傳聲器的種類與原理
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(fēng)。它是一種將聲音信號轉(zhuǎn)換為相應(yīng)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(dǎo)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(jié)構(gòu)簡單，堅固耐用，工作穩(wěn)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(jié)構(gòu)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(fā)展很快，且不斷有新產(chǎn)品出現(xiàn)。
各種類型的傳聲器盡管在結(jié)構(gòu)上有所不同，但它們都有一個振動系統(tǒng)，該系統(tǒng)是聲波作用而引起振動，產(chǎn)生出相應(yīng)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(dǎo)體置于磁場中，用聲音激勵振動系統(tǒng)使其振動，通過電磁感應(yīng)作用，在導(dǎo)體上產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。應(yīng)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(dǎo)體為音圈結(jié)構(gòu)，就構(gòu)成了動圈式傳聲器：如果所用導(dǎo)體為金屬箔（如鋁帶），就構(gòu)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(shù)為動圈式傳聲器。
動圈式傳聲器其工作原理是：當(dāng)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(yīng)振動，從而切割磁力線而產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。由于動圈式傳聲器的音圈匝數(shù)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(diào)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(jù)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(yīng)阻抗變換的需要， 有些傳聲器還設(shè)有輸出阻抗變換裝置， 當(dāng)改變傳聲器插座腳位或開關(guān)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(tài)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(dāng)聲波到來時，振膜會產(chǎn)生相應(yīng)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(fā)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(yīng)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(diào)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(shù)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(yīng)電信號的。
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(nèi)裝一個前置放大器（又稱預(yù)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(tài)范圍寬、頻率響應(yīng)寬而平坦、音質(zhì)好以及瞬態(tài)響應(yīng)優(yōu)良等優(yōu)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(yù)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(diào)音臺相接，則必須打開調(diào)音臺，卜的幻象 (Phantom)供電開關(guān)，以便向電容式傳聲器供電。
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(jīng)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(jié)構(gòu)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(yù)放大器仍需外部供電，故駐極體式傳聲器與調(diào)音臺連接時，仍需打開幻象供電開關(guān)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(chǎn)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(nèi)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。 現(xiàn)代調(diào)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。
使用幻象供電的優(yōu)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(guān)， 故在調(diào)音臺使用動圈式傳聲器時， 就不必注意幻象電源開關(guān)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。
