工程声学/麦克风设计与运作

第一部分：集总声学系统 – 1.1 – 1.2 – 1.3 – 1.4 – 1.5 – 1.6 – 1.7 – 1.8 – 1.9 – 1.10 – 1.11

第二部分：一维波运动 – 2.1 – 2.2 – 2.3

第三部分：应用 – 3.1 – 3.2 – 3.3 – 3.4 – 3.5 – 3.6 – 3.7 – 3.8 – 3.9 – 3.10 – 3.11 – 3.12 – 3.13 – 3.14 – 3.15 – 3.16 – 3.17 – 3.18 – 3.19 – 3.20 – 3.21 – 3.22 – 3.23 – 3.24

简介

麦克风是将压力波动转换为电信号的装置。当今主流娱乐行业中，主要使用两种方法来实现这一点 - 动圈麦克风和电容式麦克风。压电式换能器也可以用作麦克风，但它们在娱乐行业中并不常见。

动圈麦克风

动圈麦克风利用“法拉第定律”。该定律指出，当导体穿过磁场时，会在导体中感应出电流。在这些麦克风中，磁场来自永磁体。导体的两种常见排列方式如下。

图 1：动圈麦克风的截面图

第一个导体排列方式是移动线圈。线圈通常是铜线，连接到圆形振膜或活塞，通常由轻质塑料制成，偶尔也用铝制成。冲击在活塞上的压力波动会导致其在磁场中移动，从而产生所需的电流。

图 2：动圈带式麦克风

第二个导体排列方式是悬挂在磁体之间的金属箔带。金属带响应压力波动而移动，并产生电流。在这两种配置中，动圈麦克风的原理与声学换能器相同。

电容式麦克风

电容式麦克风通过电容的变化将压力波动转换为电势，因此它们也被称为电容式麦克风。电容器由两个带电导体组成，它们彼此之间保持相对较小的距离。描述电容器的基本关系是

$Q=C\times V$

其中 Q 是电容器导体的电荷，C 是电容，V 是电容器导体之间的电势。如果导体的电荷保持不变，那么导体之间的电压将与 (a) 电容和 (b) 导体之间的距离成反比。

图 3：电容式麦克风的截面图

电容式麦克风中的电容器由两部分组成：振膜和背板。振膜由于冲击的压力波动而移动，背板保持静止。当振膜靠近背板时，电容增加，产生电势变化。振膜通常由金属涂层聚酯薄膜制成。容纳背板和振膜的组件通常称为麦克风头。

为了使振膜和背板保持恒定的电荷，必须向麦克风头提供电势。这可以通过多种方式实现。第一种方式是使用电池向麦克风头提供所需的直流电势（图 4）。麦克风头引线上的电阻非常高，范围在 10 兆欧姆左右，以使麦克风头上的电荷保持接近恒定。

图 4：内置电池供电的电容式麦克风

另一种在电容器上提供恒定电荷的技术是通过承载麦克风输出信号的麦克风线缆提供直流电势。标准麦克风线缆被称为 XLR 线缆，以三芯连接器终止。第一芯连接到线缆周围的屏蔽层。麦克风信号在第二芯和第三芯之间传输。

图 5：通过 XLR 线缆连接到调音台的动圈麦克风

48V 幻象供电

通过麦克风线缆提供直流电势最流行的方法是向麦克风输出引线（第二芯和第三芯）提供 +48V 电压，并使用线缆的屏蔽层（第一芯）作为电路的地线。由于第二芯和第三芯看到的是相同的电势，因此麦克风供电电势的任何波动都不会影响连接的音频设备所看到的麦克风信号。+48V 电压将在麦克风中使用变压器降压，并以类似于电池解决方案的方式为背板和振膜提供电势。

图 6：电容式麦克风的供电技术

12V T-供电

一种不太常用的方法是通过电缆提供 12V 电压，连接到第 2 和第 3 脚，这种方法被称为 T-供电。T-供电的主要问题是，声囊供电的电压波动会传递到音频信号中，因为分析麦克风信号的音频设备无法区分是由于声压波动造成的 2 和 3 脚之间的电压变化，还是电源电压波动造成的电压变化。

驻极体电容式麦克风

最后，振膜和背板可以使用一种保持固定电荷的材料制造，称为“驻极体”（electric+magnet 的组合，因为这些材料可以被视为永久磁铁的电气等效物）。因此，这些麦克风被称为驻极体电容式麦克风 (ECM)。在早期的驻极体设计中，材料上的电荷往往会随着时间的推移而变得不稳定。科学和制造技术的进步有效地消除了当前设计中的这个问题。