傳聲器的原理與應(yīng)用

1、傳聲器的原理與應(yīng)用聲波傳聲器放大器（其它設(shè)備）功率放大器揚聲器（耳機） 聲波 （換能器） （換能器）v兩頭：換能器 傳聲器：聲能機械能電能 揚聲器：電能機械能聲能音響系統(tǒng)音響系統(tǒng)1. 傳聲器的分類傳聲器可按不同的特點進行分類v按用途分: 測量用傳聲器(標準傳聲器、探管傳聲器、高聲壓傳聲器)、通訊用傳聲器、專業(yè)用 (錄音或稱廣播、擴聲)傳聲器、民用傳聲器v按換能原理分： 靜電式傳聲器(電容式和駐極體式)、 壓電式傳聲器(陶瓷式、晶體式、高聚合物式)、 電動式傳聲器(動圈式、鋁帶式)、半導(dǎo)體式傳聲器、電磁式傳聲器、碳粒式傳聲器v按聲學(xué)類型分： 壓強式傳聲器、壓差式傳聲器、壓強壓差復(fù)合式傳聲器v按能

2、源類型分： 有源傳聲器、無源傳聲器v按指向性分： 全指向性傳聲器(圓型方向性)、單指向性傳聲器(心型傳聲器、超指向性傳聲器、強指向性傳聲器、寬角度傳聲器)、雙指向性傳聲器(8字型指向性)、可變指向性傳聲器v從使用特性角度： 無線傳聲器、立體聲傳聲器、近講傳聲器、高清晰度傳聲器、佩帶式傳聲器、頸掛式傳聲器等2. 傳聲器的性能指標v傳聲器的性能，可以用一系列客觀參數(shù)進行描述，主要的有靈敏度、頻率響應(yīng)、等效噪聲級、指向性、動態(tài)范圍、最高聲壓級和輸出阻抗等。1）靈敏度v是表征傳聲器聲電轉(zhuǎn)換能力的一個指標v定義是在單位聲壓作用下的輸出電壓或電功率，傳聲器輸出端的輸出電壓和輸入端的聲壓之比 EU/pv常見

3、的有: 空載（開路）靈敏度與有載靈敏度 聲壓靈敏度與聲場靈敏度v一般音響調(diào)音中使用的是聲場有載靈敏度，不特別指出時，就是這個靈敏度v靈敏度E的表達公式為： EU/p mV/pa 即單位為毫伏/帕 也有取 mV/bar 即單位為毫伏/微巴v動圈式傳聲器的靈敏度為23 mVPa 電容式傳聲器靈敏度約為1530 mVPa v靈敏度更多的是以靈敏度級，即將靈敏度與基準量相比取對數(shù)表示： LE20lgE/E0 dB E0為參考靈敏度， E01V/pav動圈式傳聲器靈敏度級為-7060dB 電容式傳聲器靈敏度級約-5040dBv很多傳聲器的靈敏度指標用額定輸出電平來表示，它是與靈敏度級對應(yīng)的，以1KHz為

4、測試條件2）頻率響應(yīng)v在一個確定的方向上，傳聲器的靈敏度與頻率有關(guān)，不同的頻率，其靈敏度不一定相同。v傳聲器正向靈敏度隨頻率變化的特性曲線即頻率響應(yīng)曲線。指向性指向性0180間頻間頻率響應(yīng)之差率響應(yīng)之差v頻率響應(yīng)曲線在自由場中測試為自由場頻率響應(yīng)，在擴散場中測試為擴散場頻率響應(yīng)，音響調(diào)音范圍內(nèi)用的傳聲器，一般都是指自由場頻率響應(yīng)，在說明中不特別指明的即是自由場下測量的指標。v動圈式傳聲器的頻率響應(yīng)在80Hz13kHz范圍內(nèi)就是比較好的了。一般在100Hz10kHz范圍是普及型，用于卡拉OK舞廳、廣播、教學(xué)等處。v電容式傳聲器的頻率就可以做得較寬，一般為40Hz16kHz，較優(yōu)秀的產(chǎn)品能做到30

5、Hz一18kHz。v實際的頻率響應(yīng)指標中還有一個允差的概念，即： 80Hz13kHz，2.5dB 2.5dB 即為允差v對不同頻段，有不同的允差，中頻允差要求小v使用場合不同，對傳聲器頻響的要求也不同，語言的聲音頻率范圍比音樂的窄，大型樂隊演奏比獨唱、獨奏等的寬。傳聲器頻率響應(yīng)曲線在高頻段有“上翹”時，聲音明亮；在低頻段有“上翹”時，重放聲會有“渾厚”的感覺。這可以由調(diào)音師根據(jù)節(jié)目內(nèi)容的特殊需要來補償。v此外，有時也用一定頻率范圍內(nèi)的靈敏度不均勻度表示，稱為傳聲器頻率特性的不均勻度。3）指向特性v傳聲器的指向特性是指傳聲器的靈敏度隨聲波入射的方向而變化的特性。一般用指向性圖案來表示一般用指向性

6、圖案來表示v亦有用0180間的頻率響應(yīng)之差來表示。0、180之間的頻率響應(yīng)相差越大，說明傳聲器單指向性越好。v現(xiàn)有的傳聲器有三大類指向性，即： 全向（無向） 圓形 1 雙向 8字形 cos 單向 心形 1+cosv還有強指向型、超強型、寬角度型等，不同指向性的傳聲器是為不同場合使用而設(shè)計。v通用的表達式為：a+bcos無向指向性無向指向性8字形指向性字形指向性無向與無向與8字形疊加字形疊加心形指向性心形指向性4）輸出阻抗 v輸出阻抗是指從傳聲器的輸出端測得的交流阻抗。v分高阻和低阻 高阻：10k、20k、30k、50k 低阻：50、100、150、200、250、600v一般傳聲器均為低阻:傳

7、輸距離遠v根據(jù)國家標準“傳聲器通用技術(shù)條件”中的規(guī)定，阻抗優(yōu)選值為200、600、高阻20k。v傳聲器的輸出阻抗與負載阻抗，這是就傳聲器與后面的輸入級（調(diào)音臺）的配接而言，輸入級的阻抗稱輸入阻抗，也就是傳聲器的負載阻抗v匹配跨接（負載阻抗5倍輸出阻抗）5）等效噪聲級v傳聲器固有噪聲：在理想條件下，作用于傳聲器的聲壓為零時，傳聲器輸出端的電壓為零，如仍有電壓，即是噪聲電壓，這是由于傳聲器內(nèi)部的電噪聲引起的。v動圈式傳聲器中一般不標注，因為動圈式傳聲器只有在晶閘管燈光等電磁環(huán)境中屏蔽不好，才會出現(xiàn)噪聲。而電容傳聲器由于電子元器件的熱噪聲影響，再精心設(shè)計和精心制作，也會出現(xiàn)噪聲，只不過能夠做得越小越

8、好。噪聲電壓通常沒有突出的頻率，而是一個較寬的噪聲頻帶，它決定著傳聲器所能接收的最低聲級的拾聲能力。v為便于對傳聲器的固有噪聲有一個直觀的表示，采用等效噪聲級指標，即指聲波的聲壓作用在傳聲器（假定無固有噪聲的理想傳聲器）上所產(chǎn)生的輸出電壓與實際傳聲器在沒有聲壓作用下固有噪聲產(chǎn)生的輸出電壓相等，該聲波的聲壓就等于傳聲器的等效噪聲級。v優(yōu)質(zhì)傳聲器的等效噪聲級在20dB左右，等效噪聲級比固有噪聲更加確切，因為單獨標出傳聲器的固有噪聲還不能反映傳聲器真正的噪聲水平。噪聲和靈敏度直接相關(guān)，靈敏度越高，噪聲相對就大。v等效噪聲級反映了傳聲器拾音對應(yīng)的聲壓級的下限。6）最大聲壓級v當(dāng)傳聲器的諧波失真大到一定

9、允許值時的聲壓級，即為傳聲器的最大聲壓級。v最大聲壓級反映了傳聲器工作的上限。v最大聲壓級為126dB，諧波失真在05以內(nèi)的電容傳聲器，就是較專業(yè)用的傳聲器。7）傳聲器動態(tài)范圍v傳聲器動態(tài)范圍最大聲壓級等效噪聲級 一般為100110dBv它反映傳聲器所能接收聲音的范圍，上限受諧波失真限制，下限受固有噪聲限制。8）諧波失真v也叫非線性失真，是指傳聲器產(chǎn)生了原先沒有的諧波頻率分量。v以諧波分量的大小值與原信號大小值相比的百分比表示。v這一指標與傳聲器的最大聲壓級相關(guān)，諧波失真小則最大聲壓級相對就較高，所以有時這兩個指標僅給出一個。3. 各類傳聲器1）動圈式傳聲器v動圈式傳 聲器的結(jié) 構(gòu)、工作 原理

10、及工 作特點如 右圖示：v動圈式傳聲器的換能部分(也就是聲+電轉(zhuǎn)換部分)是由磁路系統(tǒng)(磁靴、磁碗)和振動系統(tǒng)(振膜、音圈)構(gòu)成的。處在磁場中的振膜由于受到聲壓P的作用發(fā)生振動，導(dǎo)體線圈在磁場中作切割磁力線運動，導(dǎo)體兩端就產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，感應(yīng)電動勢的方向用右手定則來確定。v感應(yīng)電動勢的大小由磁感應(yīng)定律來確定。其表達式為： EBLv E為感生電動勢（電壓），B磁感應(yīng)強度，L導(dǎo)線長度，v導(dǎo)線運動速度v所以動圈傳聲器是速度型傳聲器。動圈傳聲器自身結(jié)構(gòu)和技術(shù)特性決定了其工作特點：v性能穩(wěn)定可靠，價格便宜，適用面廣，使用方便，不需供電。另外，能耐高聲壓級。v但靈敏度低，頻響不夠?qū)挕?）電容式傳聲器v有不同

11、特定的種類：電容傳聲器在音響調(diào)音使用最多的是廣播錄音用的大電容傳聲器，其次是駐極體傳聲器的制成品。測量電容傳聲器又稱標準電容傳聲器，是一種做測量使用的精密器件。v電容傳聲器的結(jié)構(gòu)、工作原理： 聲波作用于振膜， 引起振膜位移， 產(chǎn)生電容量的變 化，進而得到電 壓的變化，電壓 的變化對應(yīng)聲波 信號的信息。v電容傳聲器的結(jié)構(gòu)除了關(guān)鍵的換能部件換能極頭外，和動圈式傳聲器不同處，還需有一個阻抗變換器把高容抗阻值變?yōu)榈妥柚?，?00，這個阻抗變換器由阻容器件和電子管或半導(dǎo)體管組成，所以必然帶來了諧波失真和噪聲。v電容傳聲器需要極化電壓，一般為12V48V，此外也要阻抗變換器供電電壓，這一電源由外部（調(diào)音臺

12、）供給，稱幻相電源，專業(yè)話筒的幻相電源為48V。v電容傳聲器靈敏度高，頻率響應(yīng)好，音色優(yōu)美，性能優(yōu)良。但價格較貴，需要幻相電源，由于結(jié)構(gòu)所致，它比動圈式傳聲器嬌貴，防潮防塵維護比動圈式傳聲器更加嚴格。3）帶式傳聲器v帶式傳聲器實質(zhì)上是動圈傳聲器的一種變形。這種傳聲器以鋁合金帶或鍍金塑料帶代替動圈傳聲器的振膜與線圈。它的工作原理與動圈傳聲器相同。v帶式傳聲器與動圈傳聲器相比，頻率范圍廣，頻響曲線平坦，特別是由于振帶很輕，因此可獲得理想的瞬態(tài)響應(yīng)。v老式的帶式傳聲器因振帶太脆，經(jīng)受不住氣流的沖擊，甚至在靠近傳聲器處用嘴吹擊或咳嗽，都可能將振帶損壞，因此不宜在室外使用。v新式的帶式傳聲器裝有風(fēng)過濾器

13、，并對振帶做了改進(如減小長度)，性能得到很大改善。不但可以手持傳聲器，在幾乎碰到嘴唇的情況下使用，而且不會產(chǎn)生“噗噗”聲、“咝咝”聲或喘息聲，是一種為滿足流行音樂歌手的需要而設(shè)計的性能良好的帶式傳聲器。4）駐極體傳聲器v是一種采用駐極體材料制成的傳聲器。駐極體電容傳聲器的工作原理與電容傳聲器相同。這種傳聲器除了具有普通電容傳聲器的優(yōu)點外，突出的特點是不需要極化電壓。v駐極體傳聲器的核心是駐極體。所謂駐極體是一種在強電場中極化后不因電場的消失而消失的電介質(zhì)。這就是說，這種電介質(zhì)的極化電荷可“永久”地存在于它的表面。故不需要極化電壓裝置。永久電荷永久電荷v這種傳聲器結(jié)構(gòu)簡單，而且體積小、重量輕，

14、尤其是價格低廉。由于穩(wěn)定性差，因此，一般用于非專業(yè)范圍，例如廣泛應(yīng)用于盒式錄音機中。近年來，這種傳聲器發(fā)展很快，已進入專業(yè)領(lǐng)域。v當(dāng)然，這種傳聲的阻抗變換器仍需電源，但一般只要一節(jié)小電池即可。5）無線傳聲器v無線傳聲器由裝有微型傳聲器、小型發(fā)射機、接收機等幾部分組成：v其中的傳聲器有的用電容式傳聲器，有的用動圈傳聲器，用得最多的是駐極體電容傳聲器。傳聲器和發(fā)射機可以分開成兩部分，把駐極體傳聲器佩戴在衣服上或其他隱蔽處，使其不擋畫面。也可以將傳聲器和發(fā)射機裝入同一殼體內(nèi)，做成手持式無線傳聲器。 v近年來，無線傳聲器發(fā)展很快，中檔次、高檔次的種類繁多，廣泛用于舞臺擴聲、影視錄音、新聞采訪、卡拉OK

15、歌舞廳、課堂教學(xué)等場合。v無線傳聲器有調(diào)頻和調(diào)幅兩種，因為調(diào)頻式比調(diào)幅式抗干擾性強，因此無線傳聲器一般采用調(diào)頻式。發(fā)射的信號一般為無線電波，也有用紅外信號，后者抗干擾（保密性）強。6）近講傳聲器v近講效應(yīng)： 因為傳聲器近距離拾聲時，其低頻靈敏度增加，使傳聲器頻率響應(yīng)的低頻段有明顯提升，低頻靈敏度增加，使聲音渾濁，也會產(chǎn)生一種“噴口”的現(xiàn)象，降低了拾聲的清晰度。v在設(shè)計傳聲器時，可以利用聲路或電路參量控制頻響的低頻段衰減36dB(一般在300800Hz)，這樣的傳聲器即為近講傳聲器。7）壓差式傳聲器4傳聲器與調(diào)音臺的配接1）阻抗與電動勢物理量物理量單位單位優(yōu)選值優(yōu)選值備注備注輸出阻抗輸出阻抗20020060060020002000對傳聲器對傳聲器輸入阻抗輸入阻抗kk11331010對放大器對放大器額定源電壓額定源電壓mVmV（dBdB）0.20.2（-7