电容式麦克风

基本结构与工作原理

电容式麦克风是一种将声压转换为电容变化的传感器，其核心结构由一张轻薄的可动振膜和一个固定的背极（或称基板、固定极板）组成，两者之间留有微小间隙，构成一个平行板电容器。工作时，声波作用于振膜，使其发生振动，从而改变振膜与背极之间的距离（极距）。根据平行板电容公式
$C=\frac{\epsilon S}{d}$
其中 $C$ 为电容（单位：法拉，F），$\epsilon$ 为极板间介质的介电常数（单位：法拉每米，F/m），$S$ 为极板有效面积（单位：平方米，m²），$d$ 为极距（单位：米，m）。当声压使振膜靠近或远离背极时，$d$ 发生变化，导致电容 $C$ 随之改变。

信号转换与输出

电容变化本身不能直接作为电信号输出，需要配合偏置电路。典型电路由直流电源（电池）、电阻和电容式麦克风串联组成，直流偏置电压 $U$ 加在电容器两端，电容器上的电荷为 $Q=CU$。当电容 $C$ 随声压变化时，若电荷来不及通过电阻显著泄放（即 $RC$ 时间常数远大于声波周期），则电荷 $Q$ 近似不变，电容两端电压 $U=Q\mathrm{/}C$ 随 $C$ 变化，从而在电阻两端产生随声波变化的电压信号；若电荷可随偏置电压变化，则流过电阻的电流为 $i=\mathrm{d}(CU)\mathrm{/}\mathrm{d}t$，同样在电阻两端形成随声波变化的电压信号。因此，在偏置和 $RC$ 相对音频的适当条件下，电容变化被转换为电压信号，实现声压到电压的转换。

振膜质量对动态响应的影响

振膜的质量直接影响麦克风的频率响应和灵敏度。电容式麦克风的振膜非常轻薄，因此其固有频率较高，对声压变化的响应迅速，能够较好地还原高频声音，具有灵敏度高、声音还原度好、体积小、重量轻等优点。

作为对比，动圈式麦克风的振膜上需要缠绕线圈，整体质量较大，导致其固有频率较低，对高频声波的响应能力较弱，因此灵敏度较低且拾取高音效果较差。