董 健 王 伟 计时鸣

浙江工业大学特种装备制造与先进加工技术教育部重点实验室,杭州,310014

0 引言

麦克风也称为传声器,是把声压信号转换为电信号的高灵敏度压力传感器。由于声压通常都比较小,人听觉的频率响应范围在20Hz～20k Hz,因此对麦克风的灵敏度、频率范围有较高的要求。灵敏度表示麦克风的声电转换效率,定义为自由场中声压为1Pa时麦克风的开路输出电压。频率范围也称带宽,是指麦克风正常工作的频率带宽,通常以带宽的上限和下限来表示[1]。由于电容式麦克风的敏感膜在声压的作用下会变形而改变电容,故可通过测量电容来检测声压。当微机械电容式麦克风加载偏置电压时,复合敏感膜会变形,偏离初始位置,受到电磁力和弹性回复力的作用,要使敏感膜稳定工作,电磁力必须和弹性回复力相等,使敏感膜处于平衡状态。由于弹性回复力与敏感膜位移呈线性关系,电磁力与敏感膜位移呈非线性关系,当偏置电压大于某一临界值时,电磁力将大于弹性回复力,敏感膜与底板电极贴合,使麦克风无法正常工作,这一偏置电压的临界值称为最大工作电压[2]。当麦克风正常工作时,偏置电压必须小于最大工作电压。而在设计麦克风时需要对不同的参数进行折中。高灵敏度要求薄膜应力较小,而小的薄膜应力将导致最大工作电压较低。尽管增加空气间隙的厚度d可以提高最大工作电压,但麦克风的电容随之减小,从而降低了麦克风的灵敏度[1]。……