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[導(dǎo)讀]隨著智能化產(chǎn)品的普及,音視頻硬件在電子設(shè)計(jì)中所占的比例越來越高。常見如電視機(jī)、導(dǎo)航儀、商超機(jī)器人等。音視頻硬件中,聲學(xué)器件是必不可少的基礎(chǔ)元件,聲學(xué)器件主要包括麥克風(fēng)和喇叭,麥克風(fēng)拾取聲音,喇叭播放聲音。麥克風(fēng)和喇叭的性能優(yōu)劣,會直接影響到智能語音設(shè)備的人機(jī)交互體驗(yàn),本文將對麥克...

隨著智能化產(chǎn)品的普及,音視頻硬件在電子設(shè)計(jì)中所占的比例越來越高。常見如電視機(jī)、導(dǎo)航儀、商超機(jī)器人等。音視頻硬件中,聲學(xué)器件是必不可少的基礎(chǔ)元件,聲學(xué)器件主要包括麥克風(fēng)和喇叭,麥克風(fēng)拾取聲音,喇叭播放聲音。麥克風(fēng)和喇叭的性能優(yōu)劣,會直接影響到智能語音設(shè)備的人機(jī)交互體驗(yàn),本文將對麥克風(fēng)和喇叭的基礎(chǔ)知識做一個(gè)簡單介紹。


麥克風(fēng)簡介

麥克風(fēng)是聲電換能器件,學(xué)術(shù)名稱傳聲器。廣泛應(yīng)用于通話、語音識別、音樂錄制和主動降噪等場合。

麥克風(fēng)可以將聲音的變化通過特定的機(jī)制轉(zhuǎn)換為電壓或電流的變化,再交給電路系統(tǒng)進(jìn)行處理。根據(jù)不同的聲電轉(zhuǎn)換機(jī)制,麥克風(fēng)分為不同的類型,包括動圈式麥克風(fēng)、電容式麥克風(fēng)和壓電式麥克風(fēng)等。目前市場上常見的微型麥克風(fēng)主要是電容式的

電容式麥克風(fēng)主要分為兩類,一類為駐極體麥克風(fēng)ECM),一類為硅麥克風(fēng)MEMS Mic)。其中硅麥克風(fēng)性能一致性高,受環(huán)境影響極小,體積小巧,便于集成在電路中。所以歸麥克風(fēng)憑借其良好的性能,迅速成為消費(fèi)類產(chǎn)品的首選聲學(xué)元器件。如下圖所示為兩種類型麥克風(fēng)的示例圖。


麥克風(fēng)的工作原理

以硅麥克風(fēng)為例,硅麥克風(fēng)里面的MEMS芯片實(shí)際上是一個(gè)由硅振膜和硅背極板組成的微型電容器,硅振膜能感測聲壓的變化,將聲壓轉(zhuǎn)化為電容變化。如下圖2所示,硅振膜、硅背極板以及它們之間的空氣隙共同組成一個(gè)平行板電容器,故有:U=Q/C其中U為電容器兩端電壓,Q為電容器所存儲的電荷量,C為電容器的電容量。又應(yīng)平行板電容器的計(jì)算公式為C=εS/4πkd,其中ε為介電常數(shù),S為極板的面積,k為常數(shù),所以:U=4πkdQ/εS? ? ? Δd∝?ΔU當(dāng)聲音變化產(chǎn)生一個(gè)變動的聲壓,麥克風(fēng)振膜檢測到變動的聲壓后產(chǎn)生振動,改變振膜與背極板之間的距離Δd,進(jìn)而產(chǎn)生一個(gè)變化的電壓ΔU,經(jīng)麥克風(fēng)內(nèi)部的芯片接收并輸出,從而將聲音信號轉(zhuǎn)化為電信號,實(shí)現(xiàn)聲-電的轉(zhuǎn)換。
喇叭簡介喇叭是將電信號轉(zhuǎn)換成聲信號的電聲換能器件,學(xué)術(shù)名稱揚(yáng)聲器。喇叭的種類按照驅(qū)動結(jié)構(gòu)分類,可分為電動式、電磁式、靜電式和壓電式等,其中電動式揚(yáng)聲器是行業(yè)的主流。電動式揚(yáng)聲器中的動圈式揚(yáng)聲器是目前行業(yè)使用最多和最廣泛的揚(yáng)聲器。動圈式揚(yáng)聲器具有結(jié)構(gòu)簡單,生產(chǎn)容易,同時(shí)性能優(yōu)良,穩(wěn)定性好等特性。動圈式揚(yáng)聲器由磁路組件和振子組件兩部分組成,主要零件有:振膜、音圈和磁鐵等。



喇叭的工作原理電動式揚(yáng)聲器的作用原理是利用載流導(dǎo)體(由音頻電流饋電的音圈)在永久磁體的磁場之間的相互作用,使音圈振動而帶動振膜振動。其能量變換方式是電能—機(jī)械能—聲能。如下圖,當(dāng)垂直于磁場的導(dǎo)體有電流的話,導(dǎo)體就會在垂直于磁場及電流的方向上受到力作用,在揚(yáng)聲器的磁路的間隙有一個(gè)環(huán)狀磁場,線圈位于這個(gè)間隙內(nèi),當(dāng)外界的信號電流發(fā)生改變時(shí),根據(jù)佛來明左手定則,線圈就會隨著電流的大小和方向受力運(yùn)動,推動與音圈連在一起的振膜向外輻射聲音
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