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傳聲器的種類與原理.doc

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? .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。它是一種將聲音信號轉換為相應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。①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)。②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)。③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是:結構簡單,堅固耐用,工作穩定好,價格較低,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,但電容式傳聲器價貴,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,而且結構簡單,體積小,價格低廉,近來,駐極體式傳聲器和壓電高聚合物式傳聲器發展很快,且不斷有新產品出現。各種類型的傳聲器盡管在結構上有所不同,但它們都有一個振動系統,該系統是聲波作用而引起振動,產生出相應的電壓、電容或電阻變化。如動圈式傳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體置于磁場中,用聲音激勵振動系統使其振動,通過電磁感應作用,在導體上產生感應電動勢。應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體為音圈結構,就構成了動圈式傳聲器:如果所用導體為金屬箔(如鋁帶),就構成了帶式(鋁帶式)傳聲器。日前廣泛使用的電動式傳聲器,絕大多數為動圈式傳聲器。動圈式傳聲器的結構如圖3-1所示,其工作原理是:當聲波激勵線圈時,粘接在振膜下面的音圈在磁隙的磁場中也作相應振動,從而切割磁力線而產生感應電動勢。此時感應電動勢輸出為    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很少,它的輸出電壓和輸出阻抗(約10Ω)都很低,為了提高它的靈敏度,并使其與后接的放大器(或調音臺)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,根據圈匝比的不同,其輸出阻抗有高阻和低阻兩種。輸出阻抗在600Ω以下的,稱為低阻傳聲器,有200Ω、600Ω等:高輸出阻抗通常是20kΩ。為了適應阻抗變換的需要,有些傳聲器還設有輸出阻抗變換裝置,當改變傳聲器插座腳位或開關時,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際上是一只電容器(靜態電容量通常只有50—200pF),只不過電容器的兩個電極中,一個是固定的,另一個是可動的。通常兩個電極相隔很近(一般為20—50μm)??蓜与姌O就是極薄的振膜(為25—30μm),一般采用金屬化的塑料膜或金屬膜。由于振膜非常薄,當聲波到來時,振膜會產生相應的振動,從而改變電容器兩極板之間的距離,因而使電容器容量發生變化。如果將這個電容的變化量取出來變成電信號,這個電信號就對應著聲信號了。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電信號的。直流極化的電容式傳聲器的電路結構如圖3-2所示,其中直流極化電壓E一般為40~200V,極化電阻R阻值一般為5~l000MΩ。其工作過程是:首先E經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。當聲波使C的容量發生變化時,C上的電荷來不及發生變化,在負載電阻R上便產生了一個對應電容量變化規律的交流電壓輸出,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,需在傳聲器殼內裝一個前置放大器(又稱預放大器),進行阻抗變換,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、動態范圍寬、頻率響應寬而平坦、音質好以及瞬態響應優良等優點,是比較理想的傳聲器,但是它在使用中需要有一個直流供電電源,它一方面為預放大器供電,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音臺相接,則必須打開調音臺,卜的幻象(Phantom)供電開關,以便向電容式傳聲器供電。圖3-3 (a)所示是包含預放大器的電容式傳聲器實用線路。電源(+48V)由幻象供電,經R1 (27kΩ)和極化電阻R(1500MΩ)加到傳聲器電容極板上。當傳聲器受到聲波作用時,其感應的電信號經過Cl、R8加到場效應管柵極上。場效應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)是場效應管與晶體管組合而成的預放大器的實用線路,它的特點是輸出阻抗低,且有放大作用,其電壓放大倍數為(本例R1=2.1kΩ,R2=l0kΩ)。電源使用12V,也用幻象供電方式。由丁-電源電壓較低,為了提供高的極化電壓,在傳聲器殼體內還設有一個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為高頻交流電壓,再經自耦變壓器T2的升壓、二極管VD整流、l000pF電容和22μF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,因此它的結構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放大器仍需外部供電,故駐極體式傳聲器與調音臺連接時,仍需打開幻象供電開關進行供電。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,目前一般產品壽命為20~30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行供電?,F代調音臺向電容傳聲器饋電時,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。從饋電側看有兩種基本饋電方式,如圖3-4 (c)、(d)所示;從受電側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,誤差應小于0.4%。這種電路的電阻值配對簡單,電氣中點設置方便,但由于它的并聯值作為傳聲器信號輸池的負載,故傳聲器的輸出信號內阻應盡量?。ㄐ∮?50Ω)。圖3-4 (d)的電阻R對信號無影響,但對變壓器的中點要求商,要求對電和磁都呈嚴格中點。通?;孟蠊╇婋妷簽?8V。此外,還可采用12V、24V。    總之,使用幻象供電的優點在于,信號輸出線與電源線合用,使電容式傳聲器的多芯電纜可減少為二芯屏蔽線,而且,即使將它接到其他類型(如動圈式)傳聲器,由于幻象電源的接入與傳聲器的平衡輸出無關,故在調音臺使用動圈式傳聲器時,就不必注意幻象電源開關是否打開,不過為減小電源噪聲,使用動圈傳聲器時不宜打開幻象電源。Word 資料
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