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常用传声器的原理

发布日期:2020-09-03 浏览量:269次
传声器有电动式传声器和电容式传声器两种。
电动式传声器是应用最多的一种传声器,其主要优点是结构简单,使用方便,它不需要附加前置放大器,没有极化电压,因而不需要向他会送电源,牢固可靠,寿命长,与电容式传声器相比,性能稳定,噪声电平较低,价格相对低廉等,电动式传声器主要有动圈式传声器和带式传声器两种,两者工作原理一样,都是按电池换的原理工作的。
电容式传声器与电动式传声器不同,它的振膜本身就是坏人机构的主要部分,由于振膜又薄又轻,使电容式传声器具有优良的频率特性和瞬态特性,而且振动噪声低,因此从质量指标上看,电容式传声器是电声特性较好的一种传声器,它在很宽的频率范围内具有平直的响应曲线,输出高,失真小,瞬态响应好,在广播电视和厅堂扩声中被广泛使用。
下面分别介绍动圈式传声器,电容式传声器,带式传声器,驻极体传声器,立体声传声器,变调式传声器和无线传声器的工作原理。
1.动圈式传声器(Dynamic   Microphone)
目前通用的电动式传声器绝大多数是动圈式传声器,动圈式传声器采用了最基本的电磁换能原理,它的结构很像电动式纸盆扬声器,不同的是他用膜片代替了扬声器的纸盆,并在膜片前后设有腔、槽、孔等以控制频率响应,动圈式传声器的音圈由漆包线绕成,然后将音圈粘在受声波驱动的轻质塑料振膜后面,而音圈放在环状窄磁隙中,其结构如图5-2所示,由图可见强磁铁借助磁极与磁回路,把磁力线集中到恒仔的磁缝线中。
1)动圈式传声器工作原理,当声波传到传声器的膜片上,膜片受声压的作用而产生运动,并带动粘结在振膜上的音圈一起振动,而音圈又置于磁体产生的磁场中做切割磁力线的运动,使音圈产生一个交变的感应电动势,进而感应产生电流,磁电流的波形与声波传到膜片上的音频波形相一致,该电信号即为动圈式传声器的输出信号。

动圈式传声器产生的音频电压和哪些因素有关系呢?首先是传声器中的永久磁体的磁场强度,也就是磁通密度的大小,如果磁场强度大,同样的声压变化就会产生较大的输出电压,其次是音圈导线的长度,音圈导线越长,其圈数就越多,导体在磁场中切割磁力线的数量也就越大,产生的音频电压也就越大,还有一个因素就是音圈振动的速度,当传声器的振膜在声波的作用下产生往复振动的速度越快,则产生的音量也就越大,这三个因素都和输出电压u成正比,即:
            u=B×l×v
式中,B是磁场的磁通密度:l是音圈导线的长度,v是音圈振动的速度。
结构确定之后,B、l即为常数,要使在工作频带内输出电压基本上保持一样,即获得平直的频率响应,式中速度v也应基本上保持或接近常数。
动圈式传声器按声学工作原理,可分为压强式、压差式、压强压差复合式,压强式为全方向性,压差式为八字形指向性,复合式有心形和超心形指向性。由于压差式和复合式都有近讲效应,常把这类效应的传声器称作近讲动圈传声器,由于压差式动圈传声器频带较窄,专业传声器基本上不用,故这里不予介绍,其他类型的分别阐述如下。
2)压强式动圈传声器,如图5-2所示的动圈式传声器结构,声波只能从前方入射到振膜,后面没有声入口,振膜的震动是依靠声音压强的变化来实现的,这种结构的动圈传声器就是压强式动圈传声器,它是无方向性的,为了获得平坦的频率响应,振动系统的共振频率应安排在通带中部的偏低部位,对宽频带动圈传声器来说,其共振频率fo一般设计在150-200Hz,并利用内部结构和材料的声阻,来压平共振峰,振动系统的Q值越小,则传声器的通带越宽,灵敏度就越低,因此在力阻的控制下,灵敏度的提高和频带的长宽是矛盾的,需要统筹考虑,然而单靠力阻来压低振膜系统的共振频率和扩展带宽,还不能满足宽频带的要求,一般是利用动圈式传声器内部的空气腔、槽、孔和空气通道等,使之附加若干声学谐振系统,控制高、地频段声学谐振系统的阻抗、以实现高、低频响应的补偿,如高频补偿是利用前盖孔的声质量来扩展高频。优质的动圈式传声器,其频带宽度已接近电容式传声器的水平。
3)复合式动圈传声器,如图5-2所示的动圈式传声器结构,在其振膜背面的壳体处增开有后入声口,并在口内加适当的声阻材料,使声波通过后入声口阻尼材料后作用于振膜背面和潜入声口作用于这么前面的声波形成复合声压差,以此声压差来激励振膜和音圈,振动感应产生电动势,利用传声器内部的空气腔、槽、孔和空气通道及声阻材料,控制其合适的声学参数,可以获得优质的心型或超心型指向性的平而宽的频率响应,还可以设置前后声程差不同的多个后入声口,以改善低频特性和整个频带的指向性,这是近十多年来动圈式传声器的主要发展方向,并取得了较显著的效果,故心型或超心型复合式动圈传声器得到越来越广泛的应用。
4)近讲式动圈传声器,大家都知道,传声器离音源越近声音越大,传声器离音源越远声音越小,压差式和复合式传声器在近距离使用时,不但声音增大,而且低频输出增加,也即低音加重,距离声源越近或频率越低,低音加重越显著,这种低频提升的效应,称为近讲效应或球面波效应。
由于压差式传声器的膜片后入射是完全无阻挡的,所以它的近讲效应比复合式传声器明显增加,利用这种近讲效应,设计成合适近距离演唱和语言扩声用的传声器,就称为近讲传声器,近讲传声器的特点是:
(1)真实感和细腻感,现代流行歌曲讲求唱出感情,而感情的表达有很多细微的地方,如歌声的始振状态,柔声演唱,吐字,齿音、气息等的表达都是很细腻的,近讲传声器距离口唇很近,所拾取的声音都是绝对的直达声,有很高的清晰度,所以对唱歌表现真切,具有明显的真实感,临场感和细腻感。
(2)亲切感,当音源和人耳的距离缩短时,人的聆听心理感受上就增加了亲近感,近讲传声器里口唇很近,所以具有亲切感。
(3)临场感,近讲传声器可以把演员的自言自语,叹气及人物的语气都适当的的,完美的表现出来,使演员的歌声、语言和听众的距离变近了,犹如演员就在你前面表演一样,所以大大提高了音响的艺术表现力和整体的艺术魅力。
近讲效应可以为录音和放音所利用,例如歌唱家喜欢把传声器靠近嘴部演唱,可以利用近讲效应来增加声乐的温暖感和柔和感。但若在演唱过程中不断改变与传声器的距离,会使音色改变太大,故应确定一个稳定的使用距离。录音时对低音鼓和低音弦乐器实际拾取的声音会比乐器原发声听起来感觉大得多。另外在近距离录音时声源地很小移动,会使传声器的输出电平变化很大,在扩音和录音时,应该注意应根据不同音乐要求有控制的应用,传声器的近讲效应表5-1给出了几种动圈式传声器的电声指标。

文章节选自音响工程设计与应用
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