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麦克风基本知识

编辑:   浏览:470   发布时间:2016-11-07下载完整文档
 

1. 麦克风基本知识

一、人声频率范围

实际人声频率

男:低音82392Hz,基准音区64523Hz 
  男中音123493Hz,男高音164698Hz 
女:低音82392Hz,基准音区1601200Hz 
  女低音123493Hz,女高音2201.1KHz

录音时各频率效果: 

男歌声 150Hz~600Hz影响歌声力度,提升此频段可以使歌声共鸣感强,增强力度。 
女歌声 1.6~3.6KHz影响音色的明亮度,提升此段频率可以使音色鲜明通透。 
语 音 800Hz危险频率,过于提升会使音色发、发 
沙哑声 提升64Hz~261Hz会使音色得到改善。 
喉音重 衰减600Hz~800Hz会使音色得到改善 
鼻音重 衰减60Hz~260Hz,提升1~2.4KHz可以改善音色。 
齿音重 6KHz过高会产生严重齿音。 
咳音重 4KHz过高会产生咳音严重现象(电台频率偏离时的音色)

 

二、频率响应frequency response

       频率响应又称带宽(frequency range),是指麦克风感应声波频率的范围,并将声波能量忠实的转换为电子讯号的能力。麦克风接受到不同频率声音时,输出信号会随着频率的变化而发生放大或衰减。一般以频率响应曲线图标之。

三、灵敏度( Sensitivity)
      
灵敏度代表麦克风将声音能量转换成电压后所产生的输出讯号强度,是在麦克风单位声压激励下输出电压与输入声压的比值。当输入信号固定时(1kHz),输出讯号越强,代表麦克风灵敏度越高。
      
测试麦克风的灵敏度是将1kHz的讯号在94dB的音压电平位准( SPL)下量测开路的麦克风,取得的毫伏特( millivolt )值,单位为mV / Pa

 

四、等效噪音电平( Equivalent noise level)
    
等效噪音电平又称内部噪声( self noise)。麦克风的内部噪声在无声音讯号输入状态时可来自若干个方面:
   1.
供给麦克风电源的电压波动(偏置电压)引起的电子噪音
   2.
内部材质电阻(热噪讯)
   3.
外部射频发射器的干扰等。(手机)

   等效噪音电平采用由国际电工协会(IEC)所定义的一种测试音量的标准所标示的音量值,以dB为单位。高质量的麦克风,内部噪声通常在15dB以下。内部噪声也代表麦克风动态范围的下限。在音源音量较小时,需要使用低噪声的麦克风,以免音频为噪声盖过。

五、信噪比(SNR)

      信噪比是原始信号和麦克风自身内部噪声强度的比值,以dB为单位。一般可以94dB SPL减去内部噪声强度( A-weighted)来计算。讯噪比越高,音讯放大越干净。

六、输出阻抗(Impedance)
      
当一个设备的输出接到另一个设备的输入时,前面的输出阻抗和后面的输入阻抗已经串联在一起了。形成一个分所谓的阻抗匹配,阻抗匹配要做的就是尽量将电压传到下一个设备,高质量的麦克风阻抗都很低, 高频衰减低,可使用将近60公尺长的信号线而不至失真。而且静电杂音较少、适合专业录音。
    
高阻抗麦克风容易感应日光灯或马达产生的静电杂音,且有明显的高频衰减,不适合专业始用,讯号线长度不宜超过3公尺。

2.驻极体麦克风简介

一、基本概念

      1. 驻极体(Electret):能长久保持电极化状态的电介质。这种电介质一般是高分子聚合物。例如:聚丙烯、聚四氟乙烯等。
      2.
麦克风(Microphone):将声信号转换为电信号的换能器。

      3. ECM(Electret Capacitor Microphone): 驻极体电容麦克风,其分类如下:

         1)振膜式 (Foil)
         2
)背极式 (Back)
         3
)前极式 (Front)

二、振膜式ECM

       振膜式ECM特点:驻极体和振动膜合二为一。

       振膜式ECM静态原理示意图:

镀金属层薄膜与背极板形成空气介质电容。对驻极体充电形成电场,E=Q/C。声波使薄膜振动,改变电容量和电场,产生电信号,△E = Q /C

      振膜式工作动态原理图:

 

三、背极式ECM

     背极式ECM特点:驻极体与极板合二为一。
    
背极式ECM静态原理示意图:

 

背极式工作动态原理图:


 

四、全指向产品结构示意图

 

五、灵敏度(Sensitivity) 
1.
基本概念

     灵敏度表示麦克风的声电转换效率。
     
在自由声场中,当向麦克风施加一个声压为1帕(Pa) 1微巴(unbar)  的声信号时麦克风的开路输出(以毫伏为单位),即为该麦克风的灵敏度。
     1
微巴(ubar)约相当于人们正常音量讲话,并在离嘴1米远的地方测量所得到的声压。
     
灵敏度的单位为:
    
毫伏/帕(mvPa)——国际标准
    
毫伏/微巴(mvubar) ——日本标准。
     1
帕(Pa)是指1牛顿(N)的力作用在1平方米面积上的压强

     1Pa=20log(1/0.000020) =94dB SPL
     Pa
ubar的换算关系为:  1Pa=10ubar
          
所以: 1mv/ubar=10mvpa
2.
计算方法

    ECM灵敏度参数一般用灵敏度级表示,单位为分贝(dB).

    公式为:Lm=20log(M/Mr)
    Lm:
为灵敏度级
    M:
为灵敏度,为灵敏度的绝对值
    Mr:
参考灵敏度(0db=1V/Pa)

    例:M=10mV/Pa
   
Lm=20log((10mV/Pa)/(1V/Pa))=20x(-2)=-40(dB)

六、频率响应(Frequency Response)
    
频率响应是指传声器正常工作的频带宽度。
                      
   1. ECM
频宽:
     
全指向产品——20~20KHZ    
     
单指向产品——100~10KHZ


   2.
语音频宽:

       300~3400HZ
       200~5
000HZ

七、指向性(Directivity)
   
指向性特性又称方向性,是表征传声器对不同入射方向的声信号检测的灵敏度。

八、等效噪声级(内部噪声)
     无外声场时,仅由传声器固有噪声引起的输出电压,可以看作能产生相同有效值输出电压的外部声压级。

九、消耗电流
    一般要求为≤0.5mA(500uA)
    内控要求为≤0.3mA(350uA)
十、实际使用中应注意的几个问题
    1. 生产线要有良好的防静电措施;电烙铁要有良好接地,最好用专用地线。
    2. 焊接时温度不能过高、过低,一般为:400±20℃;焊接时间不可过长,一般在3 秒钟之内;尽可能使用散热板焊接;最好使用恒温电烙铁,三芯线,一芯专用地线
    3. 贮存时应注意防潮和防有机化学溶剂/气体伤害;一般相对湿度最好不要大于 85%。存储温度-20~+70℃。
    4. 安装时应注意以下几点:
      1)根据不同的设计要求选择不同的板面形式和连接方式。
      2)根据不同的安装方式选择不同的咪套
      3)安装时要装到位
      4)设计时应注意的几个问题 
          a)尽量不要形成谐振腔
          b)进声孔的直径大小影响频响
          c)喇叭/受话器与传声器相距不能太近
          d)强电磁波会干扰ECM正常工作
 
1. IE802.11简介

标准号
IEEE 802.11b
IEEE 802.11a
IEEE 802.11g
IEEE 802.11n
标准发布时间
1999年9月
1999年9月
2003年6月
2009年9月
工作频率范围
2.4-2.4835GHz
5.150-5.350GHz
5.475-5.725GHz
5.725-5.850GHz
2.4-2.4835GHz
2.4-2.4835GHz
5.150-5.850GHz
非重叠信道数
3
24
3
15
物理速率(Mbps
11
54
54
600
实际吞吐量(Mbps
6
24
24
100以上
频宽
20MHz
20MHz
20MHz
20MHz/40MHz
调制方式
CCK/DSSS
OFDM
CCK/DSSS/OFDM
MIMO-OFDM/DSSS/CCK
兼容性
802.11b
802.11a
802.11b/g
802.11a/b/g/n

2. 频谱划分
     WiFi总共有14个信道,如下图所示:
 
     1)IEEE 802.11b/g标准工作在2.4G频段,频率范围为2.400—2.4835GHz,共83.5M带宽
     2)划分为14个子信道
     3)每个子信道宽度为22MHz
     4)相邻信道的中心频点间隔5MHz 
     5)相邻的多个信道存在频率重叠(如1信道与2、3、4、5信道有频率重叠)
     6)整个频段内只有3个(1、6、11)互不干扰信道
3. 接收灵敏度

误码率要求
速率
最小信号强度
PER(误码率)不超过8%
6Mbps
-82dBm
9Mbps
-81dBm
12Mbps
-79dBm
18Mbps
-77dBm
24Mbps
-74dBm
36Mbps
-70dBm
48Mbps
-66dBm
54Mbps
-65dBm

 
4. 2.4GHz中国信道划分
 
     802.11b和802.11g的工作频段在2.4GHz(2.4GHz-2.4835GHz),其可用带宽为83.5MHz,中国划分为13个信道,每个信道带宽为22MHz
    北美/FCC      2.412-2.461GHz(11信道)
    欧洲/ETSI     2.412-2.472GHz(13信道)
    日本/ARIB    2.412-2.484GHz(14信道)

2.4GHz频段WLAN信道配置表
信道
中心频率(MHz
信道低端/高端频率
1
2412
2401/2423
2
2417
2406/2428
3
2422
2411/2433
4
2427
2416/2438
5
2432
2421/2443
6
2437
2426/2448
7
2442
2431/2453
8
2447
2426/2448
9
2452
2441/2463
10
2457
2446/2468
11
2462
2451/2473
12
2467
2456/2478
13
2472
2461/2483

 5. SSIDBSSID
     1)基本服务集(BSS
     基本服务集是802.11 LAN的基本组成模块。能互相进行无线通信的STA可以组成一个BSS(Basic Service Set) 。如果一个站移出BSS的覆盖范围,它将不能再与BSS的其它成员通信。
     2)扩展服务集(ESS
    多个BSS可以构成一个扩展网络,称为扩展服务集(ESS)网络,一个ESS网络内部的STA可以互相通信,是采用相同的SSID的多个BSS形成的更大规模的虚拟BSS。连接BSS的组件称为分布式系统(Distribution System,DS)。
     3SSID
     服务集的标识,在同一SS内的所有STA和AP必须具有相同的SSID,否则无法进行通信。
     SSID是一个ESS的网络标识(如:TP_Link_1201),BSSID是一个BSS的标识,BSSID实际上就是AP的MAC地址,用来标识AP管理的BSS,在同一个AP内BSSID和SSID一一映射。在一个ESS内SSID是相同的,但对于ESS内的每个AP与之对应的BSSID是不相同的。如果一个AP可以同时支持多个SSID的话,则AP会分配不同的BSSID来对应这些SSID。BSSID(MAC)<---->SSID
6. AP种类
FAT AP和FIT AP比较如下图所示:
 
 
7. 无线接入过程三个阶段
      STA(工作站)启动初始化、开始正式使用AP传送数据帧前,要经过三个阶段才能够接入(802.11MAC层负责客户端与AP之间的通讯,功能包括扫描、接入、认证、加密、漫游和同步等功能):
      1)扫描阶段(SCAN)
      2)认证阶段 (Authentication)
      3)关联(Association)
7.1 Scanning
       802.11 MAC 使用Scanning来搜索AP,STA搜索并连接一个AP,当STA漫游时寻找连接一个新的AP,STA会在在每个可用的信道上进行搜索。
       1Passive Scanning(特点:找到时间较长,但STA节电)
            通过侦听AP定期发送的Beacon帧来发现网络,该帧提供了AP及所在BSS相关信息:“我在这里”…
       2Active Scanning  (特点:能迅速找到)
            STA依次在13个信道发出Probe Request帧,寻找与STA所属有相同SSID的AP,若找不到相同SSID的AP,则一直扫描下去..
7.2 Authentication
     当STA找到与其有相同SSID的AP,在SSID匹配的AP中,根据收到的AP信号强度,选择一个信号最强的AP,然后进入认证阶段。只有身份认证通过的站点才能进行无线接入访问。AP提供如下认证方法:
     1)开放系统身份认证(open-system authentication)
     2)共享密钥认证(shared-key authentication)
     3)WPA PSK认证( Pre-shared key)
     4)802.1X EAP认证
7.3 Association
   当AP向STA返回认证响应信息,身份认证获得通过后,进入关联阶段。
    1) STA向AP发送关联请求
    2) AP 向STA返回关联响应
    至此,接入过程才完成,STA初始化完毕,可以开始向AP传送数据帧。

 7.4 认证和关联过程
7.5 漫游过程
 

 

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