傳聲器原理與應(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(yáng)聲器（耳機(jī)） 聲波 （換能器） （換能器）v兩頭：換能器 傳聲器：聲能機(jī)械能電能 揚(yáng)聲器：電能機(jī)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(diǎn)進(jìn)行分類v按用途分: 測(cè)量用傳聲器(標(biāo)準(zhǔn)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(kuò)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(dòng)式傳聲器(動(dòng)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(qiáng)式傳聲器、壓差式傳聲器、壓強(qiáng)壓差復(fù)合式傳聲器v按能

2、源類型分： 有源傳聲器、無(wú)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(qiáng)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(wú)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(biāo)v傳聲器的性能，可以用一系列客觀參數(shù)進(jìn)行描述，主要的有靈敏度、頻率響應(yīng)、等效噪聲級(jí)、指向性、動(dòng)態(tài)范圍、最高聲壓級(jí)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(gè)指標(biāo)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(jiàn)

3、的有: 空載（開(kāi)路）靈敏度與有載靈敏度 聲壓靈敏度與聲場(chǎng)靈敏度v一般音響調(diào)音中使用的是聲場(chǎng)有載靈敏度，不特別指出時(shí)，就是這個(gè)靈敏度v靈敏度E的表達(dá)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(dòng)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(jí)，即將靈敏度與基準(zhǔn)量相比取對(duì)數(shù)表示： LE20lgE/E0 dB E0為參考靈敏度， E01V/pav動(dòng)圈式傳聲器靈敏度級(jí)為-7060dB 電容式傳聲器靈敏度級(jí)約-5040dBv很多傳聲器的靈敏度指標(biāo)用額定輸出電平來(lái)表示，它是與靈敏度級(jí)對(duì)應(yīng)的，以1KHz為

4、測(cè)試條件2）頻率響應(yīng)v在一個(gè)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(chǎng)中測(cè)試為自由場(chǎng)頻率響應(yīng)，在擴(kuò)散場(chǎng)中測(cè)試為擴(kuò)散場(chǎng)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(chǎng)頻率響應(yīng)，在說(shuō)明中不特別指明的即是自由場(chǎng)下測(cè)量的指標(biāo)。v動(dòng)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(shí)際的頻率響應(yīng)指標(biāo)中還有一個(gè)允差的概念，即： 80Hz13kHz，2.5dB 2.5dB 即為允差v對(duì)不同頻段，有不同的允差，中頻允差要求小v使用場(chǎng)合不同，對(duì)傳聲器頻響的要求也不同，語(yǔ)言的聲音頻率范圍比音樂(lè)的窄，大型樂(lè)隊(duì)演奏比獨(dú)唱、獨(dú)奏等的寬。傳聲器頻率響應(yīng)曲線在高頻段有“上翹”時(shí)，聲音明亮；在低頻段有“上翹”時(shí)，重放聲會(huì)有“渾厚”的感覺(jué)。這可以由調(diào)音師根據(jù)節(jié)目?jī)?nèi)容的特殊需要來(lái)補(bǔ)償。v此外，有時(shí)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?jìng)髀暺鞯撵`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(lái)表示一般用指向性

6、圖案來(lái)表示v亦有用0180間的頻率響應(yīng)之差來(lái)表示。0、180之間的頻率響應(yīng)相差越大，說(shuō)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(wú)向） 圓形 1 雙向 8字形 cos 單向 心形 1+cosv還有強(qiáng)指向型、超強(qiáng)型、寬角度型等，不同指向性的傳聲器是為不同場(chǎng)合使用而設(shè)計(jì)。v通用的表達(dá)式為：a+bcos無(wú)向指向性無(wú)向指向性8字形指向性字形指向性無(wú)向與無(wú)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(cè)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(yuǎn)v根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)“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(fù)載阻抗，這是就傳聲器與后面的輸入級(jí)（調(diào)音臺(tái)）的配接而言，輸入級(jí)的阻抗稱輸入阻抗，也就是傳聲器的負(fù)載阻抗v匹配跨接（負(fù)載阻抗5倍輸出阻抗）5）等效噪聲級(jí)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(shí)，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(dòng)圈式傳聲器中一般不標(biāo)注，因?yàn)閯?dòng)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(huì)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(jì)和精心制作，也會(huì)出現(xiàn)噪聲，只不過(guò)能夠做得越小越

8、好。噪聲電壓通常沒(méi)有突出的頻率，而是一個(gè)較寬的噪聲頻帶，它決定著傳聲器所能接收的最低聲級(jí)的拾聲能力。v為便于對(duì)傳聲器的固有噪聲有一個(gè)直觀的表示，采用等效噪聲級(jí)指標(biāo)，即指聲波的聲壓作用在傳聲器（假定無(wú)固有噪聲的理想傳聲器）上所產(chǎn)生的輸出電壓與實(shí)際傳聲器在沒(méi)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(jí)。v優(yōu)質(zhì)傳聲器的等效噪聲級(jí)在20dB左右，等效噪聲級(jí)比固有噪聲更加確切，因?yàn)閱为?dú)標(biāo)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(duì)就大。v等效噪聲級(jí)反映了傳聲器拾音對(duì)應(yīng)的聲壓級(jí)的下限。6）最大聲壓級(jí)v當(dāng)傳聲器的諧波失真大到一定

9、允許值時(shí)的聲壓級(jí)，即為傳聲器的最大聲壓級(jí)。v最大聲壓級(jí)反映了傳聲器工作的上限。v最大聲壓級(jí)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(dòng)態(tài)范圍v傳聲器動(dòng)態(tài)范圍最大聲壓級(jí)等效噪聲級(jí) 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?jìng)髀暺鳟a(chǎn)生了原先沒(méi)有的諧波頻率分量。v以諧波分量的大小值與原信號(hào)大小值相比的百分比表示。v這一指標(biāo)與傳聲器的最大聲壓級(jí)相關(guān)，諧波失真小則最大聲壓級(jí)相對(duì)就較高，所以有時(shí)這兩個(gè)指標(biāo)僅給出一個(gè)。3. 各類傳聲器1）動(dòng)圈式傳聲器v動(dòng)圈式傳 聲器的結(jié) 構(gòu)、工作 原理

10、及工 作特點(diǎn)如 右圖示：v動(dòng)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(dòng)系統(tǒng)(振膜、音圈)構(gòu)成的。處在磁場(chǎng)中的振膜由于受到聲壓P的作用發(fā)生振動(dòng)，導(dǎo)體線圈在磁場(chǎng)中作切割磁力線運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)體兩端就產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向用右手定則來(lái)確定。v感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小由磁感應(yīng)定律來(lái)確定。其表達(dá)式為： EBLv E為感生電動(dòng)勢(shì)（電壓），B磁感應(yīng)強(qiáng)度，L導(dǎo)線長(zhǎng)度，v導(dǎo)線運(yùn)動(dòng)速度v所以動(dòng)圈傳聲器是速度型傳聲器。動(dòng)圈傳聲器自身結(jié)構(gòu)和技術(shù)特性決定了其工作特點(diǎn)：v性能穩(wěn)定可靠，價(jià)格便宜，適用面廣，使用方便，不需供電。另外，能耐高聲壓級(jí)。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(cè)量電容傳聲器又稱標(biāo)準(zhǔn)電容傳聲器，是一種做測(cè)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(jìn)而得到電 壓的變化，電壓 的變化對(duì)應(yīng)聲波 信號(hào)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(dòng)圈式傳聲器不同處，還需有一個(gè)阻抗變換器把高容抗阻值變?yōu)榈妥柚?，?00，這個(gè)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(lái)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(tái)

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(jià)格較貴，需要幻相電源，由于結(jié)構(gòu)所致，它比動(dòng)圈式傳聲器嬌貴，防潮防塵維護(hù)比動(dòng)圈式傳聲器更加嚴(yán)格。3）帶式傳聲器v帶式傳聲器實(shí)質(zhì)上是動(dòng)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(dòng)圈傳聲器的振膜與線圈。它的工作原理與動(dòng)圈傳聲器相同。v帶式傳聲器與動(dòng)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(guò)濾器

13、，并對(duì)振帶做了改進(jìn)(如減小長(zhǎng)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(huì)產(chǎn)生“噗噗”聲、“咝咝”聲或喘息聲，是一種為滿足流行音樂(lè)歌手的需要而設(shè)計(jì)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(diǎn)外，突出的特點(diǎn)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(qiáng)電場(chǎng)中極化后不因電場(chǎng)的消失而消失的電介質(zhì)。這就是說(shuō)，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(jiǎn)單，而且體積小、重量輕，

14、尤其是價(jià)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(jī)中。近年來(lái)，這種傳聲器發(fā)展很快，已進(jìn)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(wú)線傳聲器v無(wú)線傳聲器由裝有微型傳聲器、小型發(fā)射機(jī)、接收機(jī)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(dòng)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(jī)可以分開(kāi)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(huà)面。也可以將傳聲器和發(fā)射機(jī)裝入同一殼體內(nèi)，做成手持式無(wú)線傳聲器。 v近年來(lái)，無(wú)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(tái)擴(kuò)聲、影視錄音、新聞采訪、卡拉OK

15、歌舞廳、課堂教學(xué)等場(chǎng)合。v無(wú)線傳聲器有調(diào)頻和調(diào)幅兩種，因?yàn)檎{(diào)頻式比調(diào)幅式抗干擾性強(qiáng)，因此無(wú)線傳聲器一般采用調(diào)頻式。發(fā)射的信號(hào)一般為無(wú)線電波，也有用紅外信號(hào)，后者抗干擾（保密性）強(qiáng)。6）近講傳聲器v近講效應(yīng)： 因?yàn)閭髀暺鹘嚯x拾聲時(shí)，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(huì)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(jì)傳聲器時(shí)，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(tái)的配接1）阻抗與電動(dòng)勢(shì)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(duì)傳聲器對(duì)傳聲器輸入阻抗輸入阻抗k k1 13 31010對(duì)放大器對(duì)放大器額定源電壓額定源電壓mVmV（dBdB）0.20.2（-7