淺析硬件“好聲音”:?聲學(xué)器件
[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(huì)直接影響到智能語(yǔ)音設(shè)備的人機(jī)交互體驗(yàn)，本文將對(duì)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(huì)直接影響到智能語(yǔ)音設(shè)備的人機(jī)交互體驗(yàn)，本文將對(duì)麥克風(fēng)和喇叭的基礎(chǔ)知識(shí)做一個(gè)簡(jiǎn)單介紹。
麥克風(fēng)簡(jiǎn)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(yǔ)音識(shí)別、音樂錄制和主動(dòng)降噪等場(chǎng)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(dòng)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(chǎng)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(cè)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(chǔ)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(dòng)的聲壓，麥克風(fēng)振膜檢測(cè)到變動(dòng)的聲壓后產(chǎn)生振動(dòng)，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(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，實(shí)現(xiàn)聲-電的轉(zhuǎn)換。
喇叭簡(jiǎn)介喇叭是將電信號(hào)轉(zhuǎn)換成聲信號(hào)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(dòng)結(jié)構(gòu)分類，可分為電動(dòng)式、電磁式、靜電式和壓電式等，其中電動(dòng)式揚(yáng)聲器是行業(yè)的主流。電動(dòng)式揚(yáng)聲器中的動(dòng)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(dòng)圈式揚(yáng)聲器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，生產(chǎn)容易，同時(shí)性能優(yōu)良，穩(wěn)定性好等特性。動(dòng)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(dòng)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(chǎng)之間的相互作用，使音圈振動(dòng)而帶動(dòng)振膜振動(dòng)。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(chǎng)的導(dǎo)體有電流的話，導(dǎo)體就會(huì)在垂直于磁場(chǎng)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(chǎng)，線圈位于這個(gè)間隙內(nèi)，當(dāng)外界的信號(hào)電流發(fā)生改變時(shí)，根據(jù)佛來明左手定則，線圈就會(huì)隨著電流的大小和方向受力運(yùn)動(dòng)，推動(dòng)與音圈連在一起的振膜向外輻射聲音。
原創(chuàng)不易，若有轉(zhuǎn)載需求，務(wù)必告知！如果我的文字對(duì)你有所啟發(fā)或幫助，“點(diǎn)贊\轉(zhuǎn)發(fā)”是對(duì)我最大的支持！硬件開發(fā)、嵌入式系統(tǒng)、產(chǎn)品設(shè)計(jì)美學(xué)" data-from="0">
麥克風(fēng)簡(jiǎn)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(yǔ)音識(shí)別、音樂錄制和主動(dòng)降噪等場(chǎng)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(dòng)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(chǎng)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(cè)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(chǔ)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(dòng)的聲壓，麥克風(fēng)振膜檢測(cè)到變動(dòng)的聲壓后產(chǎn)生振動(dòng)，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(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，實(shí)現(xiàn)聲-電的轉(zhuǎn)換。
喇叭簡(jiǎn)介喇叭是將電信號(hào)轉(zhuǎn)換成聲信號(hào)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(dòng)結(jié)構(gòu)分類，可分為電動(dòng)式、電磁式、靜電式和壓電式等，其中電動(dòng)式揚(yáng)聲器是行業(yè)的主流。電動(dòng)式揚(yáng)聲器中的動(dòng)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(dòng)圈式揚(yáng)聲器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，生產(chǎn)容易，同時(shí)性能優(yōu)良，穩(wěn)定性好等特性。動(dòng)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(dòng)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(chǎng)之間的相互作用，使音圈振動(dòng)而帶動(dòng)振膜振動(dòng)。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(chǎng)的導(dǎo)體有電流的話，導(dǎo)體就會(huì)在垂直于磁場(chǎng)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(chǎng)，線圈位于這個(gè)間隙內(nèi)，當(dāng)外界的信號(hào)電流發(fā)生改變時(shí)，根據(jù)佛來明左手定則，線圈就會(huì)隨著電流的大小和方向受力運(yùn)動(dòng)，推動(dòng)與音圈連在一起的振膜向外輻射聲音。
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