麦克风（Microphone，简称Mic ）是将声能（声波振动）转换为电能（电信号） 的换能器件，广泛应用于录音、直播、会议、语音交互等场景。下面从核心技术原理、常见形态、使用方法、MCU 处理流程四个维度详细拆解：
一、 麦克风的核心技术原理（按换能方式分类）
麦克风的核心差异在于声 - 电转换的物理机制，主流类型及特点如下：
- 动圈麦克风（Dynamic Mic）
- 原理 ：基于电磁感应 ，++声波推动振膜带动线圈在永磁体磁场中切割磁感线，产生感应电流。++
- 特点 ：结构坚固、抗摔防潮、无需供电（无源）、低频响应好，适合人声、乐器现场拾音。
- 典型场景：KTV 话筒、舞台演出麦克风。
- 电容麦克风（Condenser Mic）
- 原理 ：振膜与固定极板构成可变电容器 ，++声波推动振膜改变极板间距，进而改变电容值++，配合外置极化电压实现信号转换。
- 细分类型 ：
- 驻极体电容麦（ECM）：内置永久极化材料，无需外置极化电压，成本低、体积小，手机、耳机内置麦多为此类。
- 大振膜电容麦：需 48V 幻象供电，灵敏度高、频响宽、音质细腻，适合专业录音棚。
- 特点 ：灵敏度高、细节还原好，但怕摔、需供电，对环境噪声敏感。
- 压电麦克风（Piezoelectric Mic）
- 原理 ：利用压电材料（如石英、陶瓷）的压电效应 ，++声波压力使材料产生电压信号++。
- 特点 ：结构简单、成本极低，适合拾音要求不高的场景，如声控开关、玩具。
- 数字麦克风（MEMS Mic）
- 原理 ：基于微机电系统（MEMS） 工艺，++将微型电容麦与 ADC（模数转换器）集成在芯片内，直接输出数字信号++。
- 特点：体积超小、抗干扰强、可批量集成，是手机、智能音箱、TWS 耳机的主流选择。
二、 麦克风的常见形态（按使用场景分类）
| 形态类型 | 外观特点 | 典型用途 | 核心优势 |
|---|---|---|---|
| 手持麦克风 | 杆状设计，带防滑手柄 | KTV、舞台、采访 | 握持方便，指向性可调 |
| 头戴式麦克风 | 微型麦头 + 头带 / 耳挂 | 演讲、直播、戏剧 | 解放双手，隐蔽性强 |
| 领夹麦克风 | 纽扣大小，可夹衣领 | 短视频、配音、会议 | 拾音距离近，人声清晰 |
| 桌面会议麦克风 | 底座 + 鹅颈杆 + 麦头 | 视频会议、圆桌讨论 | 360° 全向拾音，覆盖范围广 |
| 阵列麦克风 | 多颗 MEMS 麦按阵列排布 | 智能音箱、语音助手 | 支持波束成形、降噪、声源定位 |
| 内置麦克风 | 微型贴片式 / 焊点式 | 手机、耳机、笔记本 | 体积小，集成度高 |
阵列式麦克风比较少见，会议室或者主席台常用设备如下图：
三、麦克风信号如何被 MCU 处理
MCU（微控制单元）处理麦克风信号的流程，分【模拟麦克风输入】 和【数字麦克风输入】 两种链路，核心是 "信号采集→预处理→应用输出"。
1. 模拟麦克风 + MCU 的处理链路（需外接 ADC）
数据流向：
模拟麦克风 → 偏置电路 → 放大电路（LNA） → ADC转换器 → MCU
- 偏置电路 ：为驻极体麦提供工作电压，滤除直流分量。
- 低噪声放大器（LNA） ：将麦克风的微弱信号（mV 级）放大到 ADC 可识别的范围，同时抑制电路噪声。
- ADC 转换 ：将模拟电信号转换为数字信号（如 16bit PCM 数据），采样率由 MCU 控制。
- MCU 核心处理 ：
- ① 滤波降噪 ：通过算法滤除环境噪声（如工频噪声、风噪），常用 FIR/IIR 滤波器。② 增益控制（AGC）：自动调节信号幅度，避免小声听不清、大声失真。
- ③ 语音识别 / 编码：若用于语音助手，MCU 将信号传给语音识别芯片；若用于录音，将数据编码为 WAV/MP3 格式存储。
2. 数字麦克风（MEMS）+MCU 的处理链路（直接数字输入）
数据流向：
数字MEMS麦克风 → PDM/I²S接口 → MCU内置滤波器/解码器 → 数据处理
- PDM/I²S 传输 ：++数字麦直接输出脉冲密度调制信号（PDM）或 I²S 音频数据流++ ，无需额外 ADC，抗干扰能力更强。
- MCU 核心处理：
- ① PDM 转 PCM：MCU 通过内置算法将 PDM 信号解码为标准 PCM 数据。
- ② 阵列算法（多麦场景） ：若为麦克风阵列，MCU 通过波束成形 算法聚焦目标声源，抑制其他方向的噪声；通过声源定位判断说话人位置。
- ③ 应用输出 ：将处理后的信号传给喇叭播放、存储到 Flash，或通过串口 / 蓝牙上传到云端。
关键补充
- 指向性 ：麦克风的指向性（心形、全向、超心形）决定了拾音范围，比如会议麦用全向，直播麦用心形（减少环境噪声）。
- 抗干扰 ：模拟麦克风易受电磁干扰（如手机信号），数字麦克风抗干扰能力更强，适合复杂电磁环境
四、3段/4段耳机孔线
3.5mm 插头的结构
核心是插头金属环数量决定功能，看下图就能区分：
- 3 段线（TRS）
- 外观：插头分 3 段。
- 功能：仅传输左声道 + 右声道 + 地线 ，只能听音乐，没有麦克风 / 线控功能。
- 适用场景：普通耳机、音箱、MP3 等纯音频设备。
- 4 段线（TRRS）
- 外观：插头分 4 段。
- 功能：在 3 段基础上增加麦克风 / 线控信号，支持通话、音量调节。
- 注意：分两种标准（插错会导致麦克风失灵）
- OMTP（国标）：顺序是 "左→右→麦克风→地线"（旧款诺基亚等设备用）。
- CTIA（美标） ：顺序是 "左→右→地线→麦克风"（主流，苹果 / 安卓手机耳机用）。
常用麦克风模块
麦克风模块是将麦克风元件与放大、滤波、降噪等辅助电路集成的标准化模组，即插即用、调试简单 ，广泛用于嵌入式项目、智能家居、语音交互等场景。下面按信号类型分类介绍主流模块，以及对应的使用方法：
一、 主流麦克风模块分类（按输出信号）
1. 模拟输出麦克风模块
核心是驻极体电容麦克风 + 放大电路，输出连续的模拟电压信号，需要搭配 MCU 的 ADC 引脚采集。
- 典型型号 ：
- 普通驻极体麦克风模块（带放大）
- ：最廉价，比如 KY-037、MAX9814 模块。
KY-037
标识 功能说明 AO 模拟输出，++输出与声音强度对应的实时电压信号++，接单片机 ADC 引脚读取连续音量变化 DO 数字输出，内置 LM393 比较器，++声音强度超过电位器设定阈值时输出高电平++ ，可作声音触发信号 GND 电源地，接开发板 GND VCC 电源输入，3.3V-5V，接开发板对应电源引脚
- DO 阈值可通过板载电位器调节，适合声音触发类场景；
- AO 适合采集声音强度的连续数据
MAX9814
标识 功能说明 VCC 电源输入，2.7V-5.5V，为模块供电 GND 电源地，接开发板 GND OUT 音频模拟输出，经放大后的音频信号，最大 2Vpp，含 1.25V 直流偏置，接单片机 ADC 引脚 GAIN 增益选择，悬空 60dB、接 GND 40dB、接 VCC 50dB，用于设置放大倍数 A/R AGC 的 Attack/Release 控制，决定信号增益变化速率，悬空为 1:4000、接 VCC 为 1:2000、接 GND 为 1:500
- MAX9814 模块集成低噪声前置放大与 AGC，适合对音质和信号稳定性要求较高的音频采集场景。
高灵敏度模拟麦模块：
MAX9812（带自动增益 AGC）
引脚 标识 功能说明 1 VCC 电源输入，按型号选择：MAX9812L 为 2.7V-3.6V，MAX9812H 为 4.5V-5.5V，为模块供电 2 GND 电源地，接开发板 GND，保证共地以减少噪声干扰 3 OUT 音频模拟输出，经 20dB 固定增益放大后的音频信号，含 1.25V 左右直流偏置，接单片机 ADC 引脚读取
- 核心特点 ：
- 成本低（几块到十几块），接线简单；适合远距离拾音。
- 输出信号易受电磁干扰，适合短距离、低噪声场景；
- 需 MCU 做 ADC 转换，才能处理数字信号。
2. 数字输出麦克风模块
核心是MEMS 麦克风 +ADC 解码电路，直接输出数字信号，抗干扰强，是嵌入式项目主流选择。
-
典型型号 & 接口 ：
模块类型 接口 典型型号 适用场景 单数字麦模块 I²S INMP441 语音识别、录音 PDM MP34DT01 小型智能设备 麦克风阵列模块 I²S WM8978（4 麦）、AI-M61（2 麦） 声源定位、降噪、远场语音 -
核心特点 ：
- 抗干扰能力强，适合复杂电磁环境；
- 无需额外 ADC，直接与 MCU 通信；
- 阵列模块支持波束成形、降噪，是智能音箱、机器人的核心部件。
二、 麦克风模块的通用使用方法
1. 模拟麦克风模块（以 MAX9814 为例）
硬件连接（51/STM32/Arduino 通用）：
- VCC → 3.3V/5V（看模块要求）
- GND → 设备地
- OUT → MCU 的 ADC 引脚（比如 Arduino 的 A0）使用步骤：
- 接线通电后，模块会自动放大麦克风信号；
- 通过 MCU 读取 ADC 引脚的电压值，转换成声音强度数据；
- 可通过代码设置阈值，实现声控开关（比如检测到拍手声触发 LED）；
- 若要录音，需连续采集 ADC 数据，保存为 WAV 格式（需额外代码处理）。
2. 数字麦克风模块（以 INMP441 为例）
硬件连接（以 Arduino 为例）：
- VCC → 3.3V（MEMS 麦多为 3.3V 供电）
- GND → 设备地
- WS → 时钟选择引脚（接 Arduino D2）
- SCK → 时钟引脚（接 Arduino D3）
- SD → 数据引脚（接 Arduino D4）
使用步骤：
- 下载对应库（比如
INMP441库），在代码中初始化 I²S 接口；- 配置采样率（常用 16kHz/44.1kHz）、采样位数（16bit）；
- ++读取数字音频数据，可直接用于语音识别（搭配百度 / 讯飞语音 API），或保存为音频文件；++
- 阵列模块需搭配专用算法（比如 ESP32 的
ESP-SR语音开发框架），实现降噪、声源定位。
三、 选型 & 使用注意事项
- 供电匹配：MEMS 数字麦多为 3.3V 供电，接 5V 会烧毁；模拟麦模块有 3.3V/5V 版本，按需选择。
- 抗干扰 ：模拟模块尽量远离电机、继电器等强干扰源；数字模块接线短一点，减少信号衰减。
- 增益调节 ：部分模拟模块（如 MAX9814）带增益旋钮，可根据环境噪声调节，避免信号过载失真。
- 阵列模块：需 MCU 支持对应的接口（I²S），且需搭配算法才能发挥降噪、定位功能，适合有一定嵌入式基础的项目。