麦克风技术探讨:从刚度到低频响应,深入解析无线麦克风的内部机理
麦克风灵敏度与振膜系统的刚度成反比,因此必须小心控制。刚度的主要部分是由于振膜的机械张力,它像鼓的外壳一样被拉伸。张力越高,刚度越高,麦克风灵敏度越低。
压强传感麦克风具有内部充气腔,其通常由外壳、绝缘子和振膜构成。理想情况下,这个空腔中没有声压,因此,外部压强会移动振膜并产生电输出信号。然而,由于振膜位移,实际上在空腔中会产生较小的声压。该压强反作用于外部压强,通常将振膜位移减少10 %。这种效应可以用空气刚度来表示,说明空气刚度占膜片系统总刚度的10 %。
空腔刚度一部分取决于空腔体积,一部分取决于静压。因此,麦克风的总刚度和灵敏度为静压的函数。为了将静压对麦克风灵敏度的影响降至最低,空腔的刚度必须小于振膜的刚度,如下式所示。振膜刚度低的麦克风比振膜刚度高的麦克风需要更大的腔体体积。
2.3.6 静态压强均衡
静压可能在几小时内变化,也可能随着测量地点(海拔高度)变化。压强变化很容易比要测量的最低声压大10^8到10^9倍。为了消除这种压强变化的影响,麦克风配有一个静压均衡通气孔。通气孔是一个狭窄的空气通道,确保内腔的静压跟随着环境的压强。如果没有通气孔,静压变化可能会产生大的干扰信号(放大器过载),并可能会使膜片明显偏离其正确的工作位置。这将导致故障或显著的灵敏度变化。内腔的微小通气通道通向麦克风的侧面或后部,麦克风因此被命名为“侧面通气”或“后部通气”。
2.3.7 低频响应和通气孔位置
麦克风压强均衡系统的时间常数通常为0.1秒。这是一个很好的实际折衷方案,因为均衡通常足够快以消除静压变化带来的干扰。它还为麦克风提供了平坦的幅度响应,低至5 Hz以下,足以满足大多数应用的要求。
低于10 Hz时,麦克风的频率响应受压强均衡时间常数和外部通气孔位置的影响很大。通气孔可能暴露在声场中或在声场之外。在一般的就地测量条件下,通气孔会暴露在声场中。在这种情况下,通风孔将趋向于均衡低频处的声压,降低了振动膜前后之间的压强差,导致较小的振膜位移和较低的麦克风灵敏度。
相反,如果只有麦克风振膜暴露在声场中,响应不会随着频率降低而下降。实际上,它随着频率的下降而增加,这是因为由内腔中的相对压强引起的刚度系数随着通气孔方式的平衡而变小。对于空气刚度系数较低的麦克风,低频灵敏度的增加较小。
综上所述,不同的通气孔位置会导致低频下麦克风响应的不同。一般用途的测量级麦克风的下限频率在1 Hz和2 Hz之间,但对于特定应用,需要注意通气孔位置的选择以获得所需的响应特性。
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