測量麥克風跟一般錄音室麥克風有什麼差別?
用於量測應用的麥克風具有平坦的頻率響應、一致的靈敏度、高穩定性。量測麥克風還具有定義明確的校正方法，可追溯物理基本量。
而用於錄音的麥克風（錄音室麥克風）沒有測量麥克風的嚴格規定及可追溯性，無法執行精確的量測任務。
測量麥克風的結構
精密電容式麥克風由一層薄金屬膜組成。將金屬薄膜的運動轉換為電壓的可變電容器。當麥克風感受到外部聲壓變化時，金屬薄膜運動會導致麥克風電容發生變化，而位移與外部聲壓成正比，由此便可準確用於聲學量測。
其餘的麥克風元件用來支持和傳輸來自背板和振膜的信號。 金屬外殼可
用作接地端子，背板螺母用作信號端子。 保護網格蓋可防止損壞
到隔膜。 絕緣體將背板與機身隔離。
設計及製造
pcb量測麥克風設計時考慮到可靠性及耐用性，由於金屬薄膜使用時需要高張力，隔膜材料必須堅固，並且因為增加的質量會降低麥克風的共振頻率，因此隔膜必須重量也很輕。
另外機身及背板材質選擇得考慮到熱膨脹以大幅度降低溫度對靈敏度的影響。金屬外殼及上蓋材料必須耐腐蝕，因為麥克風有時會在極端環境中使用。
PCB量測麥克風在組裝時必須非常乾淨，背板上的任何灰塵顆粒或毛刺都可能導致電弧，從而影響測量準確性，並可能永久損壞麥克風。在預極化麥克風中，油和污染物背板會導致駐極體粘附問題。為避免低頻問題，麥克風的通風口需要清潔，無灰塵和污染物。在製造過程中，所有話筒唱頭都經過環境老化和暴露在高溫下，以確保多年穩定運行。
量測麥克風不是一個複雜的設備；但是必須仔細考慮生產的每個元件的穩定性、匹配性及耐用性，才能做出精準可靠的麥克風。
電容式麥克風
電容式麥克風是基於電容設計的一種麥克風。電容式麥克風包含的金屬振膜作為電容的一個基板。緊靠振膜的金屬片作為電容的另一個基板。聲場激勵金屬振膜後，兩個基板之間的電容可隨聲壓的變化而變化。通過一個高電阻向基板施加一個穩定直流電壓可使電荷保留在基板上。電容的變化會產生一個與聲壓成正比的交流輸出。預極化麥克風可通過外部極化電壓或材料本身的屬性對電容充電。外部極化電容麥克風需要200V的供電電壓。預極化麥克風由需要恆定電流源的IEPE預放大器供電。
圖2.最常見的儀器型麥克風是採用電容設計的電容式麥克風。
壓電式麥克風
壓電式麥克風採用晶體結構來生成背板電壓。許多壓電式麥克風採用與加速度計相同的信號調理機制，有些也適用IEPE信號調理來提供極化電壓。雖然這種傳感器類型的麥克風靈敏度低，但持久耐用，可測量高振幅聲壓。但是，這種麥克風的背景噪聲級別通常較高。這種設計適用於衝擊壓力、爆破壓力測量應用。
響應場
選擇麥克風時必須考慮其運行的場類型。麥克風分為三個類型：自由場、壓力場和擴散場。在低頻率環境下，這些麥克風的工作原理相似，但在高頻環境下卻截然不同。
自由場麥克風測量的是麥克風隔膜處來自單個聲源直接發出的聲壓。這類傳感器測量的是麥克風進入聲場之前存在的聲壓。這類麥克風最適合沒有較硬表面或反射面的開闊地域。消音室或更開闊的地帶是自由場麥克風的理想使用場所。
圖3.自由場麥克風
壓力場麥克風用於測量振膜前方的聲壓。它在場內任何位置的幅度跟相位均相同, 它的波長相對較小，常見於密閉空間或腔體體內。壓力場傳感器應用範例包括牆體抗壓測試、機翼壓力測試，以及管子、膠體、腔體等內部結構的壓力測試。
圖4.壓力場麥克風
有些情況下，聲音並非僅來自一個聲源。擴散場麥克風對不同方位同時傳來的聲音作出統一響應。這類麥克風適用於測量在教堂或其他具有堅硬反射性牆體的聲音。但是，對於多數麥克風，壓力場和擴散場響應是相似的，因此壓力場麥克風通常也用於擴散場測量。
圖5.擴散場傳聲器
動態範圍
描述聲音的主要標準是基於聲壓波動的振幅。人耳能感知到的最低聲壓振幅是百萬分之20帕斯卡(20 μPa)。用帕斯卡來表示聲壓，數值通常比較小，不利於處理，因此常用分貝(dB)作為計量單位。這個對數比例可較準確地描述人耳對聲壓振動的反應。
製造商根據麥克風的設計和物理特性來規定最大分貝值。最大分貝值是指振膜趨近於背極板的聲壓，或總諧波失真(THD)達到指定值（通常是3%THD）。在一定應用環境中，麥克風輸出的最大分貝值取決於提供的電壓和麥克風的靈敏度。在使用特定前置放大器及其對應的峰值電壓計算出麥克風的最大分貝輸出值之前，我們需要先算出麥克風能承受的最大聲壓級。可通過下列公式計算聲壓值：
P=Pa, 電壓為前置放大器的峰值電壓。
確定了麥克風峰值電壓時的最大聲壓級，便可通過下列計算公式將聲壓級轉換成分貝值：
其中P是以帕斯卡表示的壓力
P0：參考聲壓（常數，=0.00002 Pa）
通過該公式可得出麥克風與特定前置放大器配合使用時可測量的最大額定值。如需確定所需的最小噪聲級別或聲壓，可參閱麥克風的模塊熱噪聲評級標準。CTN規範提供了可檢測到的最小聲壓值， 該值高於麥克風的固有電噪聲。圖6顯示了不同頻率下，麥克風與前置放大器配合使時的典型噪聲級別。
圖6.聲壓等於麥克風量程的上下限時，固有噪聲級別最大。
選擇麥克風時， 必須確保所測的壓力值介於麥克風的CTN值和最大額定分貝值之間。總而言之，麥克風的直徑越小，分貝值上限越大。直徑大的麥克風一般CTN值較小，因此常用於低量程分貝測量。
頻率響應
確定了所需的麥克風場響應類型及動態範圍後，可參閱麥克風規格標準，以確定可用的頻率範圍。直徑小的傳聲器，上限頻率通常較高。反之，直徑大的麥克風靈敏度高，更適用於低頻檢測。
製造商一般將頻率的容差設置為±2dB。比較不同麥克風時，一定要檢查不同麥克風的頻率範圍以及特定頻率範圍的容差。如果應用要求不高， 而增加的分貝容差在允許範圍內，便可提高麥克風的可用頻率範圍。您可與製造商確認或參照麥克風校準表，確定特定分貝容差對應的實際可用頻率範圍。
極化類型
傳統外部極化麥克風跟新式預極化麥克風適用於大部分應用環境，但這兩者之間也有差異。外部極化麥克風的靈敏度更符合120 °C 到150 °C 的溫度範圍，因此在高溫環境中建議使用外部極化麥克風。而預極化麥克風更適用於潮濕環境。溫度的驟變會導致外部極化麥克風的內部電容結構短路。
由於外部極化麥克風需要200V的特定電壓，因此配置時，只能選用7針電纜和LEMO連接器。新型預極化麥克風通過2-20mA的恆源流供電，便於使用，因此更受歡迎。這種配置下，您可使用標準和同軸線纜和BNC或10-32連接器來為讀取設備提供電流和信號。
溫度範圍
當環境溫度達到麥克風最大規定溫度時，麥克風的靈敏度就會下降。我們需要綜合考慮麥克風的工作溫度和存儲溫度。極端條件下的運行或存儲會對麥克風產生負面影響，增加其校準要求。多數情況下，系統前置放大器是工作溫度範圍的制約因素。儘管120°C 高溫環境對多數麥克風的靈敏度沒有影響，但所需的前置放大器卻限於在60 °C 到80 °C的環境下運行。
麥克風信號調理
當準備要使用DAQ設備測量的麥克風時，需要考慮以下幾點，以確保滿足您所有的信號調理要求：
- 放大，以提高測量精度和信噪比
- 電流激勵，為IEPE傳感器的前置放大器供電
- AC耦合，以消除直流偏置、提高分辨率，並充分利用輸入設備的整個量程
- 濾波，消除外部的高頻噪聲
- 正確接地，以消除不同接地電位之間的電流產生的噪聲
- 動態範圍，以測量麥克風的完整振幅範圍
一套完整的聲學量測系統，除了要有合適的麥克風以外也需要合適擷取卡及後端軟體。選用擷取卡時要注意由於麥克風量測頻寬需要到20K以上，也代表取樣頻率需要達到51.2K以上，另外要能提供ICP & IEPE 電源驅動PCB預極化、陣列式等麥克風。
