傳聲器的種類與原理

1、傳聲器的種類與原理一、傳聲器的作用和種類傳聲器俗稱話筒，又稱麥克風(fēng)。它是一種將聲音信號轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電信號的電聲換能器件。傳聲器的分類方法很多，主要有以下兒個(gè)。按換能原理分類，有電動式傳聲器（如動圈式傳聲器、鋁帶式傳聲器等）、電容式傳聲器（其中包括駐極體式傳聲器）、電磁式傳聲器、半導(dǎo)體式傳聲器和壓電式傳聲器（晶體傳聲器、陶瓷傳聲器、壓電高聚合物式傳聲器）。按指向性圖分類，有無指向傳聲器（又稱全指向傳聲器）、雙向傳聲器（又稱8字形指向性傳聲器）和心形傳盧器、超心形傳聲器、超指向傳聲器（它們又稱為單向傳聲器）。按使用場合分類，有普通傳聲器、立體聲傳聲器、近講傳聲器、佩戴式傳聲器、無線傳聲器和測量用傳

2、聲器等。從換能原理方面來說，目前用得最多的是動圈式傳聲器和電容式傳聲器。動圈式傳聲器的特點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)簡單，堅(jiān)固耐用，工作穩(wěn)定好，價(jià)格較低，頻響特性較好等。電容式傳聲器則具有頻響好、失真小、噪聲低、靈敏度高和音色柔和等特點(diǎn)，但電容式傳聲器價(jià)貴，而且必須為它提供直流極化電源（如24V），給使用者帶來不便。于是人們研制出了駐極體式電容傳聲器，它不需要外加直流極化電源，而且結(jié)構(gòu)簡單，體積小，價(jià)格低廉，近來，駐極體式傳聲器和壓電高聚合物式傳聲器發(fā)展很快，且不斷有新產(chǎn)品出現(xiàn)。各種類型的傳聲器盡管在結(jié)構(gòu)上有所不同，但它們都有一個(gè)振動系統(tǒng)，該系統(tǒng)是聲波作用而引起振動，產(chǎn)生出相應(yīng)的電壓、電容或電阻變化。如動圈式傳

3、聲器就是屬于電壓變化一類（即音圈輸出電壓變化），而電容式傳聲器則屬于電容變化一類，但它最終還是利用電容變化使最后的輸出仍為電壓變化。二、動圈式傳聲器的工作原理把導(dǎo)體置于磁場中，用聲音激勵(lì)振動系統(tǒng)使其振動，通過電磁感應(yīng)作用，在導(dǎo)體上產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。應(yīng)用這種原理做成的傳聲器稱為電動式傳聲器。在電動式傳聲器中，如果傳聲器中所用的導(dǎo)體為音圈結(jié)構(gòu)，就構(gòu)成了動圈式傳聲器：如果所用導(dǎo)體為金屬箔（如鋁帶），就構(gòu)成了帶式（鋁帶式）傳聲器。日前廣泛使用的電動式傳聲器，絕大多數(shù)為動圈式傳聲器。動圈式傳聲器的結(jié)構(gòu)如圖3-1所示，其工作原理是：當(dāng)聲波激勵(lì)線圈時(shí)，粘接在振膜下面的音圈在磁隙的磁場中也作相應(yīng)振動，從而切割磁

4、力線而產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。此時(shí)感應(yīng)電動勢輸出為    E= Blv        (3-1)式中，B為磁隙中的磁通密度：l為音圈導(dǎo)線的總長度；v為音圈的振動速度。由于動圈式傳聲器的音圈匝數(shù)很少，它的輸出電壓和輸出阻抗（約10）都很低，為了提高它的靈敏度，并使其與后接的放大器（或調(diào)音臺）輸入阻抗相匹配，在動圈式傳聲器中裝有輸出變壓器以提高輸出電壓和輸出阻抗。輸出變壓器有自耦和互感兩種，根據(jù)圈匝比的不同，其輸出阻抗有高阻和低阻兩種。輸出阻抗在600以下的，稱為低阻傳聲器，有

5、200、600等：高輸出阻抗通常是20k。為了適應(yīng)阻抗變換的需要，有些傳聲器還設(shè)有輸出阻抗變換裝置，當(dāng)改變傳聲器插座腳位或開關(guān)時(shí)，即可方便地改變其輸出阻抗。三、電容式傳聲器的工作原理電容式傳聲器是一種依靠電容量變化而起換能作用的傳聲器，它主要由極頭、前置放大器、極化電源等組成。電容式傳聲器的極頭實(shí)際上是一只電容器(靜態(tài)電容量通常只有50200pF)，只不過電容器的兩個(gè)電極中，一個(gè)是固定的，另一個(gè)是可動的。通常兩個(gè)電極相隔很近（一般為2050m）。可動電極就是極薄的振膜（為2530m），一般采用金屬化的塑料膜或金屬膜。由于振膜非常薄，當(dāng)聲波到來時(shí)，振膜會產(chǎn)生相應(yīng)的振動，從而改變電容器兩極板之間的

6、距離，因而使電容器容量發(fā)生變化。如果將這個(gè)電容的變化量取出來變成電信號，這個(gè)電信號就對應(yīng)著聲信號了。將電容變化量變成電信號的方法很多。若將該電容器作為振蕩器的振蕩回路電容，則該振蕩器的振蕩頻率便會被聲波所調(diào)制，目前的無線電容式傳聲器就是基于這一原理工作的。大多數(shù)的電容式傳聲器是采用所謂直流極化方法將電容變化量變成相應(yīng)電信號的。直流極化的電容式傳聲器的電路結(jié)構(gòu)如圖3-2所示，其中直流極化電壓E一般為40200V，極化電阻R阻值一般為5l000M。其工作過程是：首先E經(jīng)R向傳聲器電容器C充電，傳聲器電容器C兩極板間充有電壓E。當(dāng)聲波使C的容量發(fā)生變化時(shí)，C上的電荷來不及發(fā)生變化，在負(fù)載電阻R上便產(chǎn)

7、生了一個(gè)對應(yīng)電容量變化規(guī)律的交流電壓輸出，見圖3-2 (b)。電容式傳聲器的輸出阻抗很高，不能直接輸出，否則加到后接放大器的信號電壓非常小，而且極易受到外界干擾，因此，需在傳聲器殼內(nèi)裝一個(gè)前置放大器（又稱預(yù)放大器），進(jìn)行阻抗變換，將高阻變換成低阻輸出，這樣就可以用長電纜接到后接放大器了。電容式傳聲器具有靈敏度高、動態(tài)范圍寬、頻率響應(yīng)寬而平坦、音質(zhì)好以及瞬態(tài)響應(yīng)優(yōu)良等優(yōu)點(diǎn)，是比較理想的傳聲器，但是它在使用中需要有一個(gè)直流供電電源，它一方面為預(yù)放大器供電，另一方面為極頭振膜提供極化電壓。所以，若電容式傳聲器與調(diào)音臺相接，則必須打開調(diào)音臺，卜的幻象(Phantom)供電開關(guān)，以便向電容式傳

8、聲器供電。圖3-3 (a)所示是包含預(yù)放大器的電容式傳聲器實(shí)用線路。電源(+48V)由幻象供電，經(jīng)R1 (27k)和極化電阻R(1500M)加到傳聲器電容極板上。當(dāng)傳聲器受到聲波作用時(shí)，其感應(yīng)的電信號經(jīng)過Cl、R8加到場效應(yīng)管柵極上。場效應(yīng)管接成射極跟隨器形式，起阻抗變換作用，變換成低阻輸出，然后經(jīng)變壓器耦合輸出。圖中C2為正反饋電容，用以提高該放大器的輸入阻抗。圖3-3 (b)是場效應(yīng)管與晶體管組合而成的預(yù)放大器的實(shí)用線路，它的特點(diǎn)是輸出阻抗低，且有放大作用，其電壓放大倍數(shù)為（本例R1=2.1k，R2=l0k）。電源使用12V，也用幻象供電方式。由丁-電源電壓較

9、低，為了提供高的極化電壓，在傳聲器殼體內(nèi)還設(shè)有一個(gè)DC/DC變換器，它通過晶體管VT2的自激振蕩器，把較低的直流電源電壓變?yōu)楦哳l交流電壓，再經(jīng)自耦變壓器T2的升壓、二極管VD整流、l000pF電容和22F電容的濾波變換為直流高壓，作為極化電壓加給傳聲器電容極板。由于極化電源幾乎不輸出電流，功率消耗非常小，所以這種直流變換器的體積可以做得很小。在電容式傳聲器中，還有一種稱之為駐極體式傳聲器。所謂駐極體式傳聲器，是采用經(jīng)過事先極化了的駐極體來代替極化電壓的電容式傳聲器，因此它的結(jié)構(gòu)及工作原理與上述電容式傳聲器相同，但省掉了極化電源。不過用作阻抗變換的預(yù)放大器仍需外部供電，故駐極體式傳聲器與調(diào)音臺連

10、接時(shí)，仍需打開幻象供電開關(guān)進(jìn)行供電。駐極體式傳聲器的駐極工藝有熱駐極、電暈極化駐極和電子轟擊駐極等方法。駐極體式傳聲器的壽命很長，目前一般產(chǎn)品壽命為2030年。四、幻象供電幻象供電是沒有專用電源線，而是利用信號線同時(shí)作電源線的一種供電方式。具體來說，就是利用傳聲器輸出電纜內(nèi)的兩根聲頻信號芯線作為直流供電的一根芯線，利用電纜的屏蔽線作為直流供電的另一根芯線來進(jìn)行供電。現(xiàn)代調(diào)音臺向電容傳聲器饋電時(shí)，都使用這種幻象供電方式，向電容式傳聲器提供前置放大器的電源和極化電源電壓?；孟蠊╇婋娐返幕痉绞饺鐖D3-4所示。從饋電側(cè)看有兩種基本饋電方式，如圖3-4 (c)、(d)所示；從受電側(cè)看也有兩種基本受電方式，如圖3-4 (a)、(b)所示。因此它們可有四種組合方式。    在圖3-4 (c)、(d)所示的兩種基本饋電方式中，圖3-4 (c)要求兩只電阻R1、R2阻值相等，誤差應(yīng)小于0.4%。這種電路的電阻值配對簡單，電氣中點(diǎn)設(shè)置方便，但由于它的并聯(lián)值作為傳聲器信號輸池的負(fù)載，故傳聲器的輸出信號內(nèi)阻應(yīng)盡量?。ㄐ∮?50）。圖3-4 (d)的電阻R對信號無影響，但對變壓器的中點(diǎn)要求商，要求對電和磁都呈嚴(yán)格中點(diǎn)。通常幻象供電電壓為48V。此外，還可采用12V、24V。