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[導讀]隨著智能化產(chǎn)品的普及,音視頻硬件在電子設計中所占的比例越來越高。常見如電視機、導航儀、商超機器人等。音視頻硬件中,聲學器件是必不可少的基礎元件,聲學器件主要包括麥克風和喇叭,麥克風拾取聲音,喇叭播放聲音。麥克風和喇叭的性能優(yōu)劣,會直接影響到智能語音設備的人機交互體驗,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計中所占的比例越來越高。常見如電視機、導航儀、商超機器人等。音視頻硬件中,聲學器件是必不可少的基礎元件,聲學器件主要包括麥克風和喇叭,麥克風拾取聲音,喇叭播放聲音。麥克風和喇叭的性能優(yōu)劣,會直接影響到智能語音設備的人機交互體驗,本文將對麥克風和喇叭的基礎知識做一個簡單介紹。





麥克風簡介


麥克風是聲電換能器件,學術名稱傳聲器。廣泛應用于通話、語音識別、音樂錄制和主動降噪等場合。


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


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




麥克風的工作原理


以硅麥克風為例,硅麥克風里面的MEMS芯片實際上是一個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平行板電容器的計算公式為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當聲音變化產(chǎn)生一個變動的聲壓,麥克風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,進而產(chǎn)生一個變化的電壓ΔU,經(jīng)麥克風內部的芯片接收并輸出,從而將聲音信號轉化為電信號,實現(xiàn)聲-電的轉換。
喇叭簡介喇叭是將電信號轉換成聲信號的電聲換能器件,學術名稱揚聲器。喇叭的種類按照驅動結構分類,可分為電動式、電磁式、靜電式和壓電式等,其中電動式揚聲器是行業(yè)的主流。電動式揚聲器中的動圈式揚聲器是目前行業(yè)使用最多和最廣泛的揚聲器。動圈式揚聲器具有結構簡單,生產(chǎn)容易,同時性能優(yōu)良,穩(wěn)定性好等特性。動圈式揚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聲器的作用原理是利用載流導體(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—機械能—聲能。如下圖,當垂直于磁場的導體有電流的話,導體就會在垂直于磁場及電流的方向上受到力作用,在揚聲器的磁路的間隙有一個環(huán)狀磁場,線圈位于這個間隙內,當外界的信號電流發(fā)生改變時,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動,推動與音圈連在一起的振膜向外輻射聲音。
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