,那么在0度时灵敏度最高,180度时灵敏度最低，在全方位上呈心型图。单向MIC的结构与全向 MIC不同，它是在PCB上开有一些孔，声音可以从音孔和 PCB的开孔进入，而且 MIC的内部还装有吸音材料，因此是介于压强和压差之间的 MIC。下面给出单向型麦克风的频响和极性图：下面给出全向型麦克风的频响和极性图 单向型MIC极性图 2.MIC的分类的分类 02 2.2.3 双向型MIC（消噪型）双向MIC（消噪型）使用在声源与 MIC之间有固定方向的情况下，要
7、求 MIC在各个方向上所接受的灵敏度不相同的情况下，声源与MIC之间的夹角为 0和180时MIC的灵敏度最高，90和270时最低，这时必须在 MIC的音孔前后，外壳上各开一个孔就可以了。双向MIC是属于压差式 MIC，它与单向 MIC不同之处在于内部没有吸音材料，它的方向型图是一个 8字型：下面给出单向型麦克风的频响和极性图：双向型MIC极性图 在其它条件相同的情况下全向 MIC的灵敏度最高，单向 MIC的灵敏度较低，大约比全向 MIC低大约68dB，而降噪MIC的灵敏度最低，大约比全向 MIC低大约10-12dB左右。2.MIC的分类的分类 02 2.4.1 普通焊点式 普通焊点式：L型 有
8、导线式和软板式 4.00.20.20.1REDBLACKTerm.2 GroundTerm.1.Vs+L15+03004.00.2MIC0.20.1FPCTerm.2GroundTerm.1+Vs1.5+0.3 0.02.4.2 带PIN脚式 带PIN脚式：P型 插针式，不能 SMT 2.4.3 同心圆式 同心圆式：S型 振膜为二氧化硅，可 SMT Term.2Term.1RubberMic2.MIC的分类的分类 02 3.驻极体电容驻极体电容MIC 驻极体：能长久保持电极化状态的电介质。这种电介质一般是高分子聚合物。例如：聚丙烯、聚四氟乙烯等。在高温和高压的作用下使振膜极化，让电荷永久性地存
9、贮在驻极体材料之内形成所谓的的“镶嵌”电荷。工作原理：根据静电学原理，对于平行板电容器，有如下的关系式：C=S/L。为介电常数，S为两个极板的面积，L为两个极板之间的距离。另外，当一个电容器充有Q量的电荷（即驻极体上储存的永久电荷），那麽电容器两个极板要形成一定的电压，有如下关系式：C=Q/V。对于一个驻极体传声器，振膜在声压的作用下产生振动，改变L值，从而改变电容，再进而改变电压值。这样初步完成了一个由声信号到电信号的转换。由于这个信号非常微弱，内阻非常高，不能直接使用，因此还要进行阻抗变换和放大。3.1 驻极体电容MIC工作原理 驻极体电容 MIC 又叫ECM，英文Electric Con
10、denser Microphone 的缩写 02 3.驻极体电容驻极体电容MIC 3.2 驻极体电容MIC结构图 1、外壳 2、垫片 3、支撑座 4、背极 5、PCB 6、FET 7、电容 8、电容 9、绷膜环（振膜）10、铜环 11、无防布 12、声孔 13、后声腔 14、前声腔 背极和振膜分别为可变电容的两极 02 3.驻极体电容驻极体电容MIC 3.3 驻极体电容的分类 驻极体电容传声器（ECM）分类：振膜式(Foil)背极式(Back)前极式(Front)当然也可按照方向分为全向型，单向型和双向（消噪）型，前面已做介绍。以下不再介绍。02 3.驻极体电容驻极体电容MIC 3.3.1 振
11、膜式ECM 振膜式ECM特点：驻极体和振动膜合二为一。PER金 属 层驻 极 体 薄 膜空 气 间 隙铜 板ER动 态 时 薄 膜 上 下 振 动 示 意 图金 属 层驻 极 体 薄 膜空 气 间 隙铜 板P振膜式ECM静态原理示意图 振膜式工作动态原理图 C=S/L C=Q/E 振膜振动，L变化，C进而变化，Q一定，E(电压)进而变化：E=Q/C 02 3.驻极体电容驻极体电容MIC 3.3.1 背极式ECM 背极式ECM特点：驻极体与极板合二为一。振膜式ECM静态原理示意图 振膜式工作动态原理图 C=S/L C=Q/V 振膜振动，L变化，C进而变化，Q一定，V进而变化：V=Q/C PER金
12、 属 层涤 纶 薄 膜空 气 间 隙驻 极 体铜 板PER动 态 时 薄 膜 上 下 振 动 示 意 图金 属 层涤 纶 薄 膜空 气 间 隙驻 极 体铜 板02 3.驻极体电容驻极体电容MIC 3.4 常用规格及尺寸 插针式 02 3.驻极体电容驻极体电容MIC 3.4 常用规格及尺寸 引线式（常用线长：8,12,已有料号的也有7,9,10，13,15）也有FPC形式的，外形尺寸一样，只是引线的区别。02 3.驻极体电容驻极体电容MIC 3.4 常用规格及尺寸 SMT同心圆式 板端布线图 SMT型 02 3.驻极体电容驻极体电容MIC 3.4 常用规格及尺寸 SMT同心圆式 板端布线图 02
13、 4.微机电（MEMS）MIC 微机电麦克风微机电麦克风（MEMS Microphone）指使用微机电（MEMS，MicroElectrical-Mechanical System）技术做成的麦克风，也称麦克风芯片（microphone chip）或硅麦克风（silicon microphone）。微机电麦克风的压力感应膜是以微机电技术直接蚀刻在硅芯片上，此集成电路芯片通常也整合入一些相关电路，如前置放大器。大多数微机电麦克风的设计，在基本原理上是属于电容式麦克风的一种变型。微机电麦克风也常内建类比数位转换器，直接输出数位讯号，成为数位式麦克风，以利与现今的数位电路连接，可简化电路设计。驻极体
14、 MIC输出的为模拟信号。4.1 微机电（MEMS）MIC工作原理 02 4.微机电（MEMS）MIC 4.2 微机电（MEMS）MIC结构图 序号 名称 1 Cover 2 Housing 3 Wire bonding 4 PC Board 5 Capacitor 10pF 6 Capacitor 33pF 7 ASIC 8 MEMS Die 02 4.微机电（MEMS）MIC 4.3 微机电（MEMS）MIC板端线路图 Acoustic port hole L W H 4 2 1 3 PIN#FUNCTION 1.OUTPUT,2.NO CONNECTION 3.GROUND,4.POWE
15、R 02 4.微机电（MEMS）MIC 4.3 微机电（MEMS）MIC 优点 优点：1.结构简单，体积小.2.耐高温,便于SMT安装.4.灵活的设计应用.5.兼容数字化发展.6.自动化程度高.7.稳定性好，适合大批量生产.传统驻极体麦克风配件结构图 硅麦克风配件结构图 02 4.微机电（MEMS）MIC 4.4 常用规格及尺寸（AAC为例）P/N Figure Dimensions mm Sensitivity dB (Vs=2.0V)SM0102 3.76(W)x6.15(L)x1.45(H)不常用-42+/-4*SM0103 3.76(W)x4.72(L)x1.45(H)-42+/-4*
16、SM0104 3.76(W)x4.72(L)x1.45(H)-38+/-4 02 5.MIC相关性能指标相关性能指标 MIC的主要性能指标：消耗电流：即工作电流，需求100A IDS500A 灵敏度：灵敏度：单位声压强下所能产生电压大小的能力。单位：V/Pa或dBV/Pa 频率响应：在振幅允许的范围内音响系统能够重放的频率范围，以及在此范围内 信号的变化量称为频率响应，也叫频率特性，单位为dB。输出阻抗：基本相当于负载电阻 RL-30%之间，如果输出阻抗大于输入阻抗将导致声音失真。方向性：即全向，单向，及双向(降噪)MIC的频响曲线及容差特性。频率范围：全向：50-12000Hz 20-160
17、00Hz 单向：100-12000Hz 100-16000Hz 消噪：100-10000Hz 最大声压级:是指MIC的失真在3%时的声压级,声压级定义:20pa=0dBSPL MaxSPL为115dBSPLA SPL 声压级 A 为A计权?S/N信噪比：即MIC的灵敏度与在相同条件下传声器本身的噪声之比，噪声主要是FET本身的噪声。02 6.MIC结构设计及注意事项结构设计及注意事项 6.1.1 MIC的失效啸叫 介绍MIC结构设计之前先介绍 MIC两种常见的失效-啸叫与回声 啸叫与回声产生原因比较相似，但不一样。啸叫具体表现为听筒中发出很尖锐的噪声，就如去KTV时，话筒对着音响，话筒产生的尖
18、锐的噪声。产生的原因主要如下：本方手机软件上 sidetone 的调节问题，导致 MIC的部分音频信号传 到了听筒。Sidetone的软件是手机模拟通话的一种测试功能，即声音 通过本机的话筒传到本机的听筒。通话时，外部音频器件（听筒或免提时喇叭）发出的声音再次或多 次放大后进入MIC 经过攻放电路再次反复的放大而形成啸叫。（原理）两部手机在非常近的状态下通话，声音相互干扰MIC也会造成啸叫。MIC没密封好，声音在机壳内回援后，先后多次进入MIC 在现在设计中，sidetone至少出货到终端是关闭功能的，而其他情况基本不会发生，所以在客户端基本不会发生啸叫的情况。回声问题才是客诉的关键问题。02
19、 6.MIC结构设计及注意事项结构设计及注意事项 6.1.2 MIC的失效回声 回声的主要表现为通话时，若对方手机 MIC设计有问题，声音会回传，而导致能听到自己的声音听到多次的对方声音。和啸叫的原因差不多，根本原因是声音再次或多次的进入MIC而产生的。以下几种现象会发生回声：硬件问题：硬件问题：选用MIC的灵敏度过高，外界稍微进入声音就能使 MIC工作。这个挺重要 运营商的网络问题，手机的部分上行信号在网络上有变为下行信号！本方手机软件上 sidetone 的调节问题，导致 MIC的部分音频信号传到了听筒。电路设计对 MIC存在电磁干扰源 结构问题：结构问题：MIC没密封好，声音在机壳内回援
20、后，先后多次进入MIC RECEIVER 出音孔方向和 MIC进音方向在同一平面，且彼此没隔离好，RECEIVER的 声音进 入MIC。免提时喇叭的声音进入 MIC：MIC和喇叭均没密封好，且距离也较近，喇叭声音通 过机壳，振动等回援进入 MIC;喇叭出音方向与 MIC在同一方向。对讲机较多。综合以上综合以上，结构上需做到：MIC与RECEIVER或喇叭的出音方向尽量不要再同一平面，尤其是喇叭。MIC要尽量远离 RECEIVER和喇叭。MIC,RECEVIER,喇叭的密封相当重要 02 6.MIC结构设计及注意事项结构设计及注意事项 6.2 前音腔的密封 通过以上MIC失效分析，我们知道 MI
21、C密封很重要。MIC密封一般为用泡棉以一定的压缩量来保证充分的密封，压缩量建议在0.2-0.3mm。泡棉中等硬度或以上。MIC的两面均可作为密封面，不建议用侧面密封。底部有泡棉干涉密封，正面直接出音，效果最为理想 MICMIC直接与机壳零配合，无泡棉干涉密封，不能达到密封需求。性能不佳，有机壳回援回声风险。性能不佳，有机壳回援回声风险。底部有泡棉干涉密封，但为直接出音，和不密封效果一样，性能不佳，有机壳回援回声性能不佳，有机壳回援回声 02 6.MIC结构设计及注意事项结构设计及注意事项 6.3 前音腔不允许有音腔容积 前音腔不允许有音腔容积，因为前音腔会对声音产生谐振，即对一些频率的声音产生
22、共振，进而改变MIC的频率响应特性 谐振腔 Mic效果最好，无谐振腔效果最好，无谐振腔 效果不好，有谐振腔效果不好，有谐振腔 效果不好，有谐振腔效果不好，有谐振腔 02 6.MIC结构设计及注意事项结构设计及注意事项 6.4 设计参考值 尽量不要再按键上开 MIC进音孔。不密封会有回声。密封会影响按键手感。另外MIC开孔不能再两侧，手握会盖住进音孔。MIC话音传入孔以1mm圆孔居多，开孔过大不美观；开孔过小，会影响 MIC的灵敏度。如孔形以其他形式设计，注意其面积与1mm圆孔的面积相当。02 6.MIC结构设计及注意事项结构设计及注意事项 6.4 设计参考值 L1 0.3mm GAP 0.3m
23、m L2 6mm 1.对于插针式或 SMT的MIC，MIC距离半边L1大于0.3mm，防止跌落撞坏 2.MIC声音通道的长度 L2以1mm圆孔通道面积算应该小于 6mm。3.对于插针或 SMT的MIC，MIC与MIC定位结构间隙 0.5mm 02 6.MIC结构设计及注意事项结构设计及注意事项 6.4 设计参考值 ITF=0.2-0.3mm GAP=0.1mm 对于引线式或 FPC的MIC引线或FPC长度应多预留大于 1.0mm，以防跌落扯断 对于引线式或 FPC的MIC，MIC与MIC定位结构间隙 GAP为0.1mm MIC的密封泡棉干涉量 ITF为0.2-0.3mm，若为RUBBER，建议
24、为 小肋骨结构，干涉量为 0.1mm 02 6.MIC结构设计及注意事项结构设计及注意事项 6.5 MIC的延展内容 MIC的焊接，对于 L型和P型MIC的焊接，因为 MIC的体积小，而且它的关键 零件是塑料薄膜，耐热能力较差，因此在焊接时要特别的小心，最好在可 能的情况下加散热器，详见产品规格书。建议电烙铁温度为9.7的 32010，6的30010，每个焊接时间不大于 2秒。生产线要有良好的防静电措施；电烙铁要有良好接地，最好用专用地线。关于S型MIC与导电胶套的连接，因为 MIC与PCB 连接是通过导电胶套连接 的，它们就有一个压力，接触电阻，和胶套压缩量之间的关系，胶套的压 缩量大约在
25、0。20。3毫米之间，这时 MIC的压力大约是 58N,接触电阻应 小于0。1，所以在结构设计是应注意到这一点。MIC在使用设计时要注意 MIC的极性，电源的正极接 MIC的D,电源的地接 MIC的S极。02 7.MIC未来发展趋势未来发展趋势 MIC未来发展趋势：未来发展趋势：小型化 微型化 主要为一些小型设备用,市场上有MIC4 1.1的MIC 低噪声型，主要为一些要求低噪声的设备使用,如助听器及低噪声要求的 低功耗型，要求工作电流50A的,主要为电池供电的设备使用 高灵敏度的，带有 IC放大功能的 数字化，传声器内部带有 A/D转换功能的数字化输出 二氧化硅传声器，可以耐波峰焊和回流焊的传声器,目前所有的 MIC都不能耐 高温的,因此都不能耐波峰焊和回流焊,主要是MIC内部含有塑料膜不耐高温.
