麥克風:能量轉換器件-中文百科頻道

曆史

麥克風的曆史可以追溯到19世紀末，貝爾（Alexander GrahamBell）等科學家緻力于尋找更好的拾取聲音的辦法，以用于改進當時的最新發明——電話。期間他們發明了液體麥克風和碳粒麥克風，這些麥克風效果并不理想，隻是勉強能夠使用。

1949年，威尼伯斯特實驗室（森海塞爾的前身）研制出MD4型麥克風，它能夠在吵雜環境中有效抑制聲音回授，降低背景噪音。這就是世界上第一款抑制反饋的降噪型麥克風。

1961年，德國漢諾威的工業博覽會上，森海塞爾推出了MK102型和MK103型麥克風。這兩款麥克風诠釋了一個全新的麥克風制造理念——RF射頻電容式，即采用小而薄的振動膜，具有體積小，重量輕的特點，同時能夠保證出色的音質。另外，這種麥克風對電磁幹擾非常敏感。它們對氣候的影響具有很強的抗幹擾性能，非常适用于一些全新的領域，例如，探險隊使用，日夜在室外操作，面對溫差極大的、氣候惡劣的戶外條件，該麥克風仍然表現出衆。

森海塞爾專門為音樂家設計制造的第一款麥克風曾在1967年的消費者電子産品博覽會上展出。黑色與金色相間的MD409型是典型的立式麥克風，它的平面設計形狀堪稱森海塞爾的經典之作，而和它類似的MD415主要是一款手持式麥克風。它是最堅固的話音麥克風之一，其重低音外殼全部是純手工制造，然後鍍金。這兩款超心型麥克風很快便成了音樂家們的理想選擇。他們對MD421的鐘愛與日俱增。後來森海塞爾又推出了黑金相間的MD421豪華版，其産品手冊中稱它為“閃耀的金光”。

1978年森海塞爾又推出心型動圈式MD431舞台麥克風，人送綽号“潛能”，它絕對擁有成為表演巨星的潛質。為了自然地再現樂器的曼妙聲音和獨奏的特殊音質，工程人員進行了大量的測量和改進工作來創造更加适合的頻率響應。這隻堅固的麥克風聲音幹脆、毫不含糊，對操作噪聲也有很強的抑制性。沖擊聲過濾器可以确保舞台上的低頻噪聲不會影響聲音的完美再現。

随後推出的超心型MD429“音棚之聲”則是專門為演播廳設計開發的産品。它的近講效果與指向性麥克風類似，但這種效果和對噼啪聲的敏感度都被降到最低。其另外一個品質特點是：由于采取了更加複雜的彈簧懸吊系統，麥克風的操作噪聲也大大減弱。同時推出的還有“具有專業設計的業餘麥克風”MD427型動圈式話音麥克風，它同“潛能”在音質特點和外形特征上都很相似。

二十世紀，麥克風由最初通過電阻轉換聲電發展為電感、電容式轉換，大量新的麥克風技術逐漸發展起來，這其中包括鋁帶、動圈等麥克風，以及當前廣泛使用的電容麥克風和駐極體麥克風。

性能特點

大多數麥克風都是駐極體電容器麥克風(ECM)，這種技術已經有幾十年的曆史。ECM的工作原理是利用具有永久電荷隔離的聚合材料振動膜。

與ECM的聚合材料振動膜相比，MEMS麥克風在不同溫度下的性能都十分穩定，不會受溫度、振動、濕度和時間的影響。由于耐熱性強，MEMS麥克風可承受260℃的高溫回流焊，而性能不會有任何變化。由于組裝前後敏感性變化很小，這甚至可以節省制造過程中的音頻調試成本。

MEMS麥克風需要ASIC提供外部偏置，而ECM則不需要這種偏置。有效的偏置将使整個操作溫度範圍内都可保持穩定的聲學和電氣參數。MEMS芯片的外部偏置還支持設計具有不同敏感性的麥克風。

傳統ECM的尺寸通常比MEMS麥克風大，并且不能進行SMT操作。SMT回流焊簡化了制造流程，可以省略一個制造步驟，而該步驟現在通常以手工方式進行。

IC與駐極體電容器麥克風内信号處理電子元件并無差别，但這是一種已經投入使用的技術。在駐極體中，必須添加IC，而在MEMS麥克風中，隻需在IC上添加額外的專用功能即可。與ECM相比，這種額外功能的優點是使麥克風具有很高的電源抑制比。也就是說，如果電源電壓有波動，則會被有效抑制。

分類

換能原理

電動式（動圈式、鋁帶式），電容式（直流極化式）、壓電式（晶體式、陶瓷式）、以及電磁式、碳粒式、半導體式等。

聲場作用力

壓強式、壓差式、組合式、線列式等。

信号的傳輸方式

有線、無線。

用途

測量話筒、人聲話筒、樂器話筒、錄音話筒等。

指向性

心型、銳心型、超心型、雙向（8字型）、無指向（全向型）。

此外還有駐極體和最近新興的矽微傳聲器、液體傳聲器和激光傳聲器。

種類

麥克風分類大緻有五種：動圈式麥克風、電容式麥克風、駐極體電容麥克風、微機電麥克風、鋁帶式麥克風，以及碳精麥克風。

内置

是指設置在數碼攝像機内的麥克風，用作拍攝錄音之用。作為視頻和音頻的記錄裝置，數碼攝像機的麥克　風當然不能馬虎。對于消費級的數碼攝像機來說，很多麥克風都安裝在機體裡面，這樣的好處是能節省空間，真正實現，消費數碼攝像機方便的理念，但是這樣一來，内置麥克風可能會在錄音的同時錄下機器的轉動聲音，這些噪音在後期制作中很容易分辨，卻跟難分離和去掉的。要解決這些噪音問題，有以下幾個辦法：

選擇錄音功能強大的數碼攝像機。在衆多數碼攝像機中，内置麥克風功能最多的要數松下的機型。松下内置的廣域收音麥克風，在用遠攝鏡拍攝較遠的人物時，較近的環境聲都蓋過了人物的聲音，而松下公司給攝錄機均加上ZoomMic功能，可以随鏡頭變焦，縮窄收音範圍，減少雜聲，是簡單而實用的設備。收音方面亦有WindCut功能，可減少因風聲過大引起的雜聲。

至于佳能、索尼和JVC的數碼攝像機，雖然麥克風在收音性能上與松下并無大差異，但是也相對少了不少的特殊功能。以上提及的數碼攝像機，都可以另外配置一個變焦麥克風，其功能和松下的内置麥克風一樣，外置的麥克風有一點好處，就是可以避免錄下機器轉動的聲音，外置麥上的隔風層，還能減少空氣流過的聲音。而對于專業的數碼攝像機來說，通常使用的都是外置麥克風。

專業

專業麥克顧名思義是有别于普通民用麥克風。

從種類上來分目前主要有電容麥克風（包括駐極體也叫預極化）、動圈麥克風、鋁帶麥克風等。

從功能大概組要分三類：

第一，演出用麥克風，主要使用動圈麥克風和電容麥克風（主要根據使用場合和要求不同而選擇）。

第二，錄音用麥克風，主要使用電容麥克風和鋁帶話筒，錄音用電容話筒不包括駐極體麥克風。

第三，會議用麥克風，主要使用駐極體和少量的動圈麥克。

無線

市場上銷售的麥克風主要分為兩大類：一類是動圈式話筒。其主要特點是音質好，不需要電源供給，但價格相對較高。另一類話筒是駐極體話筒。其特點是耐用，靈敏度較高，需要1.5～3V的電源供給，音質比同價位的動圈式話筒要差一些。但其價格相對較低，适合作播音麥克風。

作為家用麥克風，最好選擇動圈式，因為其音質比其他種類的要好一些，可以真實地再現人聲，且不易在音量大的環境下與音響設備發生自激嘯叫，損壞音箱中的高音揚聲器。正品貨通常包裝精美，外觀設計也很美觀，話筒握在手中應有沉甸甸的感覺，手感舒适，絲網罩上應無毛刺，更不能損壞。話筒線上應有與話筒相一緻的商标品牌。

在選出自己比較滿意的産品後，可用一台質量優越的進口高保真音響進行試機。試機時，将麥克風插入音響耳機插孔，将音量旋至最小，用随機的CD機或VCD機播放正版音樂帶，音量開小一些，打開話筒開關，此時，你會發現麥克風成了一隻小的揚聲器，你可以用不同的話筒試驗，選出音質最好的一種。

最後再檢查其工藝，即搖動咪頭，不應松動，更不能與話筒脫離。接入功放的話筒插孔後，開關時話筒不應有“咔啦”聲，按壓開關不應有任何雜音出現。經過以上的精挑細選，麥克風均能通過的話，這樣的麥克風無疑是優良的。

長時間使用耳機聽大音量的搖滾樂，對聽力的損傷相當大。采用緊貼耳道的所謂“防漏音”設計的耳機更是聽力的大敵。在随身聽的普及過程中，就發生過多起歐洲用戶聽力受損、控告廠商的事件（他們多喜歡用耳機開大音量長時間聽搖滾樂）。頭戴式耳機對聽力的損傷相對較小，建議音樂愛好者和英語學習者額外選配一款頭戴式耳機，輪換使用。

随身音樂有時候是一種生活方式和享受，盲目跟風和不切實際地發燒都不能算是值得效仿的選購理念。耳機自己聽起來感覺良好就行。因為并不是所有用戶都有專業的耳朵，我們在大多數時候也并不需要專業的耳朵。

從來就沒有完美的耳機，在不同的情況下使用不同的耳機才是最明智的選擇。潮熱的天氣，頭戴式耳機帶來的音質提升完全會被累贅感抵消。寒冷的冬天，冰涼的耳塞恐怕沒人喜歡，就算它再小巧。另外，不同的設備和不同的音樂文件，在不同的耳機下表現也不盡相同。選擇兩款特質不同的耳機，才是經濟而又合理的選擇。

就像新車需要一段試開時間才能調配出較好的操作性一樣，新耳機不經過磨合過程也無法聽出最佳的感覺，這個過程俗稱“煲”。所以，選購耳機時以新品試聽，音質往往讓人無法滿意。很多大開大合之處，新耳機都無法把握。建議買耳機之前，先去詢問周圍的熟人朋友，看看他們是否有你中意的産品。試聽他們長期使用的耳機之後，再做定奪。如果他們都沒有，可以去問問大型音像制品店的職員。隻要不是過于高檔的産品，一般你都能在那裡找到“煲”好的耳機。

電容式麥克風

工作原理

電容式麥克風并沒有線圈及磁鐵，靠着電容兩片隔闆間距離的改變來産生電壓變化。當聲波進入麥克風，振動膜産生振動，因為基闆是固定的，使得振動膜和基闆之間的距離會随着振動而改變，根據電容的特性(A是隔闆面積，d為隔闆距離)。當兩塊隔闆距離發生變化時，電容值C會産生改變。此類型麥克風需要額外的電源才能運作，一般常見的電源為電池，或是借由幻象電源(PhantomPower)來供電。電容式麥克風因靈敏度較高，常用于高品質的錄音。

電容式麥克風有兩塊金屬極闆，其中一塊表面塗有駐極體薄膜（多數為聚全氟乙丙烯）并将其接地，另一極闆接在場效應晶體管的栅極上，栅極與源極之間接有一個二極管，如圖2-4所示。當駐極體膜片本身帶有電荷，表面電荷地電量為Q，闆極間地電容量為C，則在極頭上産生地電壓U=Q/C，當受到振動或受到氣流地摩擦時，由于振動使兩極闆間的距離改變，即電容C改變，而電量Q不變，就會引起電壓的變化，電壓變化的大小，反映了外界聲壓的強弱，這種電壓變化頻率反映了外界聲音的頻率，這就是駐極體傳聲器地工作原理。

電容式麥克風的膜片多采用聚全氟乙丙烯，其濕度性能好，産生的表面電荷多，受濕度影響小。由于這種傳聲器也是電容式結構，信号内阻很大，為了将聲音産生的電壓信号引出來并加以放大，其輸出端也必須使用場效應晶體管。

優點

原音重現：

音響專家以追求『原音重現』為音響的最高境界！從麥克風的基本設計原理分析，不難發現電容式麥克風不僅靠精密的機構制造技術，而且結合複雜的電子電路，能直接将聲音轉換成電能訊号，先天上就具有極優越的特性，所以成為追求『原音重現』者的最佳選擇。

頻率響應：

振動膜是麥克風感應聲音及轉換為電能訊号的主要組件。振動膜的材質及機構設計，是決定麥克風音質的各項特性。由于電容式麥克風的振動膜可以采用極輕薄的材料制成，而且感應的音壓，直接轉換成音頻訊号，所以頻率響應低音可以延伸到10Hz以下的超低頻，高音可以輕易的達到數十KHz的超音波，展現非常寬廣的頻率響應特性！

具有超高靈敏度的特性：

在振動膜上面因為沒有音圈的負載，可以采用極為輕薄的設計，所以不但頻率響應極為優越，而且具有絕佳的靈敏度，可以感應極微弱的聲波，輸出最清晰、細膩及精準的原音！

快速響應：

振動膜除了決定麥克風的頻率響應及靈敏度的特性外，對聲波反應快慢的能力，即所謂「瞬時響應」特性，是影響麥克風音色的一個最重要因素。麥克風瞬時響應特性的快慢，決定于整個振動膜的輕重，振動膜越輕，反應速度就越快。電容式音頭極為輕薄的振動膜，具有極快速的瞬時響應特性，能展現清晰、明亮而有勁的音色及精準的音像。尤其中、低音完全沒有音染及“箱音”，高音細膩而清脆，是電容式最顯著的音色特點。電容式音頭的瞬時響應特性遠優于動圈式。

觸摸雜音：

使用手握式麥克風時因與手掌接觸産生的觸摸雜音，讓原音混雜了額外的噪音，對音質影響至巨，尤其對具有前置放大電路的無線麥克風更嚴重，所以觸摸雜音成為評斷麥克風優劣的重要項目。從物理現象探讨，鵝毛與銅闆同樣掉到地闆上，鵝毛幾乎聽不到掉落的聲音，而銅闆就很大聲，顯示較輕的材料比較重的撞擊聲小。同理，電容式麥克風的振動膜比較輕，先天上就具有『超低觸摸雜音』的絕佳特點。

耐摔與耐沖擊：

使用麥克風難免因不慎掉落碰撞導緻故障或異常。由于電容式音頭是由較輕的塑料零件及堅固的輕金屬外殼構成，掉落地面的撞擊力較小，損壞的故障率較低

體積小、重量輕：

電容式麥克風因采用超薄的振動膜，具有體積小、重量輕、靈敏度高及頻率響應優越的特點，所以能設計成超小型麥克風（俗稱小蜜蜂及小螞蟻）廣泛的應用

電容式麥克風具有上述絕佳的特點，成為音響工程專家及演唱高手的最愛，而無線麥克風在舞台演唱或在家裡唱卡拉OK，已經成為當今世界的趨勢，無線麥克風因本身可以提供電容式音頭所需的偏壓，而擁有電容式麥克風的全部優點，成為數字音響時代，專業音響行家夢寐以求的最佳麥克風。

随着網絡的普及，視頻聊天和語音聊天逐漸成為我們和朋友溝通、交流的重要手段。不過，當大家談興正濃的時候，如果在語音中夾雜着其他的雜音，或者耳機中同時傳出自己和對方的說話聲，你一定會覺得非常掃興。這時，千萬不要怪你的麥克風，很可能不是它的錯。

定位優化

在嘈雜環境中聽懂談話内容對于聽力有損失的人來說是一個很頭疼的事(科赫肯,1993&1994).适當的放大在多數場合都能帶來很大的幫助，可是在需要定位和在人群中辨别出某個人的聲音時卻存在着缺陷.這個缺陷有時會涉及到助聽器麥克風的定位問題。

對于佩戴助聽器的人來說,聲音是從助聽器的麥克風收集來的.很明顯麥克風的位置決定了進入聲音的範圍,就和耳廓收集引導聲音的原理一樣.這樣就可能會産生一些問題,例如定位和信噪比(SRN)等.把助聽器的麥克風安放在耳朵後面是有證可查的.格拉芬和普裡威斯(1976)讨論了利用外耳來提高信噪比和耳内機如何利用這個聲學現象來确定麥克風的位置.另外,他們還猜測這個結果可能會提高語言的可懂度。

西曼和托夫曼(1985)用聽力有損失的人和正常人分别佩戴耳背機和耳内機來作對比,證明了麥克風定位的重要性.他們要求試驗者在相同的噪音環境下試驗3種情況:戴耳背式助聽器,戴耳内式助聽器,不戴助聽器.所有的受試驗者都反應佩戴耳背機時的效果最差。聽力正常的試驗者覺得戴耳内式助聽器和不戴助聽器是一樣的，當然給了他們一點時間來調整和适應助聽器。聽力有損失的試驗者戴上耳内機時可以聽得更多的聲音，可能是因為習慣于佩戴助聽器吧，在沒有佩戴助聽器的條件下，他們都沒有聽到聲音。

這些結論證實了助聽器的麥克風放置在耳朵内（例如外耳内和耳道内）能更有效地讓佩戴者定位聲音和增加信噪比的猜測。

整個的測試過程中，定制機在麥克風定位方面都比耳背機更有優勢，同時人們卻很少去留意耳背機的麥克風在不同部位時的差異。就算是這樣，在市面上出售的耳背機的麥克風位置還是不盡相同的。巴喬爾和沃蘭森(1995)指出助聽器有效的方向特性不單是由麥克風的型号或是助聽器的類型(例如耳背機或耳内機)來決定的,機殼的形狀和大小,使用的導管,入聲口和聲源的相對位置等也有很大的關系.赫勒(1978)将耳背機的麥克風放置在機殼的4個不同位置,采用從前方傳入聲音的方法,分别用KEMAR來測量頻率響應曲線.他的報告指出頻率響應曲線最大的不同之處在于高頻.從這些結論可以推論出耳背機麥克風的位置對于定位有影響的說法還是道理的.本次研究的目的是讨論耳背式助聽器和耳内式助聽器的麥克風不同位置對方向性的影響。

指向性

指向性描述麥克風對于來自不同角度聲音的靈敏度，規格上常用如上的polarpattern來表示，在每個示意圖中，虛線圓形的上方代表麥克風前方，下方則代表麥克風的後方。

全指向式

全向式(Omnidirectional)對于來自不同角度的聲音，其靈敏度是相同的。常見于需要收錄整個環境聲音的錄音工程；或是聲源在移動時，希望能保持良好收音的情況；演講者在演說時配帶的領夾式麥克風也屬此類。全向式的缺點在于容易收到四周環境的噪音，而在價格方面相對較為便宜。

單一指向式

常見的單一指向式為心型指向(Cardioid)或超心型指向(Hypercardioid)，對于來自麥克風前方的聲音有最佳的收音效果，而來自其他方向的聲音則會被衰減，常見于手持式麥克風和卡拉OK場合，此類型的極端為槍型指向(Shotgun)。

雙指向式

雙指向式(Bi-directional或Figure-of-8)可接受來自麥克風前方和後方的聲音，實際應用場合不多。

靈敏度

指麥克風的開路電壓與作用在其膜片上的聲壓之比。實際上，麥克風在聲場必然會引起聲場散射，所以靈敏度有兩種定義。一種是實際作用于膜片上的聲壓，稱為聲壓靈敏度，另一種是指麥克風未置入聲場的聲場聲壓，稱為聲場靈敏度，其中聲場靈敏度又分為自由場靈敏度和擴散場靈敏度。通常錄音用麥克風給出聲壓靈敏度，測量用麥克風因應用類型給出聲壓或聲場靈敏度。

頻率響應

是指麥克風接受到不同頻率聲音時，輸出信号會随着頻率的變化而發生放大或衰減。最理想的頻率響應曲線為一條水平線，代表輸出信号能直實呈現原始聲音的特性，但這種理想情況不容易實現。一般來說，電容式麥克風的頻率響應曲線會比動圈式的來得平坦。常見的麥克風頻率響應曲線大多為高低頻衰減，而中高頻略為放大；低頻衰減可以減少錄音環境周遭低頻噪音的幹擾。

阻抗

在麥克風規格中，都會列出阻抗值(單位為歐姆)，根據最大功率傳輸定理(MaximumPowerTransferTheorem)，當負載阻抗和麥克風阻抗批配時，負載的功率将達到最大值。不過在大部份阻抗不批配的情況下，麥克風依然能使用，也因此造成這項規格并未受到太大的重視。一般而言，低于600歐姆為低阻抗；介于600至10,000歐姆為中阻抗；高于10,000歐姆為高阻抗。