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05 电子声 Electronic Sound（第1页）

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从声音到电流：麦克风

19世纪20年代，查尔斯·惠斯通（CharlesWheatstone）发明了麦克风。

它是一种由两块金属板组成的纯声学设备，通过一根有弹性的杆子和一段女装裁缝常用的丝带固定在耳朵上。

使用的时候需要把自己的头靠在声源上（惠斯通很贴心地建议使用一个烧水壶），如果运气好的话就可以听得更清楚。

意料之中（惠斯通却觉得很意外），这个设备并没有流行起来。

现今声学设备的前身是碳质麦克风，由大卫·休斯（DavidHughes）于19世纪70年代发明。

与惠斯通的设备不同，碳质麦克风可以将声音转化成电。

在这种设备中，一个薄金属片（膜片）压住充满碳颗粒的容器，下压的力改变碳颗粒的电阻，电流从中流过。

虽然性能很差，但碳质麦克风在电话中使用了几十年。

虽然在过去的几年里，出现了很多种形式的麦克风设计，几种专业的类型现在还有，但目前常用的只有三种类型，即动圈（或动态）麦克风、电容式麦克风和压电式麦克风。

图18　动圈麦克风

在动圈麦克风（见图18）中，膜片连接到环绕固定磁铁的线圈上。

线圈运动时产生低电压，从而产生一股弱电流。

低电压意味着这种麦克风的质量不足以进行测量工作，所以动圈麦克风主要用在音乐会和录音棚中。

图19　电容式麦克风

在电容式麦克风（见图19）中，膜片形成一个电容板（因此得名）。

电容器由一对平行的金属板组成，其间有一层薄薄的空气或其他不导电的材料（称为电介质）。

将一块金属板连接到电池的负极上，电池就会给这块板充电。

金属都含有自由电子，而另一块金属板上的自由电子会受到和负极相连的金属板上电场的排斥。

被排斥的电子从平板中流出，从而使金属板带正电荷。

因此，现在整个电容器上都有一个电压（称为极化电压），麦克风可以随时工作了。

膜片板随着声波的压缩和膨胀而移动。

巨大的电阻阻止电荷快速逸出，因此声波被转换成电压波动的模式。

电容式麦克风具有良好的频率响应特性，在实验室和声级计中被用作测量麦克风。

它们对突发声音的反应也比动圈麦克风快。

晶体麦克风和陶瓷麦克风利用了压电效应，这种效应是利用了石英或其他一些晶体材料在受到轻微压缩时会产生电压这一性质。

大多数固定电话都使用这种麦克风，呼叫中心使用的受话器里也是它。

出于我个人对历史或专业上的兴趣，我将其他类型的一些麦克风列在下面。

驻极体麦克风是由永久充电材料（在电学中相当于磁铁）制成的。

它们的功能与电容式麦克风类似。

微电子机械系统（MEMS）麦克风是直接蚀刻在硅片上的电容式麦克风，面积只有几平方毫米，而且价格低廉，特别坚固，这意味着它们可以被用于手机及许多其他设备中。