(完整版)ECM麦克风的技术简介
MIC-的设计资料(ECM)
THEORYANDMEASUREMENTTECHNIQUESCASEP OLAR RINGPET FILMSPACERBRASS COILBACK P LATEBASERING JFETPCBELECTRET CONDENSER MICROPHONEUNITContentsMANUFACTURING DEPARTMENT十L BF I 匸卜、F、.驻极体麦克风( Electret Condenser Microphone)驻极体麦克风之结构种类背极式( Back Type) 振膜式( Foil Type) 前极式( Front Type) 麦克风之指向性全指向性( Omni directional)单指向性( Unidirectional)双指向性( Bi directional)微音器之名词微音器之基本动作原理与驱动原理J-FET(Junction Field Effect Transistor) 接面型场效晶体管之动作原理FET 之驱动回路微音器的制造与量测极化工程组装工程封口工程量测工程四、、儿—■前言因信息、电子及通讯事业的蓬勃发展，彼此之间的相互结合下，现在的社会已由信息化提升至情报化。
透过有线、无线的网络连结情报的搜集、交换及传递造就一个更活跃的信息情报化时代。
比如基本的视觉通讯传递或交谈时，传送影像与声音时就需要影像撷取设备及麦克风。
而随着行动通讯的发展已成为个人随身数据器上，需利用声音相互通讯时，麦克风也是一项基本配备。
何谓麦克风？麦克风(集音器)就是把音源发出的音转换成电气信号的转换器。
基本原理为音波振动麦克风振动感应器时，在感应器的输出端会根据此振动的反应产生电气信号。
声音转换成电气信号的过程如下：a.由音源发出的声音，以空气为介质而传导。
b.传导的音波会碰击麦克风的振动感应器使其振动。
C.此振动会随音波传导的方向，沿着振动器轴心以前、后来振动。
振动次数与振动距离为音波的频率与波长。
关于麦克风的参数介绍-驻极体麦克风（ECM）和硅麦（MEMS）
关于麦克风的参数介绍-驻极体麦克风（ECM）和硅麦（MEMS）1、麦克风的分类1.1、动圈式麦克风（Dynamic Micphone）原理：基本构造包含线圈、振膜、永久磁铁三部分。
当声波进⼊麦克风，振膜受到声波的压⼒⽽产⽣振动，与振膜在⼀起的线圈则开始在磁场中移动，根据法拉第的楞次定律，线圈会产⽣感应电流。
特性：动圈式麦克风因含有磁铁和线圈，不够轻便、灵敏度较低、⾼低频响应表现较差；优点是声⾳较柔润，适合⽤来收录⼈声。
应⽤：KTV场所。
1.2、电容式麦克风（Condenser Micphone）原理：根据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，振膜产⽣振动，使得振动膜和基板之间的距离会随着振动⽽改变，于是基板间的电容会变，根据Q=C*V（电容式麦克风中电容极板的电压会维持⼀个定值）得到变化的电荷量Q。
特性：灵敏度⾼，常⽤于⾼质量的录⾳。
应⽤：消费电⼦、录⾳室。
1.3、铝带式麦克风（Ribbon Micphone）原理：在磁铁两极间放⼊通常是铝制的波浪状⾦属箔带，⾦属薄膜受声⾳震动时，因电磁感应⽽产⽣信号。
1.4、碳精麦克风（Carbon Micphone）2、两种常⽤电容式麦克风的对⽐：驻极体电容麦克风（ECM）和微机电麦克风（MEMS Micphone）2.1、驻极体电容麦克风（Electret Condenser Micphone）原理：驻极体麦克风使⽤了可保有永久电荷的驻极体物质，不需要再对电容供电。
（若驻极体麦克风中内置放⼤电路，则需要供电）优点：技术成熟、价格便宜缺点：体积⼤，不⽅便SMT、引线长，造成信号衰减、⽣产⼯序多，⼀致性差、灵敏度不稳定2.2、微机电麦克风（MEMS Micphone）原理：微机电麦克风也称麦克风芯⽚或硅麦克风，硅麦⼀般都集成了前置放⼤器，甚⾄有些硅麦会集成模拟数字转换器，直接输出数字信号，成为数字麦克风。
优点：体积⼩，可SMT、产品稳定性好缺点：价格较⾼备注：⼀般情况下，我们把集成了前置放⼤器或者模拟数字转换器的麦克风称为拾⾳器（pickup）。
手机维修之麦克风介绍
传声器 （3）输出阻抗选择 传声器的最佳负载阻抗，通常选用传声器额定输出阻抗的5倍以上，只有在这种配接状态下，才可以认为传声器工作在 接近开路状态下。
当传声器在接近开路状态下工作时由于传声器输出电阻极小，因而它的瞬态响应、非线性畸变、频率响应等电声技术
数字麦克风芯片主要由缓冲级，放大级， 低通滤波器，抗模数转换组成。 MEMS模拟麦克风主要由MEMS传感器， 充电泵，缓冲放大器，屏蔽外壳组成。
硅MIC内部结构 驻极体MIC电路
右图是驻极体MIC典型差分电路，一般会有偏置电路增 加，并且在差分信号上会并有100pF和33pF电容进行过 滤射频信号。
驻极体MIC内部结构
驻极体MIC内部电路形态
硅MIC内部结构和原理
MEMS（微型机电系统） 麦克风是基于MEMS技术制造的 麦克风。与ECM的聚合材料振动膜相比，MEMS麦克风在 不同温度下的性能都十分稳定，其敏感性不会受温度、振 动、湿度和时间的影响。 MEMS麦克风需要ASIC提供的外部偏置，而ECM没有这种 偏置。 集成在芯片上的宽带RF抑制功能，非常适合手机不干涉到 射频信号。
应该注意的是心型指向的传声器对风声及其它气流引起的噪声或演员的齿音较为敏感，这时应在传声器前加上一个防
风罩。全指向传声器的优点是无需将传声器对准声源，拾音时不会存在近讲效应。全指向传声器在环境噪音良好时所 拾取的音色更加的自然。
但全指向传声器在环境噪音较大时会拾取到过多的噪音，且全指向传声器不利于串音的控制。
手机维修之麦克风介绍
麦克风定义
手机MIC俗称传声器，传声器是将声波信号转换 为相应电信号的传感器。 手机中应用比较多的是驻极体MIC（ECM）和 MEMS硅MIC，一般低端手机使用的是驻极体 MIC。目前主流的基本是硅MIC，硅MIC也分模 拟MIC和数字MIC。
麦克风基本知识资料
实际人声频率男：低音82～392Hz，基准音区64～523Hz男中音123～493Hz，男高音164～698Hz女：低音82～392Hz，基准音区160～1200Hz女低音123～493Hz，女高音220～1.1KHz录音时各频率效果:男歌声 150Hz~600Hz影响歌声力度，提升此频段可以使歌声共鸣感强，增强力度。
女歌声 1.6~3.6KHz影响音色的明亮度，提升此段频率可以使音色鲜明通透。
语音 800Hz是“危险”频率，过于提升会使音色发“硬”、发“楞”沙哑声提升64Hz~261Hz会使音色得到改善。
喉音重衰减600Hz~800Hz会使音色得到改善鼻音重衰减60Hz~260Hz，提升1~2.4KHz可以改善音色。
齿音重 6KHz过高会产生严重齿音。
咳音重 4KHz过高会产生咳音严重现象（电台频率偏离时的音色）二、频率响应frequency response频率响应又称带宽(frequency range)，是指麦克风感应声波频率的范围，并将声波能量忠实的转换为电子讯号的能力。
麦克风接受到不同频率声音时，输出信号会随着频率的变化而发生放大或衰减。
一般以频率响应曲线图标之。
三、灵敏度( Sensitivity)灵敏度代表麦克风将声音能量转换成电压后所产生的输出讯号强度，是在麦克风单位声压激励下输出电压与输入声压的比值。
当输入信号固定时(1kHz)，输出讯号越强，代表麦克风灵敏度越高。
测试麦克风的灵敏度是将1kHz的讯号在94dB的音压电平位准( SPL)下量测开路的麦克风，取得的毫伏特( millivolt )值，单位为mV / Pa。
四、等效噪音电平( Equivalent noise level)等效噪音电平又称内部噪声( self noise)。
麦克风的内部噪声在无声音讯号输入状态时可来自若干个方面：1.供给麦克风电源的电压波动(偏置电压)引起的电子噪音2.内部材质电阻(热噪讯)，3.外部射频发射器的干扰等。
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麦克风有哪些特点
麦克风有哪些特点？下面是小编为大家整理的麦克风具有特点，欢迎参考~
一、大多数麦克风都是驻极体电容器麦克风(ECM)，这种技术已经有几十年的历史。
ECM 的工作原理是利用具有永久电荷隔离的聚合材料振动膜。
二、与ECM的聚合材料振动膜相比，MEMS麦克风在不同温度下的性能都十
分稳定，不会受温度、振动、湿度和时间的影响。
由于耐热性强，MEMS麦克风
可承受260℃的高温回流焊，而性能不会有任何变化。
由于组装前后敏感性变
化很小，这甚至可以节省制造过程中的音频调试成本。
三、MEMS麦克风需要 ASIC提供外部偏置，而ECM则不需要这种偏置。
有
效的偏置将使整个操作温度范围内都可保持稳定的声学和电气参数。
MEMS芯片
的外部偏置还支持设计具有不同敏感性的麦克风。
四、传统ECM的尺寸通常比MEMS麦克风大，并且不能进行SMT操作。
SMT
回流焊简化了制造流程，可以省略一个制造步骤。
五、IC与驻极体电容器麦克风内信号处理电子元件并无差别，但这是一种
已经投入使用的技术。
在驻极体中，必须添加IC，而在MEMS麦克风中，只需
在IC上添加额外的专用功能即可。
与ECM相比，这种额外功能的优点是使麦克风具有很高的电源抑制比。
也就是说，如果电源电压有波动，则会被有效抑制。
麦克风简介
Confidential
iDSBG DSD NPI
麥克風分類
根據結構及材質不同可分為：
1>ECM ( Electret Capacitor Microphone): 駐極體電容式麥克風 2>MEMS (Micro Electromechanical System): 微型机电系统麦克风
Confidential
輸出模擬信號，抗干擾性差 大
Confidential
iDSBG DSD NPI
麥克風的應用
麥克風分類 ECM基本結構及工作原理介紹 MEMS基本結構及工作原理介紹 MEMS & ECM 優缺點比較 麥克風關鍵參數及規格書簡介 ST產品特點及使用說明
Confidential
Confidential
iDSBG DSD NPI
ST產品特點及使用說明
ST特點：頂開口，並且可以做到63dB, 前腔越小越好，后腔越大越好。 使用說明： 1>底開孔：使用時需在PCB對應位置開孔 2>頂開孔：使用時需配合機構外殼開孔位置，并加一些rubber做導音 或遮擋灰塵
Confidential
Confidential
iDSBG DSD NPI
麥克風的應用
DV CAM
Tablet and smart phone
Blue Tooth
DSC
NB
GPS Confidential
iDSBG DSD NPI
麥克風的應用
麥克風分類 ECM基本結構及工作原理介紹 MEMS基本結構及工作原理介紹 MEMS & ECM 優缺點比較 麥克風關鍵參數及規格書簡介 ST產品特點及使用說明
浅谈Hi-Res Sony C-100、ECM-100U、ECM-100N高清话筒
浅谈Hi-Res Sony C-100、ECM-100U、ECM-100N高清话筒作者：孟平来源：《计算机与网络》2018年第10期随着高解析音频设备的流行和不断的发展，近些年来，越来越多的人对于高解析、高品质的音乐及设备有了更多、更高的需求。
传统音质，乃至CD已无法满足大众耳朵的需求，近年来，索尼公司提出并定义了全新的高解析音频Hi-Res（全称High Resolution Audio），并由日本音频协会（JAS）和消费电子协会（CEA）制定高品质音频产品设计标准。
这无疑是广大发烧友的福音。
Hi-Res，顾名思义是指表现音乐品质的极致和原音的重现，使听者获得真实感受歌者或演奏家在现场表演的临场氛围，此格式信息量也远远高于CD（16 bit/44.1 kHz）品质的音乐格式。
通俗的来讲，传统音乐音质以16 bit/ 44.1 kHz的分辨率呈现，Hi-Res则是以更高的音质（24 bit/ 96 kHz甚至更高）来呈现，远远高于传统音乐的采样率和比特率深度。
当今的主流采样频率一般共分为22.05 kHz、44.1 kHz、48 kHz三个等级，22.05 kHz只能达到FM广播的声音品质（一般音乐播放器中标准品质也是22.05 kHz），44.1 kHz则是CD音乐的标准（音乐播放器中的HQ音质），48 kHz则更加精准（音乐播放器中SQ无损品质），96 kHz甚至192 kHz已经是一个超高的无损声音品质了，这是目前互联网及CD很少甚至无法达到的超高品质。
比特深度则是形象地描述了处理音频数据的硬件或软件能达到的细节精度（描述某种对象所使用的比特量的多少），标准CD音质16 bit/44.1 kHz就是一秒内声音信号进行等间隔44 100次采样，其中，每次采样保存16 bit的数据。
每增加一个比特位，所获得的表示意义的可能性将会翻一倍。
例如你现在拥有16 bit的音频设备，那么你将获得65 536种音阶可能性，而24 bit的硬件将能够提供16 777 216种不同的音阶。
驻极体电容式麦克风咪头基础知识
驻极体电容式麦克风(咪头)基础知识一、咪头的定义：：咪头是一个声-电转换器件（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，咪头是输入，喇叭是输出。
咪头又名麦克风，话筒，传声器，咪胆等。
ECM（Electret Condenser Microphone）驻极体电容式麦克风的简称。
二、咪头的分类：1、从工作原理上分：炭精粒式电磁式电容式驻极体电容式（以下介绍以驻极体式为主）压电晶体式，压电陶瓷式二氧化硅式等2、从尺寸大小分,驻极体式又可分为若干种.Φ9.7系列产品Φ8系列产品Φ6系列产品Φ4.5系列产品Φ4系列产品Φ3系列产品每个系列中又有不同的高度3、从咪头的方向性，可分为全向（无向），单向，双向（又称为消噪式）4、从极化方式上分，振膜式,背极式,前极式从结构上分又可以分为栅极点焊式,栅极压接式,极环连接式等5、从对外连接方式分普通焊点式：L型带PIN脚式：P型同心圆式：S/A型三、驻极体传声器的结构以全向MIC,振膜式极环连接式为例1、防尘网：保护咪头，防止灰尘落到振膜上，防止外部物体刺破振膜，还有短时间的防水作用。
2、外壳：整个咪头的支撑件，其它件封装在外壳之中，是传声器的接地点，还可以起到电磁屏蔽的作用。
3、振膜：是一个声-电转换的主要零件，是一个绷紧的特氟珑塑料薄膜（聚氯乙烯）粘在一个金属薄圆环上,薄膜与金属环接触的一面镀有一层很薄的金属层,薄膜可以充有电荷，也是组成一个可变电容的一个电极板，而且是可以振动的极板。
杜邦膜：FEP,PTFE,PFA,PET等，FEP是美国杜邦公司生产的一种特氟珑薄膜叫聚全氯乙丙烯，在驻极体传声器方面，主要用于电荷的存贮，因为内部有很多的势阱。
PPS膜：是一种不能存贮电荷的薄膜叫聚苯硫醚，在驻极体传声器方面，主要用于背极式和前极式的振动膜片。
4、垫片：支撑电容两极板之间的距离，留有间隙，为振膜振动提供一个空间，从而改变电容量。
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ECM麦克风的技术简介
ECM麦克风的技术简介
1. 驻极体麦克风的原理及构造
驻极体是一种能长久保持电极化状态的电介质，这种电介质是一种高分子聚合物，它的工作原理是电容式的：由一片单面涂有金属的振动膜与一个带有若干小孔贴有驻极体薄膜的金属电极（称为背极）构成。
驻极体面与振动膜相对，中间有一极小的空气隙，这就形成一个以空气隙和驻极体作绝缘介质，以背极和振动膜上的金属层作为两个电极的介质电容器，
电容器的两极之间并接一只电阻，这只电阻是麦克风的阻抗变换器或前置放大器的输入电阻。
由于驻极体上分布有自由电荷，于是在电容器的两极之间就有了电荷量，当声波使振动膜振动而产生位移时，改变了电容器的电容量，电容量的改变使电容器的输出端产生了相
应的交变电场，交变电场作用于R 就形成了与声波信号对应的电信号，于是就完成子声——电转换的功能。
实际应用其模型如下：
驻极体麦克风之声学结构，举例如下图：
麦克风在手机上的典型应用如下图：
由于驻极体麦克风是按电容式原理工作的，因此它具有电容式电声器件的很多优点，如频带宽、音质好、失真小、瞬态响应好，对机械振动不敏感等特点。
2. 麦克风的主要电声性能
从驻极体麦克风的结构来看，可以看作是由振膜与驻极体背极形成的电容式极头以及后接的阻抗变换器（PCB 组）两部分组成。
因此，驻极体麦克风的性能设计是从两部分来进行的。
【灵敏度】
灵敏度是衡量在给定某个大小声音下输出多大电信号的测量指标，假如试图去记录非常微弱的声音，这是一个非常关键的指标，同时需要考虑各种不同的环境。
一方面不灵敏的麦克风不得不增加后级电路的增益；另一方面，非常灵敏度的麦克风可能会使得后级电路过载，从而产生失真。
影响驻极体麦克风灵敏度的因素较多，归纳起来主要有以下几项：
A、驻极体表面电荷密度的大小
B、振膜的张力
C、振膜与背极间的距离
D、阻抗变换器或放大器的性能
驻极体麦克风的灵敏度与驻极体表面电荷密度成正比，但驻极体表面电荷密度过大将会导致振膜附到背极上，使麦克风处于不稳定状态，解决的办法是增大振膜与背极的距离或增加膜片的张力，由此会导致灵敏度降低和频响曲线改变。
驻极体麦克风的灵敏度与振膜的张力成反比关系，但张力的大小会受材料及生产工艺的影响，振膜张力过大可导致振膜产生不可逆的蠕变，从而影响稳定性；振膜张力过小可使频响变差，同样出现性能不稳。
麦克风的灵敏度同振膜与背极间距成反比关系。
麦克风的灵敏度同阻抗变换器（放大器的影响量）成正比关系。
FET放大倍数越大，则灵敏度高。
过大的放大量会导致噪音的增大，影响使用效果。
合适的放大量或合适的阻抗对灵敏度设计的影响是很重要的。
在影响灵敏度的诸多因素之间，我们会根据客户的需要综合考虑，不是片面追求灵敏度的高低为目标，而应以追求稳定性为目标。
【频率响应】
影响驻极体麦克风的频率响应的因素有振膜的张力、背极板上孔的数量、孔径的大小、孔位以及与孔相连的后腔体积大小等。
对一个已经定型的驻极体麦克风而言，其背极板上孔径、孔位及孔的数量均已确定与孔相连的后腔体积也已基本确定，而容易变化的则是振膜的张
力，振膜的张力大，它的共振频率就高，驻极体麦克风的频率响应就平坦。
但张力过大，长时间工作，同样使振膜产生不可逆的蠕变，从而影响麦克风的稳定性。
除振膜张力影响频率响应外，FET 的频率特性及由于生产过程封变影响造成180 度方向产生过大的声压作用等也会影响麦克风的频率响应。
【信噪比(S/N)】
影响信噪比（S/N）的因素很多：设计时应考虑PCB 的高频分布电容，分布电感; 阻抗的匹配，RF 的干扰，FET 的本底噪音，电容极头的屏蔽性，接地电阻等诸多因素。
解决以上问题，从抗高频干扰角度合理设计PCB 布线，并经严格的IQC 检测；选用优质低噪的FET，并加抗RF 干扰电容；严格极头制作工艺和装配工艺，使噪音降到最小，从而使S/N 达到理想的最大值。
【指向性】
许多人误解地认为麦克风只能拾取他们对准的声音源，驻极体麦克风指向性决定与0 度与180 度的声压差，对全指向手机麦克风而言只要严格控制工艺及180 度的密封性即可。
下图是表示接受声音源角度的极性图。
下面给出一份麦克风参数的列表，供大家参考。