隨著智能化產品的普及，音視頻硬件在電子設計中所占的比例越來越高。常見如電視機、導航儀、商超機器人等。音視頻硬件中，聲學器件是必不可少的基礎元件，聲學器件主要包括麥克風和喇叭，麥克風拾取聲音，喇叭播放聲音。麥克風和喇叭的性能優劣，會直接影響到智能語音設備的人機交互體驗，本文將對麥克風和喇叭的基礎知識做一個簡單介紹。
麥克風簡介
麥克風是聲電換能器件，學術名稱傳聲器。廣泛應用于通話、語音識別、音樂錄制和主動降噪等場合。
麥克風可以將聲音的變化通過特定的機制轉換為電壓或電流的變化，再交給電路系統進行處理。根據不同的聲電轉換機制，麥克風分為不同的類型，包括動圈式麥克風、電容式麥克風和壓電式麥克風等。目前市場上常見的微型麥克風主要是電容式的。
電容式麥克風主要分為兩類，一類為駐極體麥克風（ECM），一類為硅麥克風（MEMS Mic）。其中硅麥克風性能一致性高，受環境影響極小，體積小巧，便于集成在電路中。所以歸麥克風憑借其良好的性能，迅速成為消費類產品的首選聲學元器件。如下圖所示為兩種類型麥克風的示例圖。
麥克風的工作原理
以硅麥克風為例，硅麥克風里面的MEMS芯片實際上是一個由硅振膜和硅背極板組成的微型電容器，硅振膜能感測聲壓的變化，將聲壓轉化為電容變化。如下圖2所示，硅振膜、硅背極板以及它們之間的空氣隙共同組成一個平行板電容器，故有：其中U為電容器兩端電壓，Q為電容器所存儲的電荷量，C為電容器的電容量。又應平行板電容器的計算公式為C=εS/4πkd，其中ε為介電常數，S為極板的面積，k為常數，所以：當聲音變化產生一個變動的聲壓，麥克風振膜檢測到變動的聲壓后產生振動，改變振膜與背極板之間的距離Δd，進而產生一個變化的電壓ΔU，經麥克風內部的芯片接收并輸出，從而將聲音信號轉化為電信號，實現聲-電的轉換。喇叭是將電信號轉換成聲信號的電聲換能器件，學術名稱揚聲器。喇叭的種類按照驅動結構分類，可分為電動式、電磁式、靜電式和壓電式等，其中電動式揚聲器是行業的主流。電動式揚聲器中的動圈式揚聲器是目前行業使用最多和最廣泛的揚聲器。動圈式揚聲器具有結構簡單，生產容易，同時性能優良，穩定性好等特性。動圈式揚聲器由磁路組件和振子組件兩部分組成，主要零件有：振膜、音圈和磁鐵等。
電動式揚聲器的作用原理是利用載流導體（由音頻電流饋電的音圈）在永久磁體的磁場之間的相互作用，使音圈振動而帶動振膜振動。其能量變換方式是電能—機械能—聲能。如下圖，當垂直于磁場的導體有電流的話，導體就會在垂直于磁場及電流的方向上受到力作用，在揚聲器的磁路的間隙有一個環狀磁場，線圈位于這個間隙內，當外界的信號電流發生改變時，根據佛來明左手定則，線圈就會隨著電流的大小和方向受力運動，推動與音圈連在一起的振膜向外輻射聲音。原創不易，若有轉載需求，務必告知！
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