咪高峰

声电转换器或将声音转换为电信号的传感器

咪高峰是一種將聲音轉換成電子訊號的換能器。正式中文名為傳聲器,又稱為話筒微音器擴音器,或由英文microphone音譯為咪高峰嘜克風,簡稱[1][2][3]

「microphone」的各地常用譯名
中國大陸麥克風、嘜克風、傳聲器、話筒
臺灣麥克風、傳聲器、話筒
港澳咪高峰、咪、話筒
星馬麥克風、嘜克風、話筒
專業錄音常用的 Neumann U87 電容式咪高峰,固定在防震架上

種類

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動圈式咪高峰

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動圈式咪高峰(Dynamic Microphone)基本的構造包含線圈振膜永久磁鐵三部份。當聲波進入咪高峰,振膜受到聲波壓力而產生振動,與振膜連接在一起的線圈則開始在磁場中移動,根據法拉第定律以及冷次定律,線圈會產生感應電流

動圈式咪高峰因為含有線圈和磁鐵,不像電容式咪高峰輕便,靈敏度較低,高低頻響應表現較差。優點是聲音較為柔潤,適合用來收錄人聲。

電容式咪高峰

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電容式咪高峰的構成:1. 聲波(Sound Waves)2. 振動膜(Diaphram)3. 基板(Back Plate)4. 電池(Battery)5. 電阻(Resistance)6. 輸出訊號(Audio Signal)

電容式咪高峰(Condenser Microphone) 並沒有線圈及磁鐵,靠着電容兩片隔板間距離的改變來產生電壓變化。當聲波進入咪高峰,振動膜產生振動,因為基板是固定的,使得振動膜和基板之間的距離會隨着振動而改變,根據電容的特性

 

( 是隔板面積, 為隔板距離)。當兩塊隔板距離發生變化時,電容值 會產生改變。再經由

 

( 電量,在電容式咪高峰中電容極板電壓會維持一個定值)可知,當 改變時,就會造成電量 的改變。因為在電容式咪高峰中需要維持固定的極板電壓 ,所以此類型咪高峰需要額外的電源才能運作,一般常見的電源為電池,或是藉由幻象電源來供電。電容式咪高峰因靈敏度較高,常用於高質素的錄音。

駐極體電容咪高峰

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駐極體電容咪高峰(Electret Condenser Microphone)使用了可保有永久電荷的駐極體物質,因而不需再對電容器供電。但一般駐極體咪高峰元件內建有電子電路以放大訊號,因此仍需以低電壓供電(常規電壓是1.0V-10V)。此種咪高峰目前廣泛使用在消費電子產品之中。

微機電咪高峰

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微機電咪高峰(MEMS Microphone)指使用微機電(MEMS,MicroElectrical-Mechanical System)技術做成的咪高峰,也稱咪高峰晶片(microphone chip)或矽咪高峰(silicon microphone)。 微機電咪高峰的壓力感應膜是以微機電技術直接蝕刻在矽晶片上,此集成電路晶片通常也整合入一些相關電路,如前置放大器。 大多數微機電咪高峰的設計,在基本原理上是屬於電容式咪高峰的一種變型。 微機電咪高峰也常內建模擬數碼轉換器,直接輸出數碼訊號,成為數碼式咪高峰,以利與現今的數碼電路連接。

微機電咪高峰的主要應用於部分的手機PDA等小型流動產品。 此類小型咪高峰以往使用的幾乎均是駐極體電容咪高峰。

微機電咪高峰的主要生產廠商有:Wolfson Microelectronics (WM7xxx), Analog Devices, Akustica (AKU200x), Infineon (SMM310), Knowles Electronics, Memstech (MSMx), NXP Semiconductors, Sonion MEMS, AAC Acoustic Technologies[4], 與 Omron[5] 等,且還有多家公司積極投入。

鋁帶式咪高峰

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鋁帶式咪高峰(Ribbon Microphone) 在磁鐵兩極間放入通常是質的波浪狀金屬箔帶,金屬薄膜受聲音震動時,因電磁感應而生訊號。

鋁帶式咪高峰曾經是早期最好、最昂貴的咪高峰。由於形狀龐大及鋁箔帶很薄的脆弱性,現今主要用於專業錄音室。

碳粒式咪高峰(Carbon Microphone)作為舊式電話機的碳精話筒而曾大量使用。現今少用。

靈敏度

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指咪高峰的開路電壓與作用在其膜片上的聲壓之比。實際上,咪高峰在聲場必然會引起聲場散射,所以靈敏度有兩種定義。一種是實際作用於膜片上的聲壓,稱為聲壓靈敏度,另一種是指咪高峰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。通常錄音用咪高峰給出聲壓靈敏度,測量用咪高峰因應用類型給出聲壓或聲場靈敏度。

靈敏度的單位是伏/帕(伏特/帕斯卡,V/Pa),通常使用靈敏度級來表示,參考靈敏度為1V/Pa。

指向性

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Omnidirectional
全指向式
Cardioid
心型指向
Hypercardioid
超心型指向
Shotgun
槍型指向
Bi-directional
雙指向式

指向性描述咪高峰對於來自不同角度聲音的靈敏度,規格上常用如上的polar pattern來表示,在每個示意圖中,虛線圓形的上方代表咪高峰前方,下方則代表咪高峰的後方。

全指向式

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全向式(Omnidirectional)對於來自不同角度的聲音,其靈敏度是相同的。常見於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咪高峰也屬此類。全向式的缺點在於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

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常見的單一指向式為心型指向(Cardioid)超心型指向(Hypercardioid),對於來自咪高峰前方的聲音有最佳的收音效果,

雙指向式

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雙指向式(Bi-directional或Figure-of-8)可接受來自咪高峰前方和後方的聲音。直接使用的應用場合不多,大多是運用作為立體聲錄音法等特殊用途(如MS、Blumlein錄音法)。其內部結構和全指向性基本相似,主要區別是在線路板上面(PCB)

頻率響應

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上圖:Oktava 319(電容式)的頻率響應
下圖:Shure SM58(動圈式)的頻率響應

頻率響應(Frequency Response )是指咪高峰接受到不同頻率聲音時,輸出訊號會隨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,代表輸出訊號能真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,電容式咪高峰的頻率響應曲線會比動圈式的來得平坦。常見的咪高峰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干擾。

頻率響應曲線圖中,橫軸為頻率,單位為赫茲,大部份情況取對數來表示;縱軸則為靈敏度,單位為分貝

阻抗

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在咪高峰規格中,都會列出阻抗值(單位為歐姆),在咪高峰領域一般而言,低於600歐姆為低阻抗;介於600至10,000歐姆為中阻抗;高於10,000歐姆為高阻抗。例如像Shure SM58這支咪高峰的阻抗值為300歐姆。一般咪高峰的設計與實際使用上,所接的負載(放大器)輸入阻抗通常大於咪高峰輸出阻抗而不作阻抗匹配,如果強要匹配會影響咪高峰的頻率響應、造成失真,尤其是在較大音壓時。但某些動圈咪高峰或鋁帶咪高峰的設計上,有考慮或需要負載阻抗所提供的阻尼作用,此時則須搭配特定負載阻抗才有最佳效果。


接頭

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圖1.
3-pin XLR接頭
圖2.
1/4吋(6.3mm)接頭
圖3.由左至右
2.5mm單聲道接頭
3.5mm單聲道接頭
3.5mm立體聲接頭
6.3mm立體聲接頭

3-pin XLR接頭使用平衡式輸出訊號,可有效消除外來的雜訊干擾。三支針腳會標明1、2、3三個數字;在美規中,1代表接地線,2代表正相(hot)訊號,3代表反相(cold)訊號;歐規中,1代表接地線,2代表反相(cold)訊號,3代表正相(hot)訊號。

1/4吋(6.3mm)接頭有分單聲道(mono)和立體聲(stereo)兩種,簡單的區分方式是看接頭上有幾個黑色的絕緣環,兩個絕緣環代表立體聲,一個絕緣環則代表單聲道。在圖2中,各個數字代表的部位功用如下:

  1. 接地
  2. 立體聲時為右聲道;平衡單聲道時為反相訊號;或做為單聲道的電源輸入端
  3. 立體聲時為左聲道;平衡單聲道時為正相訊號;非平衡單聲道時的訊號輸出端
  4. 絕緣環

其他種類

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  • 咪高峰陣列
  • 壓電式咪高峰,或稱晶體咪高峰
  • 光纖咪高峰
  • 激光咪高峰
  • 液體咪高峰,或稱水咪高峰
  • 微機電咪高峰
  • 以揚聲器當作咪高峰

無線傳送式咪高峰

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  • 一般家用無線咪高峰可在不干擾FM廣播的條件下,合法使用特定的FM頻段。另有某些咪高峰可切換作有線咪高峰或無線咪高峰兩用。
  • 專業無線咪高峰則一般會使用其他特定頻段。為避免收訊問題或干擾,確保音質,可能以兩個頻率同時發出訊號,並由兩支天線接收,萬一其中一組訊號欠佳,可自動取用另一組訊號。
  • 藍牙耳咪
  • 藍牙無線咪高峰收發機:具有傳送端與接收端,傳送端提供3-pin XLR接頭,可連接咪高峰發射訊號,接收端提供3.5mm接頭/6.3mm接頭,可直接插在揚聲器或擴大機上,彼此之間使用藍牙傳輸。[6]
  • 紅外線

相簿

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參考資料

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  1. ^ 林倫倫. 抢唛·唛霸. 語文月刊. 2012, (6): 83–84. ISSN 1005-7781. CNKI YWYK201206038. 
  2. ^ 媒體報道範例一:政協搶嘜,多點辯論更精彩頁面存檔備份,存於互聯網檔案館
  3. ^ 媒體報道範例二:搶嘜獻良策 處處為民生[失效連結] 湛江晚報
  4. ^ MEMS Microphone Will Be Hurt by Downturn in Smartphone Market. Seeking Alpha. [2009-08-23]. (原始內容存檔於2009-08-27). 
  5. ^ OMRON to Launch Mass-production and Supply of MEMS Acoustic Sensor Chip -World's first MEMS sensor capable of detecting the lower limit of human audible frequencies-. [2009-11-24]. (原始內容存檔於2010-02-13). 
  6. ^ Bluetooth Module for microphones. [2014-01-20]. (原始內容存檔於2014-02-01).