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麦克风用ECM还是MEMS:这个选择题难不难?

麦克风 (Microphone) 是一种将声音转化成电能的零部件,在现今多媒体化及智能产品不可缺少。除了频率范围的要求,了解了其基本技术原理、特性、其他参数及处理工序等,工程师在选料上亦会事半功倍。

现在市场上较普遍应用“驻极体电容 (Electret Condenser)”及“压电式 (MEMS)”麦克风。

图1,通过Digi-Key网站,可根据主要参数搜索麦克风产品

驻极体电容麦克风

驻极体电容麦克风(Electret Condenser Microphone), 或称ECM麦克风,是以电容的充电/放电原理工作的,其以隔膜作为电容器的一面,由于声音的振动会产生板与板之间的电荷变化,以此作传递信号。

图2,ECM麦克风

由于这种经震动而产生的传递声效是纯机电 (electromechanical) 原理,其最大优点在于能覆盖全声频响应 (0-20kHZ),且失真度低;可惜在其技术原理限制下,一般体积较大,因此较常应用于空间限制不大而对音质要求较高的场合,例如外置手提麦克风。EMC的另一缺点是不能进行回流焊,及容易受热影响及损坏,故在手动焊锡时需要有特别和严谨的上锡步骤及工具。

压电式麦克风

压电式(MEMS)麦克风,或简称MEMS麦克风,是半导体技术的制成品。MEMS 在功能上、可靠性及生产工序上与EMC相比有较多优点:

图3,MEMS麦克风

1.MEMS麦克风可进行回流焊,但ECM不能。

2.MEMS麦克风具有比ECM更高的“性能密度 (Performance Density) ”。意思是在同一封装体积下, MEMS麦克风具有比ECM更佳的噪声性能(Noise Performance),即MEMS麦克风的噪声是可进行评估及消除的。在温度改变的情况下,MEMS麦克风的敏感度 (Sensitivity) 变化较小。

3.ECM的敏感度在其工作温度范围内的漂移 (drift) 多达+/-4dB,而MEMS麦克风的敏感度在相同范围内只会漂移约0.5dB。

图4,不同麦克风的温度敏感度表现

4.MEMS麦克风具有比ECM更低的振动敏感度 (Vibration Sensitivity)。由于MEMS麦克风的质量一般低于ECM,因此对系统中振动的响应较小,振动对其性能的影响也较少。

5.如以零部件对比 (Part-to-Part),MEMS麦克风具有比ECM更稳定且一致的频率响应,意思是在两类型麦克风中,各选一款具有大致相同频率响应的产品,之后分别在每类型产品中随机抽样作分析,特别是关注其在高频和低频的表现,实验发现MEMS 麦克风会有较稳定及一致的结果,这表明应用MEMS的最终产品也会有较稳定的表现。

MEMS麦克风拥有不少优点,故已多方面应用于不同范畴的产品,例如智能手机、平板电脑、助听器汽车、耳机及智能家居等。

在两者中,还有其他参数选料时需要注意,例如阻抗、信噪比 (SNR)及额定电压 ,这对工程师的电路设计及产品应用 (发声源与麦克风之间距离及位置要求)都会有一定影响。

图5,麦克风选料需要考虑的其他参数

总而言之,选择合适的麦克风的正确步骤是:

  1. 可先考虑选用“驻极体电容 (Electret Condenser)”或“压电式 (MEMS)”,方便缩窄选料范围;
  2. 之后选择阻抗、额定电压、信噪比等参数,配合应用电路及产品的设计要求。

关于此作者

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Kevin Chow是Digi-Key Electronics在香港的应用工程师,负责分享解决方案和业内技术,以协助客户进行项目设计。

他拥有超过10年的技术支持经验,协助工程师寻找合适的电子组件及提供应用与技术层面的意见分享。

毕业于香港中文大学的电子工程系。 闲时在家中听音乐,或与朋友远足郊游。 另外亦喜欢个人室内射击运动。

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