4. Mikrofone Flashcards
Warum werden zur Zeit mehr als ein Mikrofon verbaut?
- Unterdrückung von Umgebungsgeräuschen im Sendepfad
- Unterdrückung von Umgebungsgeräuschen im Empfangspfad (Active Noise Canceling)
- Aufnahmen von Raumklang
Wellenlänge Lamda
λ = c/f
c=343 m/s bei 20 °C und Normaldruck (Schallgeschwindigkeit)
Schalldruckpegel L_p (Sound Pressure Level, SPL)
L_B = 10* log_10 (p^2/ p_0^2) [dB]
p 0 wird 2·10^-5 Pa
ungefähr die Hörschwelle des Menschen im Bereich von 2 – 5 kHz
Welche Frequenzen werden lauter vom Menschen wahrgenommen
Sehr Hohe
Wie kann Lautstärke miteinander verglichen werden
bewerteter Schalldruckpegel z.B. in dB(A)
=> durch Filter, die hohe und tiefe Frequenzen unterdrücken, zur Berechnung des Schalldruckpegels verwendet
Welche Parameter sind für die Spezifikation von Mikrophonen wichtig?
- Empfindlichkeit bzw. Sensitivität (engl.: Sensitivity) bzw. Übertragungsfaktor
- Ersatzgeräuschpegel (Equivalent Noise Level. ENL)
- Signal zu Rausch verhältnis (SNR)
- Total Harmonic Distortion, (THD):
- Frequenzgang
- Richtcharakteristik
- Stromaufnahme, Temperaturbereich, ESD-Festigkeit
- …
Wie wird die Empfindlichkeit eines Mikrofones gemessen?
Empfindlichkeit
-Das Mikrofon wird bei 1 kHz mit einem Schalldruck von 1 Pa beschallt. Aus der Spannung des
Ausgangssignals wird die Sensitivität in dB V/Pa bestimmt.
- Rauschen
Anschließend wird die, über das Spektrum integrierte und A-gewichtete Spannung bei Ruhe
gemessen. Daraus ergibt sich das Rauschen in dB V/Pa.
- SNR
Das Signal-Rausch-Verhältnis kann wie folgt berechnet werden: SNR = Sensitivität – Rauschen.
- ENL
Da Spannung und Druck proportional sind, gilt SNR in dB V(A) = SNR in dB(A).
Damit ist: ENL in dB(A) = 94 dB SPL – SNR.
Welche Sensitivität hat ein Mikrofon, das bei einem Schalldruck von 1 Pa bei 1
KHz am Ausgang eine Spannung von 20 mV liefert?
In Ruhe ist die Ausgangsspannung (A-Gewichtet) 8 µV. Wie groß ist das Rauschen in dB V? Wie groß
sind SNR und ENL?
?
Erkläre das Messprinzip von Mikrofonen.
Die meisten Mikrofone sind Kondensatormikrofone. Dünne Membran schwingt im Schallfeld. Mit einer, über oder unter der Membran angebrachten, perforierten
Gegenelektrode können diese Schwingungen kapazitiv ausgelesen werden
Benenne und erkläre die wichtigsten Ausführungsformen von Mikrofone
-Elektret-Mikrofonen: Polymerfolie auf einer der beiden Kondensatorplatten mit permanenten elektrischen Ladungen. Dadurch reicht eine Spannung von 1,5 V zur
Versorgung eines FET, der als Impedanzwandler eingesetzt wird.
- MEMS-Mikrofone: neben einem mikromechanisch hergestellten Sensorchip auch ein
ASIC verwendet. Auf diesem ist eine Ladungspumpe, die, bei Versorgungsspannungen von 1,5 –
3 V, Spannungen von 10 V erzeugen kann.
Vorteile des MEMS Mikrofon
- Können auf Leiterplatten aufgelötet werden
- kleiner
- geringe Steuung der Sensitivität
Wie wird ein MEMS Mikrofon-Chip hergestellt
- Abscheiden von Oxyd auf beiden Seiten eines Si-Wafers
- Abscheiden der Polysilizium-Membran mit Chemical Vapor Deposition (CVD)
- Strukturieren der Membran
- Abscheiden des oberen Spaceroxyds
- Abscheiden der Gegenelektrode mit Chemical Vapor Deposition (CVD)
- Öffnen der Kontaktlöcher im Oxyd auf der Membran
- Aufbringen und Strukturieren der Metallflächen für die Kontaktierung
- Strukturieren einer Ätzmaske auf der Waferrückseite
- Ätzen des Rückvolumens mit DRIE
- HF-Dampfätzen der beiden Spaceroxyd-Schichten
- Vereinzeln der Chips durch Sägen des Wafers
- Strukturieren der Gegenelektrode
Wo kann sich das Schallloch im Gehäuse befinden?
- im Lid
- auf der Leiterplatte
Was versteht man unter Frequenzgang?
Empfindlichkeit als Funktion der Frequenz
Was versteht man unter Richtcharakteristik?
Empfindlichkeit als Funktion der Richtung
