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簡 介： 通過對于實際駐極體MIC進行拆解，看到其中的結構，對比起工作原理，實在令人難以想象它的工作機制是可行的，盡管現在它已經廣泛應用在周圍很多電子設備中。
關鍵詞： 駐極體，MIC

01 駐極體話筒

一、話筒基本種類

??話筒，也常被稱為麥克風（Microphone）是將聲音轉換成電信號的電器元件。在 An Introduction to Audio Electronics: Sound, Microphones, Speakers, and Amplifiers^[1] 總結了三種話筒基本原理：

• 動圈式電磁感應話筒；
• 電容話筒；
• 駐極體話筒；

??下圖給出了動圈式電磁感應話筒結構，它實際上相當于普通動圈式喇叭的逆過程。感應聲音壓強變化的薄膜帶動微型線圈在磁場中運動，產生感應電動勢反映了聲音信號變化情況。

??下圖顯示了電容話筒的結構圖。具有導電特性的薄膜與鄰近的背板構成了平板電容。其中的電池（偏置電壓）為該電容充有一定電荷。當薄膜在聲壓作用下發(fā)生震動，改變了與背板之間的距離，進而影響了電容容量，最終反映在電容兩極之間的電壓發(fā)生變化，這個變化的電壓包含有聲音信號。經過后期高阻抗放大器便可以輸出聲音電信號。

??下圖是駐極體話筒結構示意圖。相比于前面的電容話筒，它沒有用于電容偏置的內部電池，取而代之的是帶有駐極體材料的背板。由于駐極體內部包含有固定的電荷，從而可以將原來用于電容偏置的電源去掉。

??另外，為了使得輸出信號阻抗降低，駐極體麥克內部還包含著結型場效應管將駐極體電壓變化轉變成場效應管電阻變化。

二、駐極體話筒實際結構

??通過上面介紹可以看到駐極體話筒是電容話筒的一種。在 Cellphone acoustics^[2] 中介紹了 駐極體麥克風是由Sessler 與 West 發(fā)明

??在網文 駐極體麥克風和電容麥克風的區(qū)別^[3] 中介紹了電容話筒與駐極體話筒的區(qū)別。電容話筒的基本原理就是使用一個電容器作為聲信號到電信號的轉換器，這個電容的一個極板可以感應電壓的變化，起到聲音輸入的作用，通常這一由金屬化的高分子膜構成。如果這一高分的模式由駐極體材料組成，那么這就是駐極體麥克風。

??下圖顯示了普通的駐極體話筒外觀與內部的結構。

??在 ?PRODUCT SPOTLIGHT: ?ELECTRET CONDENSER MICROPHONES^[4] ?中介紹了駐極體麥克風工作原理以及使用方法。駐極體薄膜在麥克風中通過前面的音孔感知外接聲音壓強的變化進而產生震動，改變了 與背板之間的距離。駐極體與背板相當于電容兩個電極，電極之間的距離變化會改變電容的容量。如果兩個電極之間存在一定量的電荷，會在兩個電極之間產生電壓。電壓與電容容量之間成反比。

??因此，駐極體薄膜與背板電極之間的距離變化會在背板電極上產生變化的電壓，經過結型場效應管（FET）阻抗轉換形成輸出信號。

2、駐極體材料

??從歷史上看，駐極體是通過首先熔化合適的介電材料（例如包含極性分子的聚合物或蠟），然后使其在強大的靜電場中重新凝固而制成的。電介質的極性分子將其自身對準靜電場的方向，從而產生具有xxx性靜電偏壓的偶極駐極體?，F代的駐極體通常是通過將多余的電荷嵌入到高度絕緣的電介質中來制成的，例如通過電子束、電暈放電、從電子槍注入電，跨越間隙的電擊穿或電介質阻擋層。

??駐極體材料絕緣性與穩(wěn)定性很好，內部的電荷會保存很長時間（數百年）。因此通常在介紹駐極體麥克風文章中都說，正是借助于駐極體內部的電荷的存在，使得駐極體麥克風在使用過程中不需要向普通的電容話筒那樣有極化電壓。

三、存在的疑問

1、駐極體薄膜不會被電荷中和嗎？

??根據前面介紹的駐極體話筒的原理，它如果需要將駐極體薄膜的震動轉換成背板上的電壓變化，基本要求是需要在兩個電容極板之間存在一定量的電荷。

??問題就在于駐極體薄膜上的電荷是存在于薄膜內部。如果長時間暴露在外部的空氣，空氣中的電荷就會在薄膜電場的作用下匯聚在薄膜表面，將駐極體內部極化電場中和掉，對于外部來看，它就形成沒有電荷的材料了。

2、實際麥克內部結構差異

??下面是對一款實際的駐極體麥克風拆開后的情況，其中的主要部件包括四個：

• 鋁金屬外殼；
• 鍍有金屬導電層的駐極體薄膜；
• 金屬環(huán)；
• JFET以及電路板；

??可以看到這個麥克風的內部結構與前面敘述的結構有著很大的差異。

??除此之外，中間帶有金屬導電的駐極體薄膜非常薄，直觀上來講，很難想象這個帶有金屬層的薄膜是如何能夠與金屬外殼之間產生電壓的。

02 問題總結

??通過觀察實際的駐極體麥克風內部結構，會感到其中存在著諸多的疑問。這樣的薄的駐極體薄膜真的能夠對于其中的內部電荷長久保持嗎？薄膜在長久暴露在空氣中，表面會積累期相應的電荷與其內部極化電場進行中和，這樣的薄膜還會產生極化電壓嗎？

參考資料

[1]An Introduction to Audio Electronics: Sound, Microphones, Speakers, and Amplifiers: https://www.allaboutcircuits.com/technical-articles/introduction-audio-electronics-sound-microphones-speakers-amplifiers/

[2]Cellphone acoustics: https://www.sciencedirect.com/topics/engineering/electret

[3]駐極體麥克風和電容麥克風的區(qū)別: http://www.elecfans.com/video/yinpinjishu/201909241078621.html

[4]PRODUCT SPOTLIGHT: ?ELECTRET CONDENSER MICROPHONES: https://www.cuidevices.com/product-spotlight/electret-condenser-microphones#5

end

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