传声器的种类与原理

传声器的种类与原理 一 传声器的作用和种类 传声器俗称话筒 又称麦克风 它是一种将声音信号转换为相应 的电信号的电声换能器件 传声器的分类方法很多 主要有以下儿个 按换能原理分类 有电动式传声器 如动圈式传声器 铝带式 传声器等 电容式传声器 其中包括驻极体式传声器 电磁式 传声器 半导体式传声器和压电式传声器 晶体传声器 陶瓷传声 器 压电高聚合物式传声器 按指向性图分类 有无指向传声器 又称全指向传声器 双 向传声器 又称 8 字形指向性传声器 和心形传卢器 超心形传声 器 超指向传声器 它们又称为单向传声器 按使用场合分类 有普通传声器 立体声传声器 近讲传声器 佩戴式传声器 无线传声器和测量用传声器等 从换能原理方面来说 目前用得最多的是动圈式传声器和电容式 传声器 动圈式传声器的特点是 结构简单 坚固耐用 工作稳定 好 价格较低 频响特性较好等 电容式传声器则具有频响好 失 真小 噪声低 灵敏度高和音色柔和等特点 但电容式传声器价贵 而且必须为它提供直流极化电源 如 24V 给使用者带来不便 于是人们研制出了驻极体式电容传声器 它不需要外加直流极化电 源 而且结构简单 体积小 价格低廉 近来 驻极体式传声器和 压电高聚合物式传声器发展很快 且不断有新产品出现 各种类型的传声器尽管在结构上有所不同 但它们都有一个振动 系统 该系统是声波作用而引起振动 产生出相应的电压 电容或 电阻变化 如动圈式传声器就是属于电压变化一类 即音圈输出电 压变化 而电容式传声器则属于电容变化一类 但它最终还是利 用电容变化使最后的输出仍为电压变化 二 动圈式传声器的工作原理 把导体置于磁场中 用声音激励振动系统使其振动 通过电磁感 应作用 在导体上产生感应电动势 应用这种原理做成的传声器称 为电动式传声器 在电动式传声器中 如果传声器中所用的导体为 音圈结构 就构成了动圈式传声器 如果所用导体为金属箔 如铝 带 就构成了带式 铝带式 传声器 日前广泛使用的电动式传 声器 绝大多数为动圈式传声器 动圈式传声器的结构如图 3 1 所示 其工作原理是 当声波激励 线圈时 粘接在振膜下面的音圈在磁隙的磁场中也作相应振动 从 而切割磁力线而产生感应电动势 此时感应电动势输出为 E Blv 3 1 式中 B为磁隙中的磁通密度 l为音圈导线的总长度 v为音圈 的振动速度 由于动圈式传声器的音圈匝数很少 它的输出电压和输出阻抗 约 10 都很低 为了提高它的灵敏度 并使其与后接的放大器 或调音台 输入阻抗相匹配 在动圈式传声器中装有输出变压器 以提高输出电压和输出阻抗 输出变压器有自耦和互感两种 根据 圈匝比的不同 其输出阻抗有高阻和低阻两种 输出阻抗在 600 以下的 称为低阻传声器 有 200 600 等 高输出阻抗通常是 20k 为了适应阻抗变换的需要 有些传声器还设有输出阻抗变换 装置 当改变传声器插座脚位或开关时 即可方便地改变其输出阻 抗 三 电容式传声器的工作原理 电容式传声器是一种依靠电容量变化而起换能作用的传声器 它 主要由极头 前置放大器 极化电源等组成 电容式传声器的极头 实际上是一只电容器 静态电容量通常只有 50 200pF 只不过电容 器的两个电极中 一个是固定的 另一个是可动的 通常两个电极 相隔很近 一般为 20 50 m 可动电极就是极薄的振膜 为 25 30 m 一般采用金属化的塑料膜或金属膜 由于振膜非常 薄 当声波到来时 振膜会产生相应的振动 从而改变电容器两极 板之间的距离 因而使电容器容量发生变化 如果将这个电容的变 化量取出来变成电信号 这个电信号就对应着声信号了 将电容变化量变成电信号的方法很多 若将该电容器作为振荡器 的振荡回路电容 则该振荡器的振荡频率便会被声波所调制 目前 的无线电容式传声器就是基于这一原理工作的 大多数的电容式传声器是采用所谓直流极化方法将电容变化量变 成相应电信号的 直流极化的电容式传声器的电路结构如图 3 2 所 示 其中直流极化电压E一般为 40 200V 极化电阻 R 阻值一般为 5 l000M 其工作过程是 首先 E 经 R 向传声器电容器 C 充电 传声器电容器 C 两极板间充有电压E 当声波使 C 的容量发生变化 时 C 上的电荷来不及发生变化 在负载电阻 R 上便产生了一个对 应电容量变化规律的交流电压输出 见图 3 2 b 电容式传声器的 输出阻抗很高 不能直接输出 否则加到后接放大器的信号电压非 常小 而且极易受到外界干扰 因此 需在传声器壳内装一个前置 放大器 又称预放大器 进行阻抗变换 将高阻变换成低阻输出 这样就可以用长电缆接到后接放大器了 电容式传声器具有灵敏度高 动态范围宽 频率响应宽而平坦 音质好以及瞬态响应优良等优点 是比较理想的传声器 但是它在 使用中需要有一个直流供电电源 它一方面为预放大器供电 另一 方面为极头振膜提供极化电压 所以 若电容式传声器与调音台相 接 则必须打开调音台 卜的幻象 Phantom 供电开关 以便向电容 式传声器供电 图 3 3 a 所示是包含预放大器的电容式传声器实用线路 电源 48V 由幻象供电 经 R1 27k 和极化电阻 R 1500M 加到传声 器电容极板上 当传声器受到声波作用时 其感应的电信号经过 Cl R8加到场效应管栅极上 场效应管接成射极跟随器形式 起阻 抗变换作用 变换成低阻输出 然后经变压器耦合输出 图中 C2为 正反馈电容 用以提高该放大器的输入阻抗 图 3 3 b 是场效应管与晶体管组合而成的预放大器的实用线路 它的特点是输出阻抗低 且有放大作用 其电压放大倍数为 本例 R1 2 1k R2 l0k 电源使用 12V 也用幻象供 电方式 由丁 电源电压较低 为了提供高的极化电压 在传声器壳 体内还设有一个 DC DC 变换器 它通过晶体管 VT2的自激振荡器 把较低的直流电源电压变为高频交流电压 再经自耦变压器 T2的升 压 二极管 VD 整流 l000pF 电容和 22 F 电容的滤波变换为直流 高压 作为极化电压加给传声器电容极板 由于极化电源几乎不输 出电流 功率消耗非常小 所以这种直流变换器的体积可以做得很 小 在电容式传声器中 还有一种称之为驻极体式传声器 所谓驻极 体式传声器 是采用经过事先极化了的驻极体来代替极化电压的电 容式传声器 因此它的结构及工作原理与上述电容式传声器相同 但省掉了极化电源 不过用作阻抗变换的预放大器仍需外部供电 故驻极体式传声器与调音台连接时 仍需打开幻象供电开关进行供 电 驻极体式传声器的驻极工艺有热驻极 电晕极化驻极和电子轰击 驻极等方法 驻极体式传声器的寿命很长 目前一般产品寿命为 20 30 年 四 幻象供电 幻象供电是没有专用电源线 而是利用信号线同时作电源线的一 种供电方式 具体来说 就是利用传声器输出电缆内的两根声频信 号芯线作为直流供电的一根芯线 利用电缆的屏蔽线作为直流供电 的另一根芯线来进行供电 现代调音台向电容传声器馈电时 都使 用这种幻象供电方式 向电容式传声器提供前置放大器的电源和极 化电源电压 幻象供电电路的基本方式如图 3 4 所示 从馈电侧看有两种基本 馈电方式 如图 3 4 c d 所示 从受电侧看也有两种基本受电方 式 如图 3 4 a b 所示 因此它们可有四种组合方式 在图 3 4 c d 所示的两种基本馈电方式中 图 3 4 c 要求 两只电阻 R1 R2阻值相等 误差应小于 0 4 这种电路的电阻值 配对简单 电气中点设置方便 但由于它的并联值作为传声器信号 输池的负载 故传声器的输出信号内阻应尽量小 小于 250 图 3 4 d 的电阻 R 对信号无影响 但对变压器的中点要求商 要求对 电和磁都呈严格中点 通常幻象供电电压为 48V