DIY电脑用驻极体话筒高灵敏度麦克风参考

realguitar · 发表于 2005-5-12 06:56:00

驻极体话筒由声电转换和阻抗变换两部分组成。驻极体话筒具有体积小、结构简单、电声性能好、价格低的特点，广泛用于盒式录音机、无线话筒及声控等电路中。属于最常用的电容话筒。由于输入和输出阻抗很高，所以要在这种话筒外壳内设置一个场效应管作为阻抗转换器，为此驻极体电容式话筒在工作时需要直流工作电压。

　　驻极体话筒工作原理

　　驻极体话筒工作原理：当驻极体膜片遇到声波振动时，就会引起与金属极板间距离的变化，也就是驻极体振动膜片与金属极板之间的电容随着声波变化，进而引起电容两端固有的电场发生变化（U＝Q/C），从而产生随声波变化而变化的交变电压。由于驻极体膜片与金属极板之间所形成的“电容”容量比较小（一般为几十波法），因而它的输出阻抗值（XC=1/2πfC）很高，约在几十兆欧以上。这样高的阻抗是不能直接与一般音频放大器的输入端相匹配的，所以在话筒内接入了一只结型场效应晶体三极管来进行阻抗变换。通过输入阻抗非常高的场效应管将“电容”两端的电压取出来，并同时进行放大，就得到了和声波相对应的输出电压信号。驻极体话筒内部的场效应管为低噪声专用管，它的栅极G和源极S之间复合有二极管VD，参见图1（b）所示，主要起“抗阻塞”作用。由于场效应管必须工作在合适的外加直流电压下，所以驻极体话筒属于有源器件，即在使用时必须给驻极体话筒加上合适的直流偏置电压，才能保证它正常工作，这是有别于一般普通动圈式、压电陶瓷式话筒之处。

　　外形和种类：常用驻极体话筒的外形分机装型（即内置式）和外置型两种。机装型驻极体话筒适合于在各种电子设备内部安装使用。常见的机装型驻极体话筒形状多为圆柱形，其直径有φ6mm、φ9.7mm、φ10mm、φ10.5mm、φ11.5mm、φ12mm、φ13mm多种规格；引脚电极数分两端式和三端式两种，引脚形式有可直接在电路板上插焊的直插式、带软屏蔽电线的引线式和不带引线的焊脚式3种。如按体积大小分类，有普通型和微型两种。

　　工作电压：Uds 1.5~12V，常用的有1.5V，3V，4.5V三种

　　工作电流：Ids 0.1~1mA之间

　　输出阻抗：一般小于2K（欧姆）

　　灵敏度：单位：伏/帕，国产的分为4档，红点（灵敏度最高）黄点，蓝点，白点（灵敏度最低）

　　频率响应：一般较为平坦

　　指向性：全向

　　等效噪声级：小于35分贝

　　

　　极性判别：

　　关于驻极体电容式话筒的检测方法是：首先检查引脚有无断线情况，然后检测驻极体电容式话筒。驻极体话筒体积小，结构简单，电声性能好，价格低廉，应用非常广泛。驻极体话筒的内部由声电转换系统和场效应管两部分组成。它的电路的接法有两种：源极输出和漏极输出。源极输出有三根引出线，漏极D接电源正极，源极S经电阻接地，再经一电容作信号输出；漏极输出有两根引出线，漏极D经一电阻接至电源正极，再经一电容作信号输出，源极S直接接地。所以，在使用驻极体话筒之前首先要对其进行极性的判别。

　　在场效应管的栅极与源极之间接有一只二极管，因而可利用二极管的正反向电阻特性来判别驻极体话筒的漏极D和源极S。将万用表拨至R&TImes;1kΩ档，黑表笔接任一极，红表笔接另一极。再对调两表笔，比较两次测量结果，阻值较小时，黑表笔接的是源极，红表笔接的是漏极。

　　驻极体话筒检测极性判别：将万用表拨至“R&TImes;100”或“R&TImes;1k”电阻挡，黑表笔接任意一极，红表笔接另外一极，读出电阻值数；对调两表笔后，再次读出电阻值数，并比较两次测量结果，阻值较小的一次中，黑表笔所接应为源极S，红表笔所接应为漏极D。同时阻值一大一小，也说明驻极体话筒质量是好的。若测得两次电阻值均为∞、或等于0Ω、或电阻值接近，则说明话筒已损坏或质量不好。

　　灵敏度的判断：

　　将万用表拨至“R&TImes;100”或“R×1k”电阻挡，按照图（a）所示，黑表笔（万用表内部接电池）接被测两端式驻极体话筒的漏极D，红表笔接接地端（或红表笔接源极S，黑表笔接接地端），此时万用表指针指示在某一刻度上，再用嘴对着话筒的入声孔吹气，万用表指针应有较大摆动。指针摆动范围越大，说明被测话筒的灵敏度越高。如果没有反应或反应不明显，则说明被测话筒已经损坏或性能下降。对于三端式驻极体话筒，按照图（b）所示，黑表笔仍接被测话筒的漏极D，红表笔同时接通源极S和接地端（金属外壳），然后按相同方法吹气检测即可。

　　将万用表拨至R×100档，两表笔分别接话筒两电极（注意不能错接到话筒的接地极），待万用表显示一定读数后，用嘴对准话筒轻轻吹气（吹气速度慢而均匀），边吹气边观察表针的摆动幅度。吹气瞬间表针摆动幅度越大，话筒灵敏度就越高，送话录音效果就越好。若摆动幅度不大（微动）或根本不摆动，说明此话筒性能差，不宜应用。对于三根引脚驻极体电容式话筒检测方法同上，只是黑表棒接输出引脚2脚，红表棒接引脚3脚。

　　简洁麦克风放大器

　　R2，R3，这是一种电压并联型负反馈，同样是稳定的。这种偏置电路的优点是少用电阻，电路简单，应用广泛。这种最简单的负反馈电路是很有意思的。不过这电路就算没有负反馈也没什么关系的。我就试验过。USB还得做线，用电池简单。耗电0.1MA不到，一节电池可以放几个月。

　　

　　前段时间淘了块声卡（YAMAHA）芯片，音质是挺满意的，就是只支持2.1声道，美妙的音乐又可以伴我左右了。美中不足的是，这话筒的声音实在是小的可怜，因为我有在用网络电话，朋友都说声音非常小，可我已经用尽力大声在讲了，真累。我自己也是电子爱好者，于是就用NPN的三级管9014给话筒做一个放大电路。

　　所需材料：万能板一块 / 1.5V干电池一个 / 1KΩ 电阻* 2 / 1MΩ电阻*1 / 9014 NPN三级管1只 / 10uF电解电容2只 / mic咪头一个（早期废旧录音机里都有）

　

　　电路分析：

　　其中电阻R1负责给咪头提供工作电压，R2与R3负责给三级管提供偏值电压，电容C1负责把咪头的信号耦合给三级管9014以便放大，最终放大的信号通过电容C2耦合后送回到话筒线路的正级中。

　　9014有以下几个放大倍数等级：A=60-150 B=100-300 C=200-600

　　（笔者使用的-9014 C 998） D=400-1000

　　经QQ聊天测试，音质清楚，没有杂音。而且在我这13平方米的房间，离话筒一米讲话是不存在问题的。最重要的是，一个一般的七号电池也可以连续供电好几个月。电路简洁，零件少，给话筒声小的朋友提供了一个很好方法。以后讲话不用那么累了，对方听得清清楚楚。

　　笔者也做了块很小个的，（10mm*10mm）用一个纽扣电池，装在麦里了，（不过两个电容是用4.7uF的）实验成功。

　　自制电脑用高灵敏度麦克风

　　电脑用麦克风，通常由驻极体电容话筒组成。立体声插座输入，主要是为多声道输出提供接口，一般话筒不需要立体声双路输入，所以在输入插头处将左右两声道合为一路，即单声道的话筒把信号分成两路输入到机内的左右声道。

　　机箱的话筒输入插座上提供话筒的供电电源。（驻极体话筒内含一个场效应管组成的阻抗匹配器，所以需要电源）所以，不需要另装电池供电，从这一点讲，电脑用麦克风比扩大机上用的麦克风更简单。见下图

　

　　可见要DIY一支电脑用话筒是十分简单的。材料：3.5MM立体声插头一支（0.5元），驻极体电容咪头一支（0.5元），单芯屏蔽线2米左右（1元），找一个合适的外壳装起来就成了，成本2元钱。

　　驻极体电容话筒的优点是频响宽、音质好、灵敏度高、无方向性，用于语音通话是再好不过了。一般手机、会议用麦克风等都是这类话筒。

　　电脑内部还可以通过设置（高级先项）将麦克风的灵敏度提高20db，（10倍电压增益）但随之带来底噪声大增。猜测其原因，可能是通过改变麦克风前置放大器的负反馈量来改变增益的，负反馈量越小，增益越大，灵敏度就越高，同时使机内的电磁干扰窜入话筒放大级，引起各川噪声大增。（电脑内的电磁辐射干扰十分强）所以，我们在使用麦克风时，如果能够不使用麦克风的“加强”功能，就尽量不用。

　　当夜深人静的时候，你还在使用QQ语聊，那么我们总是希望麦克风的灵敏度高些为好，我们可以轻声地说话，也可以让对方听清。虽然电脑内有麦克风加强，但使用中发现，点了加强后，噪声还是比较大的。不使用麦克风加强，怎么样使麦克风的灵敏度增大呢？我们可以在机外麦克风内加上一级前级放大，采用低噪声三极管，金属外壳，可以使噪声大大降低。有一定动手能力的朋友完全可以自己动手来制作一个“高灵敏度低噪声麦克风”的。下面，介绍自制的方法。

　　电路原理见图。巧妙利用机内话筒插口上的电源，不另设电池给放大电路供电。采用一级共射放大，电压负反馈，稳定工作点，所以，不用调试一装即成。R1C1主要是为了提高S9014的发射极电压，而使基极电压高一些，以适应驻极体电容话筒头的工作电压。（至少要有0.8V到1.5V左右的电压，才能正常工作。）也可以用一支1N4148二极管代替。（利用其正向稳压特性）电路更简单。本级工作电流约为0.1MA左右。R2（15K）的作用，一是提供咪头合适的工作电压，又是咪头输出的负载电阻，同时又是S9014的电压负反馈偏置电阻。这样一个简单的电路，可提供约5到10倍的电压放大，完全可以代替机内的“加强”功能。

　

　　【注：15K 的电阻可能要根据咪头的情况作调整。发射极的RC电路可以用一只二极管代替，体积更小，9014的三个电极，大多应该是有字面向自己，脚向下，从左到右分别为e-b-c。有朋友问，手机上用的咪头可以不可以用？一般原理是一样的，但灵敏度不一样，需要调节那个15K的电阻值，使灵敏度最高。】

　　进一步的改进，可以适合动圈式话筒在电脑上用来K歌。动圈式话筒灵敏度低，但动态范围大，方向性呈心形，有较强的指向性。您的电脑如果配置了独立的声卡，（如：创新的Audigy4之类，有EAX控制台的）利用声卡的数码混响功能和家庭影院音响，就可以邀朋友在自己家中K歌了。其效果远比早期的数码卡拉ＯＫ前级强。（如：天逸的AD580，是那时K歌机中的娇娇者）

realguitar · 发表于 2005-5-12 07:12:00

动圈话筒的输出电平低（约几毫伏），驻极体电容咪的输出电平高（约几十毫伏），至少相差几十倍，所以，还得给话筒增加一级前置放大。共射放大器的输入阻抗约为几百欧，可以与动圈咪头匹配。但再加一级共射放大后，输入输出的相位差为360度，无法利用机内电源为第一级基极提供偏流了，（否则形成正反馈而自激了），所以，这里我们采用第一级共基第二级共射的电路。一来可以与动圈咪头完成阻抗匹配，两来共基电路的高输出阻抗，可以使后级放大器的输入阻抗更大些，实际证明，电路的放大效果是好的。电路见下。

　　

　　这里Rb用了51K到100K的电阻，比原来的十多K大了五倍以上，（动圈咪不需要偏置电流来工作）只为后级提供基极偏置电流。电阻大了，减少了对信号的分流，相当于提高了放大倍数。但由此也可以发现，这个电路不能再用于驻极体咪头的放大了。若要二种咪头同时使用，就要用波段开关来转换电路参数及选择输入端口了。（只用二刀二位电路就可以了，其实也很简单）

　

　　做好这个咪的关键有二点：

　　一是保证三极管处于放大状态，一般测三极管的EC间电压，如果有1伏左右就可以认为处于放大状态，如果只有零点几伏，可能三极管饱和了，声音就会反而小了。（输出信号被短路了）

　　二是保证电容咪头处于灵敏度最高状态，这是主要的。这个要调节与咪头串联的电阻。（一般在十几K，可能会有所不同，如果调不到最佳状态，请换用咪头型号）

　　另外，那个动圈话筒用的电路，一般可以保证效果，动圈话筒不需要提供偏置电压。】

　　Q：不小心插上动圈话筒是不是就把话筒弄坏了？

　　A：不会！即使直接插入电脑话筒输入口也不会挂，内有限流的电阻。不加放大电路，声音太小。

　　Q：外部加MIC放大插LINE IN输入端可以工作吗？可以聊天吗？

　　电脑内置MIC输入本来就是低端设计，S/N达不到要求的。

　　A：从LINE IN输入是可以聊天的，但此输入插口的电平要达到0DB左右，即0.7V，另外，此插口不支持数码混响，K歌就不行了。特别指出的是，本文所介绍的作品，是针对电脑麦克风插口的，线路输入插口没电源供给，所以，不能用这电路，当然另配电源是可以的。

　　至于麦克风端口的信噪比问题，只要不开麦克风加强，信噪比对聊天来说，是几乎无影响的，至少比手机的通话质量要高得多了。这里加了低噪声前级，就是为了提高麦克风插口的信噪比。

　　Q：如果想输出接线路输入，用5V供电，是不是还要加大放大倍数，如何做失真会更小。？

　　A：输出接线路输入的话，放大倍数要增加很多了。输入灵敏度相差近百倍，起码再加二级放大。再说，从线路输入，声卡中的数码混响不起作用，对K歌来说，好象没多大的意义了。对小信号的单级放大，要失真小，首要问题是三级管的线性要好，加上合适的工作点和适当的负反馈。麦克风专用的IC指标也很不错的，电路会简化很多，要看具体的应用场合来定线路。

　　Q：可否试试用MAX9814做，效果超好。此芯片自带压缩功能。远点近点，声音大点小点都可兼顾。

　　A： MAX9814成本大了点，都集成了也不好玩，这个成本不过三块钱。

　　Q：9014可以用9013代吗？试验做了，有增益但不太明显，再就是比原来稍稍有点儿破音。

　　A：9014可以用9013代，但9014噪声比较小，是用于前级的低噪声管。

　　增益不大，有破声，请注意15K的电阻器数值，调整此电阻使三极管的CE间电压等于E极电阻上的电压降。可使动态范围最大。破声的原因一般是正负半周不对称所致，即三极管的工作点偏高或者偏低，动态范围太小。

　　做得好，如果音量开最大，灵敏度极高，可以听到背景中的点滴噪声啦。绣花针落地也可以听到了，呵呵。。。。。是真的哦

　　EC极电压2V，可以肯定电路基本是正常的。E极上的电阻就是4.7K的那个发射极电阻。你测一下EC极间2V电压时，这个4.7K电阻上的电压降是多少。如果不为零，就可以断定电路处于放大状态。15K的电阻不能换太小，太小了，可能会使三极管饱和，此时可以调整4.7K的电阻。本来可以用一只二极管来代替这个发射极电阻的，为了方便调整，才用电阻器，比较灵活些。电路虽然简单，但最好弄明白电路的原理。

　　另外，可以不接三极管，从B极输入到电脑插口，先调15K的电阻，使电容咪的灵敏度最大，测量此时通过电容咪的电流。保证工作时，电容咪中通过的电流为其最大灵敏度时的电流，再确定三极管的工作点。（集电极电流只要零点几mA就行了。

　　Q：把那个驻极体的也调试好了，“绣花针落地也可以听到”没达到，但曲别针落地的声音还可以听到的。谢谢LZ喽。建议厂家生产麦时加上这几个元件，效果不错。

　　A：聊天关心的是灵敏度高点，方向性要求不高，可以轻声说话。

　　动圈话笥的好处是指向性好，主要用来K歌的，可以有效防止回馈造成的啸叫，尤其是用电脑当OK机，用音箱在家里K歌时，电容麦通常无法开大音量。动圈麦灵敏度低些，指向性强是K歌所希望的。动圈麦也叫近讲话筒，离远了，声音不强，正好可以防止啸叫。

　　Q：郁闷，换了个9014也不行，一点声音都没有！电脑的输入端不接这个线路时只有3点几伏，接上该线路只有可怜的0.8V！不知是不是电脑声卡问题？不用这个线路还大声点！

　　A：回复楼上，不接这个3点几伏，正常的。接上它只有零点几伏是因为你的三极管静态电流太大了，接用放大倍数50到100的试试，可以解决。放大倍数太大，会要求基极电阻很大，15K电阻可能使它饱和了，如果换大15K的电阻，又可能会使电容咪头得不到合适的工作电压而使灵敏度大大降低，这是一对矛盾，所以要选择恰当的元件数值。你可以测试一下三极管的工作电流，取0.2mA左右试试，插口电压应该在3伏左右就行了。

　　Q：请教LZ，我用600欧姆的动圈声音波形比较驻极体顺滑，但是声音比较发闷，不如驻极体声音透亮。什么原因？是不是换个阻抗低一点的动圈能改善这种情况？

　　A：动圈声音发闷是正常的，驻极体电容咪的频响极宽，就频响来说，千元极的动圈话筒其芯的频响可能也达不到二元钱的驻极体电容咪头。但用途不同。动圈话筒对周围环境的噪声不敏感，录音出来的话，背景宁静。就是说，动圈话筒随声源到话筒的距离增大，很快衰减了，但驻极体不行。所以，想弄得频响好点的，高音清脆、低音丰满的话，最主要得先有一个优质的话筒芯。花六七十元钱买一个话筒芯替换原来的话筒芯，可能会达到几百元钱的成品话筒的效果。当然，在电路上是可以提升某频段的增益的，但不是根本办法。

　　Q：

　　1）电脑MIC插口电压才1.5V，按这个电路接上600欧的动圈话筒后声音很小，用手感应测量共射级电路有放大，共基级电路好像没反应是怎么回事？

　　2）搞定，600欧的动圈话筒阻抗也不小了，去掉共基级电路直接通过电容接话筒达到要求。

　　3）后来看了楼主的成品图，原来楼主是用类似耳机或者就是耳机代替动圈话筒的，共基极电路的输入阻抗也就几十欧姆，用耳机那种32欧姆的输入没问题，真正的用话筒600欧姆的输入在第一级衰减的很厉害，所以声音可能会更小，不如直接用去掉前级用一只三极管放大，也就是第一个电路，前边要加个电容，如果感觉低音发混可以适当调小并在4.7千欧的那个电容。

　　A：

　　插口电压只有1.5V是因为你的工作电流太大，机内有一个交流负载电阻，原来是为电容咪头提供偏置电压的。增加了工作电流，必然会使这个电阻上的电压降增大。为了不增大工作电流，所以第一级用了共基电路，它的工作电流可以调定在100微安以下。一般没有电压降太大的情况发生的，可能是你所用三极管放大倍数特别大吧。

　　我用的麦是语音专用的动圈麦，不是耳机。另外，如果只用一级共射电路，也是可以的。效果也很不错的，只是动圈话筒的阻抗不要相差太大，用二级放大的话，甚至可以用8欧的喇叭代替动圈麦克风，省去阻抗变换电压器。当然只是有效，保真度就不太好了，除非喇叭八寸左右的。从前在舞台上就用6.5寸的喇叭代替麦克风拾音的。挂在顶上，向下拾取舞台声音，可以避免舞台脚步声被拾取。

　　Q：确实效果不错，主要是噪音跟电脑上系统增加20分贝的比效果要好多了，也感觉不到什么失真。以前一直想做这样的电路就是感觉电源比较麻烦，楼主的思路不错，很感谢。最后成型如下，那个集电极电容是用2个0.33uF的电容并联的，感觉低音有点不够，自己用正好，但100uF太大了，会嗡，选多大的看自己爱好了。嘿嘿，这个话筒以后别处不能用了，只能用在电脑上了。

　　Q：不错，做了一个动圈式的话筒，音质挺清晰。

　　A：ACL 880系列的声卡不适用此电路。特此申明，请看清自己电脑声卡型号。正研究如何适应这类HD声卡。

　　Q：很好，台式机用15K，声音有点小，我改成3.9K了，打开麦克风加强后，隔5M远说话录的声音都很清晰，QQ对讲都没有杂音。不过用联想的G470就不能开麦克风加强，有杂音。量了下电压，台式机是1.9V，联想G470的是3V。

　　A：LCA880，LCA883，LCA885这类HD声卡，用这种方法不行的。因为HD声卡需要双声道麦克风。这里转一个别人研究的成果。

　　A：有朋友仿制后反映，做成后，插入电脑，声音很轻，几乎无声。原来，现在的主板，集成的声卡不再是原来的AC97类声卡，而是HD声卡，如CLC882，CLC885，CLC889等。本文所讲的，是针对AC97类声卡的，所以无法在集成HD声卡的电脑上使用。但对于安装有独立声卡的，如创新声卡，同样有效。因为创新声卡的麦克风接口，与AC97声卡类似。

　　那么，自制的麦如何在近期购买的电脑上使用呢？

　　HD声卡的插口，是供二路立体声麦克风输入用的，插口缺少了提供驻极体麦工作必须的电流，参看楼上电路图。所以，话筒的预放，必须自带电源供电。最方便的办法是利用USB供电。用单节锂电供电，效果最好。改进的方法是在原接插头的芯线上，加装一只1到2K的电阻后，接电源的正极，同时串入一只开关，电源负极接插头外壳。这样改进后，仍然是一只麦克风，但同时输入电脑内左右二路的声道。电路图中，15K的电阻是决定麦克风工作电流的电阻，有必要进行细调，调到麦克风灵敏度最大为止。阻值15K仅供参考。

3200114 · 发表于 2005-5-12 20:44:00

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