第16章电声器的检测与应用

电子元器件的检测与应用主讲：刘作鹏目 录第 1章 万用表的使用第 2章 电 阻器 的检测与应用第 3章 电位器的检测与 应用第 4章 电容器的 检测与 应用第 5章 电感器的 检测与 应用第 6章 变压器的检测与应用第 7章 半导体二极管 的检测与应用第 8章 半导体三极管 的检测与应用第 9章 晶闸管的检测与应用第 10章 发光二极管的检测与应用第 11章 数码管的检测与应用第 12章 模数类集成电路的检测与应用第 13章 集成稳压电路的检测与应用第 14章 传感器的检测与应用第 15章 继电器和光电耦合器的检测与应用第 16章 电声 器 的检测与应用第 17章 开关类、接插件和保险器的检测与应用第 16章 电声器的检测与应用16.1 扬声器基本概念：扬声器是一种把电信号转换成声音信号的电声器件。确切地说，扬声器的工作实际上是把一定范围内的音频电功率信号通过换能方式转变为失真小并具有足够声压级的可听声音。扬声器的种类很多，分类方式也五花八门，一般可根据其工作原理、振膜形状以及放声频率范围来分类。 扬声器的分类 16.1.1n 按工作原理分类 :按工作原理的不同，扬声器主要分为电动式扬声器、电磁式扬声器、静电式扬声器和压电式扬声器等。1、电动式扬声器：这种扬声器采用通电导体作音圈，当音圈中输入一个音频电流信号时，音圈相当于一个载流导体。如果将它放在固定磁场里，根据载流导体在磁场中会受到力的作用而运动的原理，音圈会受到一个大小与音频电流成正比、方向随音频电流变化而变化的力。这样，音圈就会在磁场作用下产生振动，并带动振膜振动，振膜前后的空气也随之振动，这样就将电信号转换成声波向四周辐射。这种扬声器应用最广泛。（见图）n 2、电磁式扬声器：也叫舌簧式扬声器，声源信号电流通过音圈后会把用软铁材料制成的舌簧磁化，磁化了的可振动舌簧与磁体相互吸引或排拆，产生驱动力，使振膜振动而发音。3、静电式扬声器：这种扬声器利用的是电容原理，即将导电振膜与固定电极按相反极性配置，形成一个电容。将声源电信号加于此电容的两极，极间因电场强度变化产生吸引力，从而驱动振膜振动发声。4、压电式扬声器：利用压电材料受到电场作用发生形变的大原理，将压电动元件置于音频电流信号形成的电场中，使其发生位移，从而产生逆电压效应，最后驱动振膜发声。 n 按振膜形状分类：扬声器主要有锥形、平板形、球顶形、带状形、薄片形等。1、锥形振膜扬声器：锥形振膜扬声器中应用最广的就是锥形纸盆扬声器，它的振膜成圆锥状，是电动式扬声器中最普通、应用最广的扬声器，尤其是作为低音扬声器应用得最多。2、平板扬声器：也是一种电动式扬声器，它的振膜是平面的，以整体振动直接向外辐射声波。它的平面振膜是一块圆形峰巢板，板中间是用铝箔制成的峰巢芯，两面蒙上玻璃纤维。它的频率特性较为平坦，频带宽而且失真小，但额定功率较小。n 3、球顶形扬声器：球顶形扬声器是电动式扬声器的一种，其工作原理与纸盆扬声器相同。球顶形扬声器的显著特点是瞬态响应好、失真小、指向性好，但效率低些，常作为扬声器系统的中、高音单元使用。n 4、号筒扬声器：号筒扬声器的工作原理与电动式纸盆扬声器相同。号筒扬声器的振膜多是球顶形的，也可以是其他形状。这种扬声器和其他扬声器的区别主要在于它的声辐射方式，纸盆扬声器和球顶扬声器等是由振膜直接鼓动周围的空气将声音辐射出去的，是直接辐射，而号筒扬声器是把振膜产生的声音通过号筒辐射到空间的，是间接辐射。号筒扬声器最大的优点是效率高、谐波失真较小，而且方向性强，但其频带较窄，低频响应差。所以多作为扬声器系统中的中、高音单元使用。n 按放声频率分：可分为低音扬声器、中音扬声器、高音扬声器、全频带扬声器等。1、低音扬声器：主要播放低频信号的扬声器称为低音扬声器，其低音性能很好。低音扬声器为使低频放音下限尽量向下延伸，因而扬声器的口径做得都比较大，一般有 200mm、 300-380mm等不同口径规格的低音扬声器，能随大的输入功率。为了提高纸盆振动幅度的容限值，常采用软而宽的支撑边，如像皮边、布边、绝缘边等。一般情况下，低音扬声器的口径越大，重放时的低频音质越好，所承受的输入功率越大。2、中音扬声器：主要播放中频信号的扬声器称为中音扬声器。中音扬声器可以实现低音扬声器和高音扬声器重放音乐时的频率衔接。由于中频占整个音域的主导范围，且人耳对中频的感觉较其他频段灵敏，因而中音扬声器的音质要求较高。有纸盆形、球顶形和号筒形等类型。作为中音扬声器，主要性能要求是声压频率特性曲线平担、失真小、指向性好等。3、高音扬声器：主要播放高频信号的扬声器称为高音扬声器。高音扬声器为使高频放音的上限频率通达到人耳听觉上限频率20kHz，因而口径较小，振动膜较韧。和低、中音扬声器相比，高音扬声器的性能要求除和中音单元相同外，还要求其重放频段上限要高、输入容量要大。常用的高音扬声器有纸盆形、平板形、球顶形、带状电容形等多种形式。4、全频带扬声器：全频带扬声器是指能够同时覆盖低音、中音和高音各频段的扬声器，可以播放整个音频范围内的电信号。其理论频率范围要求是从几十 Hz至 20kHz，但在实际上由于采用一只扬声器是很困难的，因而大多数都做成双纸盆扬声器或同轴扬声器。双纸盆扬声器是在扬声器的大口径中央加上一个小口径的纸盆，用来重放高频声音信号，从而有利于频率特性响应上限值的提升。同轴式扬声器是采用两个不同口径的低音扬声器与高音扬声器安装在同一个中轴线上。 16.1.2 扬声器的性能指标n 扬声器的性能优劣主要通过下列指标来衡量：1、额定功率（ W）扬声器的额定功率是指扬声器能长时间工作的输出功率，又称为不失真功率，它一般都标在扬声器后端的铭牌上。当扬声器工作于额定功率时，音圈不会产生过热或机械动过载等现象，发出的声音没有显示失真。额定功率是一种平均功率，而实际上扬声器工作在变功率状态，它随输入音频信号强弱而变化，在弱音乐及声音信号中，峰值脉冲信号会超过额定功率很多倍，由于持续时间较短而不会损坏扬声器，但有可能出现失真。因此，为保证在峰值脉冲出现时仍能获得很好的音质，扬声器需留足够的功率余量。一般扬声器能随的最大功率是额定功率的 2-4倍。16.1.2 扬声器的性能指标2、频率特性（ Hz）频率特性是衡量扬声器放音频带宽度的指标。高保真放音系统要求扬声器系统应能重放 20Hz-2000Hz的人耳可听音域。由于用单只扬声器不易实现该音域，故目前高保真音箱系统采用高、中、低三种扬声器来实现全频带重放覆盖。此外，高保真扬声器的频率特性应尽量趋于平坦，否则会引入重放的频率失真。高保真放音系统要求扬声器在放音频率范围内频率特性不平坦度小于 10dB。3、额定阻抗（ ）扬声器的额定阻抗是指扬声器在额定状态下，施加在扬声器输入端的电压与流过扬声器的电流的比值。现在，扬声器的额定阻抗一般有 2、 4、 8、 16、 32欧等几种。扬声器额定阻抗是在输入 400Hz信号电压情况下测得的，而扬声器音圈的直流电阻 R直 0.9R额。16.1.3 型号命名方法n 型号命名的组成项目和排列次序扬声器：主称 -分类 -幅射形式 -形状 -功率 -序号传声器：主称 -分类 -等级 -序号送、受话器：主称 -分类 -序号 -阻抗话筒、耳机：主称 -序号 -阻抗组合件：主称 -序号 -组合形式主称中名称与代表符号对应关系：扬声器 -Y、扬声器组 -YZ、传声器 -C、传声器组 -CZ、送话器 -O、受话器 -S、话筒 -H、耳机 -E、耳机花筒组 -EH。分类中名称与代表符号对应关系：电磁式 -C、电动、动圈式 -D、压电式 -Y、静电、电容式 -R、碳粒式 -T、铝带式 -A、接触式 -J、压差式 -C、压强式 -不表示。辐射形式、形状、用途中名称与代表符号对应关系：号筒式 -H、椭圆式 -T、圆形 -不表示、耳塞式 -S、飞机用通话帽 -F、坦克用通话帽 -T、舰艇用通话帽 -J、一般工作用通话帽 -G。 16.1.4 扬声器的性能检测 （难点）n 用万用表的两支表笔（不分正、负）断续触碰扬声器两引出端，扬声器中应发出 “喀、喀 ” 声，如图 11-11所示，无声说明断路，应查看是否断线。若有破声则说明纸盆脱胶或漏气，应粘贴或重换纸盆。 n 测量扬声器音圈直流电阻如图 11-12所示。万用表所指示的是音圈直流电阻，应为扬声器标称阻抗的 0 8倍左右。如数值过小说明音圈短路，如不通 (R为无穷大）则说明音圈已断路。需要提醒的是，由于喇叭阻抗很低，因此万用表应置于 RX l欧姆挡，且不要忘记将欧姆挡调零。 n 关于扬声器的相位鉴别：n 观察现象：如图 11 13所示。将万用电表的量程开关拨在 RX1挡上，用两只表笔分别接触扬声器的接线端，仔细观察纸盆的运动方向。n 扬声器的相位：由观察可知，当有一直流电流接入扬声器时，纸盆向前运动；若改变直流电流的方向，纸盆则向后吸入，两者的声感不一。如果我们令某一接入端为正极，那么另一端则为负极，由于这种规定是任意的，即扬声器的正、负极是相对的、假定的。因此当使用单只扬声器时，正、负极性就没有实用意义，可任意连接。但在高保真的音响设备中，由于采用了多只扬声器放音，扬声器的正、负极性一定要一致。若几只喇叭在同极性电源的刺激下，运动方向不一致，会造成声波在空间相互抵消，就会大大降低放音效果。 n 相位鉴别：如图 ll 4所示。用表笔分别碰触假设用的 1、 3、 5端子，纸盆运动方向如图所示，由此可认为 l、 3、 6为同相位端。 n 16.2 压电蜂鸣器 （重点）n 16.2.1 压电蜂鸣器的结构 压电蜂鸣器是由压电陶瓷片和金属片粘贴成振动片，再与助声腔组合成的一种发声器件。压电蜂鸣器的外形与结构如图 11 15所示。在金属基板上镀有一压电陶瓷层，压电陶瓷层上有一镀银层，压电陶瓷片主要成分是氧化铅、氧化错、氧化钛和少量的稀有金属。 n 16.2.2压电陶瓷片的特性 压电陶瓷片主要的特性是具有压电效应，利用其特性，可以制成压电陶瓷喇叭及各种蜂鸣器。由于压电陶瓷喇叭的频率特性较差，目前应用较少；而蜂鸣器则被广泛应用于门铃、报警及小型智能化电子装置中作发声器件。实际使用中的压电陶瓷片一般采用双膜片结构，由压电陶瓷片与金属振动片复合而成。金属振动片的直径一般为 15 40 m，工作频率是 300HZ kHZ。压电陶瓷片对外呈高阻、电容性质，电容为 5 000 20 000pF。压电陶瓷蜂鸣片可以接在语言集成电路块上发出声音，因它们的灵敏度较低，所以声音不如扬声器大。由于压电陶瓷片体积很小，所以适用于体积要求小的音频电路中，音乐贺卡就使用压电陶瓷片作为发声器。 n 16.2.3 压电陶瓷片的检测 用 RX 10k挡测两极电阻，正常值应为无穷大，然后轻轻敲击陶瓷片，指针应略微摆动。最简单的方法是用低频信号发生器输入低频信号，观察其能否正常发声。n 16.3 耳机 （重点）耳机又称耳塞、耳塞机，主要应用于袖珍式、便携式的收听装置中，代替扬声器作发声使用，一般额定功率都在 0.25W以下，其工作原理与动圈喇叭相似。 16.3.1耳机的外形（如图 11一 18所示） n 16.3.2耳机的结构（如图 11 19所示） n 16.3.3技术参数 耳机的技术参数与喇叭基本一致，使用时应根据需要选取的额定功率、标称阻值和频响范围而定。需特别指出的是，耳机的阻抗有低阻（ 8欧、 10欧、 16欧和 32欧等），高阻（ 600欧、 800欧和15K欧）等几十种。不是随机配套的耳机，不能随便使用，应该在说明手册的帮助下了解参数后再用。 n 16.3.4耳机的检测 利用万用表检测耳机好坏的方法与检测喇叭的方法相似。由于耳机的体积小、结构紧凑，特别是音圈用线细，连接线非常轻软，所以经常发生连接线折断、音圈与音膜脱离及音圈引出线断开等故障。出现以上情况只要把断线焊上即可。由于耳机太小，所以需要细致和耐心。 16.4 传声器n 16.4.1 传声器的分类16.4.2 动圈式话筒n 1.外形与结构n 2.工作原理动圈式话筒由永久磁铁、音膜、音圈及输出变压器等部分组成，音圈位于永久磁铁的磁隙中，并与音膜粘接在一起。当人讲话时，声波激发音膜振动，带动音圈作切割磁力线运动而产生音频感应电压，从而实现声电转换。 n 3.主要参数话筒的价格高低往往与质量相关，话筒的质量取决于技术参数、外形、材质与工艺。下面简略介绍其技术参数。 n (1)灵敏度。灵敏度是指话筒将声音转换为电压信号的能力，用每帕声压产生多少毫伏电压来表示，其单位为 mV/Pa。灵敏度还常用分贝（ dB）表示，如 odB=1000mV/pa。一般来说，购买话筒时应比较不同价位的灵敏度的差别，选用灵敏度较高的话筒效果较好。 n (2)输出阻抗。 话筒也有高阻话筒和低阻话筒之分，目前市面的高阻话筒的输出阻抗为 20k欧，低阻话筒的输出阻值不高于 600欧。 n （ 3）频率响应。频率响应是指话筒灵敏度与声音频率之间的关系。一般而言，频率响应宽的话筒其音质也好。普通话筒的频率范围多在 100HZ 10kHZ，质量优良的话筒则可达20Hz 20KHz。 n （ 4）指向性。话筒的指向性是指其灵敏度与声波入射方向有关的特性。根据需要话筒可以设计成各种指向性。下面简单介绍全向指向性话筒、单向指向性话筒、双向指向性话筒和近讲话筒，如图 12 6所示。 n 全向指向性话筒：如图 12 6a）所示，全向指向性话筒对来自四面八方的声音都有基本相同的灵敏度。 n 单向指向性话筒：如图 12 6b）所示，单向指向性话筒其正面的灵敏度明显高于背面和侧面。 n 双向指向性话筒：如图 12 6C）所示，双向指向性话筒其正面和背面具有基本相同的灵敏度，而两侧的灵敏度较低。 n 近讲话筒：如图 12 6D）所示，近讲话筒近讲时灵敏度高，但对远方的环境噪声不敏感。 n 3动圈式话筒检测（如图 12-7所示）