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测量和指定麦克风
2021年02月16日    阅读量:547    新闻来源:中国风格网 stylechina.com  |  投稿

过去一年,在家工作/在家工作环境的一个方面是越来越重视播客,在线会议和在线视频活动。这就是为什么对产生更高质量的体验感兴趣的人对麦克风技术更感兴趣。这是麦克风的简短介绍,以及它们通常如何测量和量化的方法。


麦克风将声波转换为电脉冲。麦克风的类型多种多样,某些拾音方法现在已过时。陆线电话通常在听筒中包含一个碳纤维麦克风。它由一个对气压变化敏感的隔膜组成,该隔膜使粉末状的碳电阻元件膨胀和收缩,从而产生电信号。碳麦克风不会自行产生电能,而是需要外部直流电源。一个电话,直流电来自中央电话局,但是9V电池也可以工作。只需将两个麦克风引线连接到标准的10:1无源探头,即可在示波器中轻松显示麦克风输出,但是您必须记住将直流电源与碳麦克风串联。

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带状麦克风另一个老式技术是带状麦克风。带状麦克风通过悬浮在磁铁两极之间的超薄导电材料带产生信号。声音使色带振动,并在与色带速度和磁场方向成直角的方向感应出电压。带状麦克风也称为速度麦克风,因为感应电压与带状速度成正比,因此与声波中的空气颗粒成正比。


带状麦克风仍然存在,但通常仅限于高端音频工作。轻质碳带的共振频率低于20 Hz。这使他们在20 Hz至20 kHz的人类听力范围内具有出色的频率响应。它们以捕获高频细节而闻名。电容麦克风通常在高端听起来主观上会有些激进或脆,而带状麦克风通常被描述为具有温暖的复古音调。


早期的带状麦克风因其脆弱而闻名。施加直流电压也可能会损坏它们-这是一个问题,因为其他类型的麦克风都需要直流电源,因此可能会意外施加直流电。现代的带状麦克风通常用于故障保护的情况。


如今,播客和YouTube名人更倾向于使用电容麦克风或动态麦克风。动态(也称为运动线圈)麦克风的工作原理是,将附着在振动膜上的导线线圈悬挂在磁场内。当声音使振动膜片振动时,它也会使线圈振动并产生电信号。

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动态麦克风动圈式麦克风的一个难题是单个动态膜不能对所有音频线性响应。例如,膜片和线圈的质量好于录制语音,可能无法快速响应以准确处理更高的频率。因此,某些动态麦克风针对音频频谱的不同部分采用了多个膜片。正确组合结果信号是困难的。这样做的设计往往很昂贵。


动态麦克风通常被认为是良好的全能麦克风。它们不需要电源,并且具有心形极性响应模式。带有心形图案,麦克风可以滤除其后部的噪音。


电容麦克风另一个使用振动膜片的广泛使用的麦克风是电容麦克风。膜片在这里充当电容器的一块板,声音振动会改变板之间的距离。在直流偏置电容麦克风中,电容器板上的维持电压随声音振动而变化,相对于电容方程式(C = Q⁄V),其中Q =电荷,库仑; C =电容,法拉;V =电位差,伏特。对于平行板电容器,板的电容与它们之间的距离成反比。


麦克风元件的电容(约5至100 pF)和偏置电阻的值(100MΩ至数十GΩ)形成高通音频滤波器和低通偏置电压。在电容变化的时间范围内(在20 Hz音频信号下长达50毫秒),电荷实际上是恒定的,并且电容器两端的电压发生变化以反映电容的变化。电容器电压在偏置电压之上和之下变化。可以在串联电阻两端看到偏压和电容器之间的电压差。电阻两端的电压被放大。在大多数情况下,电压差非常大,对于高声级,高达几伏。电路的阻抗基本上是相对较高电阻的偏置电阻的阻抗。所以通常只需要电流增益


还有另一种电容麦克风,称为RF电容。它们通过低噪声振荡器产生的低RF电压工作。来自振荡器的信号可以通过移动振动膜的声波产生的电容变化来幅度调制,或者振动膜组件可以是调制振荡器信号频率的谐振电路的一部分。解调产生具有低源阻抗的低噪声音频信号。


RF电容器的要点是摆脱高偏置电压。这样就可以使用张力较小的振动膜,从而获得较宽的频率响应。所得的振膜也具有较小的质量,从而使麦克风对较低的声压级有更好的响应。


电容麦克风的另一种类型是驻极体麦克风。驻极体也不需要外部电源,但是它们通常包含确实需要电源的集成前置放大器。取而代之的是,它们在驻极体材料中使用了永久电荷,驻极体材料是一种已被永久性充电或极化的铁电材料。通过对齐材料中的静电荷,将静电荷嵌入驻极体中,这与通过对齐一块铁中的磁畴来制成永磁体的方式非常相似。


驻极体麦克风

CUI设备制造的驻极体麦克风。


今天制造的绝大多数麦克风都是驻极体。它们的应用范围从翻领麦克风到内置的麦克风再到小型录音设备。驻极体麦克风使其可以廉价地进行批量生产,而本来价格昂贵的非驻极体电容式麦克风则可以达到更高的质量。


还有其他几种外来麦克风。例如,您手机中的麦克风是电容式,其中压敏膜片通过MEMS处理直接蚀刻到硅晶片中,并且通常配有集成的前置放大器。数字MEMS麦克风在同一CMOS芯片上具有内置的模数转换器(ADC)电路,可随时与数字电路集成。


精密的测试设备可用于检定校准测量中使用的麦克风。但是普通台式仪器足以衡量每天更多使用的麦克风的性能。麦克风测量的关键要求是可重复声音的可用性。还需要测量声级,因此必须使用声压级(SPL)计。


例如,要测量电容式麦克风的输出阻抗,请先设置声源并在没有任何负载的情况下测量麦克风的输出幅度-高阻抗示波器探头应在没有加载麦克风的情况下也能正常工作。接下来,用等于您对输出阻抗的最佳猜测的电阻器为麦克风输出加载。再次测量输出振幅。如果它是原始值的一半,则您的猜测是正确的。否则解方程


B×R = A×(R + X)

其中A =空载幅度,B =空载幅度,R =使用的负载电阻,X =输出阻抗。


请注意,麦克风的输出阻抗会随声音频率而变化。例如,动态麦克风根据其驱动的电阻抗可能会呈现不同的频率响应。如今,电容式或动态式的专业麦克风都是低阻抗的。对于电容话筒,其阻抗范围为50至200Ω,对于某些动态模型,其阻抗范围为600Ω左右。专业的电容式麦克风通常在麦克风中具有主动放大功能,因此其源阻抗在整个音频频带内保持恒定。但是放大器可以提供的电流量是有限制的,因此最小负载阻抗通常约为1KΩ,低于此阻抗麦克风就会开始失真。通常,尽管如此,精确的输入阻抗对麦克风的声音影响很小。


也就是说,彻底检查麦克风阻抗将使用纯正弦波声源并在几个频率下进行。


声压计

有助于进行声音测量:声压级计。


此外,大多数麦克风的性能只能在无声的消声室内准确确定。典型的性能规格包括方向性,频率响应,信噪比(SNR),等效自噪声级和谐波失真。音频扫描信号发生器在运行这些测试(特别是频率响应)时非常有帮助。


对于消费级麦克风,几乎没有指定上述参数。对于录制录音室麦克风和用于科学测量的麦克风而言,它们更为重要。例如,尽管消费级麦克风可能以dB表示灵敏度(典型值为-32dB±3dB),但录音室电容麦克风会将麦克风的自噪声级表示为以dB A-为单位表示的等效声学噪声级。 wtd。A加权分贝(缩写为dB A-wtd)是人耳感知到的空气中相对声音响度的一种表达。在A加权系统中,低频声音的分贝值会降低。例如,具有13 dB A-wtd的自噪额定值的麦克风的本底噪声等于放置在13 dB A-wtd声场中的理想麦克风所能拾取的信号。


确定了自噪声水平后,就可以评估麦克风的有用动态范围。动态范围的定义是0.5%THD电平与麦克风的A加权本底噪声之间的分贝间隔。但是,动态范围的实际测量可能会出现问题。困难在于,麦克风在看到极高的声音之前不会开始表现出有意义的谐波失真水平。而且必要的声音可能太大,以至于产生声音的扬声器可能会在麦克风之前开始失真。很难说任何录音室质量的电容式麦克风的消费者麦克风的动态范围有高达125或130的总动态范围,

比24位数字录音系统的动态范围大得多。


类似地,麦克风的自噪声也定义了所记录信号的最终SNR。以dB为单位的SNR定义为标准信号功率P信号与麦克风自噪声所产生的噪声P噪声之比的对数的10倍:SNR = 10×(P signal / P noise)。


标准信号通常由声源产生,在1 kHz时发出94 dB SPL音调。SNR是相对度量,仅对给定信号电平有效,而自噪声则是麦克风质量的绝对度量。但是,经过校准的SPL的SNR会给出自噪声的度量,因为它是通过从标准信号的电平中减去自噪声获得的。


典型的测量序列可能始于通过扬声器产生1 kHz的正弦信号,使得接近麦克风的测量音量为94 dB SPL(由声级SPL计确定)。麦克风输出通过诸如Audacity之类的录音程序记录在笔记本电脑上(使用笔记本电脑可以消耗电池电量并消除60 Hz的嗡嗡声问题)。扬声器将关闭,并且程序将继续录音,希望只能拾取麦克风的噪音。然后,将A加权应用于记录的信号和噪声部分。然后计算A加权的仅静音/仅噪声部分的dB RMS和A加权的正弦记录的dB RMS。将这两个数字相减得出A加权(re。94 dB SPL)麦克风的SNR。


标签:今日头条技术发展数码
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