电声设计培训教材之二,电声器件.doc

电声设计培训教材之二电声器件常见的电声器件有扬声器、受话器、传声器（麦克风）等，各种电声器件均是一种声电互相转换的换能器件。扬声器（Speaker）把电能变换为声能，并将声能辐射到室内或开阔空间的电声换能器称为扬声器，又称为喇叭。受话器（Receiver）把电能转换为声能并与人耳直接耦合的电声换能器称为受话器，又称为通信用的耳机。传声器（Microphone）把声能转换为电能的换能器称为传声器，又称为麦克风、话筒、微音器、咪头，咪胆等。电声器件的分类按电声器件的频率特性可分为：广播级电声器件与通信级电声器件。广播级电声器件主要指的是用于广播、电影、电视、剧院等方面的声音重放和录音的各种扬声器系统、耳机、传声器、拾音器(唱头)。其特点是频率范围宽（2020KHz），动态范围大，高保真等特点。通信级电声器件主要指的是应用于电话系统和军、民用无线电通讯机中作语音通信用的送话器、受话器及头戴送/受话器组合部件。其特点是频率范围窄（3003400Hz），强调语言的清晰度，可懂度。扬声器扬声器分类1、按磁路结构分：外磁式、内磁式、双磁式2、按工作原理分：动圈式、电磁式、压电式、电容式等3、按使用环境分：军用、民用等动圈式扬声器结构扬声器的指标灵敏度xxdB 1m 1WxxdB 0.1m 0.1W两者相差10dB频率响应频响的4个关键参数：SPL（响度、灵敏度）、低频谐振频率f0、平坦度、f0对应的响度低截止频率fL高截止频率fH若扬声器的SPL为P0 f0=1KHz，则 fL，P=P0-10dB fH，P=P0-10dB喇叭的谐振频率温度上升，谐振频率下降温度下降，谐振频率上升传声器分类有动圈式、电容式、驻极体和最近新兴的硅微传声器，此外还有液体传声器和激光传声器。 动圈传声器音质较好，但体积庞大。 驻极体传声器体积小巧，成本低廉，在电话、手机等设备中广泛使用。硅微麦克风基于CMOSMEMS技术，体积更小。其一致性将比驻极体电容器麦克风的一致性好4倍以上，所以MEMS麦克风特别适合高性价比的麦克风阵列应用，其中，匹配得更好的麦克风将改进声波形成并降低噪声。激光传声器在窃听中使用。 麦克风的历史可以追溯到19世纪末，贝尔（AlexanderGrahamBell）等科学家致力于寻找更好的拾取声音的办法，以用于改进当时的最新发明电话。期间他们发明了液体麦克风和碳粒麦克风，这些麦克风效果并不理想，只是勉强能够使用。二十世纪，麦克风由最初通过电阻转换声电发展为电感、电容式转换，大量新的麦克风技术逐渐发展起来，这其中包括铝带、动圈等麦克风，以及当前广泛使用的电容麦克风和驻极体麦克风。1、话筒的反平方定律：话筒距离声源增加一倍，其输出衰减6dB；相反则增加6dB 。2、接近效应：声源愈接近话筒，低频响应愈大，这叫做话筒接近效应。如果表演者希望他的声音或乐器多一点低频的表现，只要靠近话筒多一点就可以。MIC灵敏度的单位一般为 dBV/Pa 或 dBV/ubar因为100kPa = 1 bar，所以 0dBV/Pa 0dBV/10ubar = -20dBV/ubar-40dBV/Pa = (-40)+(-20)dBV/ubar = -60dBV/ubar人工耳有三种IEC318NBS-PA布朗耳（前苏联）助听功能的受话器就是增加助听线圈以激励助听器的受话器评价喇叭的三个要素：频响、失真度、寿命耳机相关参数阻抗（Impedance）：注意与电阻含义的区别，在直流电（DC）的世界中，物体对电流阻碍的作用叫做电阻，但是在交流电（AC）的领域中则除了电阻会阻碍电流以外，电容及电感也会阻碍电流的流动，这种作用就称之为电抗，而我们日常所说的阻抗是电阻与电抗在向量上的和。 灵敏度（Sensitivity）：指向耳机输入1毫瓦的功率时耳机所能发出的声压级（声压的单位是分贝，声压越大音量越大），所以一般灵敏度越高、阻抗越小，耳机越容易出声、越容易驱动。 频率响应（Frequency Response）：频率所对应的灵敏度数值就是频率响应，绘制成图象就是频率响应曲线，人类听觉所能达到的范围大约在20Hz-20000Hz，目前成熟的耳机工艺都已达到了这种要求。 失真度（Distortion）:分为谐波失真、互调失真和瞬态失真。耳机的失真一般很小，在最大承受功率时其总谐波失真（THD）小于等于1%，基本是不可闻的。 谐波失真是指声音回放中增加了原信号没有的高次谐波成分而导致的失真；互调失真影响到的主要是音调方面；瞬态失真是因为振膜具有一定的惯性质量存在，导致其震动无法跟上瞬间变化的电信号的震动而导致的原信号与回放音色之间存在的差异。它在音箱与扬声器系统中则更为重要，直接影响到音质音色的还原程度。失真度常以百分数表示，数值越小表示失真度越小。测试条件变化对MIC灵敏度的影响ECM（驻极体）MIC的基本模型为声压控制的电流源。MIC偏置电阻RL越大，输出灵敏度越高。因为MIC为声压控制的电流源，一般地，偏置电阻增大到2倍，输出灵敏度将提高6dB，反之减小为1/2，则输出灵敏度减小6dB。MIC偏置电压V+越高，输出灵敏度也越高。但偏置电压的变化，对灵敏度的变化影响比较很小。 惠更斯定律任何在其表面具有恒定相位的声辐射器，如低频锥形喇叭或静电板式喇叭在低频下工作时，声音向四面散射，随着频率越高则指向性越强。具有指向性的原因可通过 Huygen定律来解释，即任何反射表面都可被细分为由若干独立的小平面组成，每个小平面都是向四面反射。我们假设锥形表面的其中一处为A，另一处为 B(如图2)，那么就可得出A和B到任意一个指定接听点P的声音传播效果。图2：如何计算指向性如果振膜表面的两点到接听点的距离相等，则这两点传输过来的声波在接听点将会叠加。如果在某个频率下，来自A点的声波传输时间比来自B点的声波传输时间多半个周期，则接听点处这两个声波的相位将互相抵消。通过对其微积分，就可得出在任何接听点处，锥形喇叭或任何喇叭的整体频响。在某一频率下，锥形喇叭的整体频响可被分解为不同的定向辐射模式(图4)。图4：辐射瓣的指向性图4根据不同的ka值进行了分类，ka为锥形喇叭的半径和波数的乘积。(k=2f/c，其中f是频率，c是声速)通过计算，我们发现ka只是周长与波长的比。我们知道，1kHz声波的波长约为1英尺，且波长与频率是成反比的，因此，对于1个15英寸的喇叭而言，周长约为4英尺，所以就可将ka等于1的图用在一个250Hz的15英寸喇叭上，如果是一个12英寸的喇叭，则相应的频率应为333Hz。要注意的是，当频率高于ka=1时的频率值时，声音才会具有指向性。通常来说，在ka=1时图2的曲线图基本上在现实情况下