麦克风（话筒）百年发展之路及其应用

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麦克风，学名为传声器，是将声音信号转换为电信号的能量转换器件，由Microphone翻译而来。也称话筒、微音器。
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8 V8 n6 f0 W6 O9 f) Y　　传声器是整个电声系统( 包括扩音系统和录音系统) 的入口，如果声音一开始受到污染，则无可救药。如此可见麦克风对整个音响系统的影响是至关重要的，有人对影响电声系统重放音质优劣的各种因素作了比较， 认为：放大器对音质好坏的影响约占10-20% ；扬声器( 包括音箱) 对音质的影响约占50-60% ；节目源( 特别指传声器) 对音质的影响约占30-40%。对这个比例数字的见解见仁见智，但传声器( 及扬声器) 对音响系统重放音质起关键性影响这一观点是没有分歧的。

　　既然传声器在整个音响系统中有如此重要的作用，对重放音质有着不可忽略的作用，那么传声器的发展又是怎样的一番景象呢？下面我们就来看看麦克风的发展历史及其应用，感受它的强大魅力和功效吧！
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　　麦克风的历史可以追溯到19世纪末，贝尔（Alexander Graham Bell）等科学家致力于寻找更好的拾取声音的办法，以用于改进当时的最新发明——电话。期间他们发明了液体麦克风和碳粒麦克风，这些麦克风效果并不理想，只是勉强能够使用。直到1876年，埃米尔•贝林纳发明了碳精电极麦克风，这个外形好似小鼓的装置比液体麦克风和碳粒麦克风的设计更为实用，并且打动了贝尔，使其最后用5万美元(相当于现在的110万美元)从贝林纳手里买下了这项专利，将碳精电极麦克风用在他的电话原型上，以提高拾音效果。
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: y* F: P( z7 i, ?3 W　　贝林纳设计的碳精电极麦克风由两个电触头构成，触头由一层薄薄的碳层隔开。其中一个触头附在膜片上，膜片会在声波作用下发生振动。另一个与输出装置相连。


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　　左边的是一个早期碳精电极麦克风，由埃米尔•贝林纳研制，右边为与麦克风一同使用的话筒。在当时来说，它们都是奢侈品。
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　　自碳精电极麦克风发明以来就被广泛的应用到了各个场合，尤其是一些电台和采访中。在WMAQ电台我们就可以发现碳精电极麦克风在其中扮演着重要角色，从当时的照片可以看出安装在防振支架上的是一个标准碳精电极麦克风，防振支架采用一组弹簧，吸收可能影响麦克风的振动。另外我们还可以看到，在哈尔•托坦为芝加哥的WMAQ电台播报比赛时，他采用的也是早期的碳精电极麦克风，并且还可以看到一些人正对着碳精电极麦克风讲话。这种麦克风具有双重用途，一个是传声，另一个是对声音进行放大。
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1923年，著名的科学家Walter Schottky (沃尔特•肖特基)和他的朋友发明了铝带式麦克风，也叫带式麦克风。这项专利尘封8年后，在1931年， 由Harry F. Olson和 Frank Massa首先取得了商品化的心形指向的铝带麦克风专利。美国无线电公司（RCA）于1931年生产了铝带式麦克风的第一个商业产品：RCA PB-31型麦克风，并于1932年推出了PB-31的后继机型44A。
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) s8 W+ r; [# `( Y+ V- y4 G' d铝带式麦克风构造


美国哥伦比亚广播公司(CBS)使用的RCA 44系列铝带式麦克风

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　　带式麦克风，结构很简单，把一片振膜放置在恒磁场中，和动圈话筒一样，振膜被声音驱动，导体切割磁力线，产生相应电信号，从而完成声—电转换，不同的是，铝带式麦克风的振膜本身就是导体制成 ，通常为2μM左右厚度的铝箔，这也是它名称的由来。在1944年巴黎解放后不久，记者珍妮特•弗兰纳录制巴黎播放的广播节目《Listen: The Women》时使用的就是是RCA 77带式麦克风。
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2 D. }9 n9 b& W* T; i　　动圈式麦克风（话筒）是我们现在生活中常见的，它的出现也是在二十世纪。动圈式话筒，是利用电磁感应原理做成的，利用线圈在磁场中切割磁感线，将声音信号转化为电信号。其结构是在一个膜片的后面粘贴着一个由漆包线绕成的线圈，也叫音圈。在有膜片的后面还安装了一个环形的永磁体，并将线圈套在永磁体的一个极上，线圈的两端用引线引出。



' l: g! I; D2 J$ O8 }　　电容式麦克风（话筒）是现在最为普遍的，常见的录音机内置话筒就这种，其中驻极体话筒又是电容话筒中最常见的。电容式麦克风是利用导体间的电容充放电原理，以超薄的金属或镀金的塑料薄膜为振动膜感应音压，以改变导体间的静电压直接转换成电能讯号，经由电子电路耦合获得实用的输出阻抗及灵敏度设计而成。
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/ ~, D# }. ?3 }　　由于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，广泛应用于录音机及无线话筒中。但是随着近年来MEMS传感器的增长，MEMS（微机电系统）麦克风成为MEMS市场中应用成功的又一典型。据iSuppli公司预计，到2013年全球MEMS麦克风的出货量将达到12亿块。相对于现有的ECM(驻极体麦克风)，MEMS麦克风具有很好的性能优势。其原因在于MEMS麦克风尺寸较小、灵敏度高、信噪比高、与数字信号处理电路具有适应性。在封装工艺上，相对于大多数驻极体麦克风仍需手工焊接，由于硅衬底耐热性能好，MEMS麦克风可以直接采用全自动SMT封装，这不仅简化生产流程，降低生产成本，更能够提高产品竞争力。
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- P6 i* w( E5 [  T, w+ g( M$ b) S　　随着MEMS麦克风成本越来越低，MEMS麦克风在全球麦克风市场所占的比重也越来越大。据研究机构iSuppli评估，MEMS麦克风从2006年到2011年的年平均增长率达到29%。YoleDevelopment的数据也表明，以实际销售量观察，2008年麦克风组件全球出货量为33亿颗，其中MEMS麦克风占6.4亿颗，占有率为19%。

) X* d5 j8 X* E' G　　不过到目前为止，话筒还主要是采用驻极体技术，即使是最时髦、最先进的数字电子系统也是如此。现在的模拟MEMS话筒一直主要限于助听器这个单一市场，然而随着利用标准芯片处理技术实现的全数字MEMS话筒上市，微机电系统（MEMS）极有可能成为下一代技术的最佳选择。

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