声音传感器的介绍

在本教程中,我们将学习声音换能器。两种常见的声音换能器是麦克风和扩音器。

介绍

声音是声波的一个广义术语,声波是一类在绝热过程中通过压缩和减压传播的纵波。声波的频率范围在1赫兹到几万赫兹之间。在这个巨大的范围内,人类可以听到20赫兹到20 K赫兹之间的声音。

音频或声音传感器是两种类型:输入传感器或声音到电传感器和输出执行器或电气到声音传感器。输入传感器的示例是麦克风,输出执行器是扬声器。

声音传感器可以检测和传输声波。如果声波的频率非常低,那么它们称为红外线。如果声波的频率非常高,则它们被称为超声。

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是什么声音吗?

声音和振动互连,因为声音与机械振动相关。许多声音是由固体或气体的振动引起的。根据ANSI,声音被定义为“压力,应力等的振荡,在具有内部力或叠加的介质中传播的这种传播的振荡。”声波是由振动引起的波形。

这种波形在任何受声波影响的材料中都会产生相同的振动。为了传播声波,需要一种可以振动的介质。振动的物体或物质会压缩周围的空气分子,使其变得稀薄。声波在真空中是不传播的。

传输声音时,它有三个重要的波浪参数:速度或速度,波长和频率。这些特性类似于电波形的特性。声音的频率和波形由声音的原点或导致声音的振动的频率和波形。

声音的速度和波长取决于传输声波的介质。下面示出了三个参数速度,波长和频率之间的关系。

频率(f)=速度(m / s)/波长(λ)

频率的单位是赫兹(Hz)。

速度、波长和频率图的关系

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在给定的材料中,声音的速度取决于材料的密度和弹性。因此,声速在固体中较高,在高压气体中较低。

声波的客观测量利用接收面强度作为每平方米声能瓦数测量。耳朵具有非线性响应,灵敏度随声音频率的变化而变化。

人耳能探测到声音的频率范围在20赫兹至20千赫之间。耳的响应在2khz范围内最大。

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什么是声音传感器?

声音传感器是一种设备,可以将声音信号转换为电信号或电信号进入声音信号。在前一种情况下,它们被称为输入声音传感器,麦克风是这种情况的示例。

在后一种情况下,它们被称为输出声音传感器,扬声器是一个例子。

麦克风(输入声音传感器)

音频或声音到电能的换能器是麦克风或简称为麦克风。麦克风产生与作用在它的膜片上的声波成比例的电子模拟信号。麦克风是根据它们使用的电子转换器的类型来分类的。除了换能器外,传声器还使用声学过滤器和通道,其形状和尺寸会修改整个系统的响应。

麦克风的特性是电的和声学的。传声器的灵敏度表示为每单位声波强度的电输出毫伏。传声器的阻抗具有相当重要的意义。具有高阻抗的传声器具有高电输出,而具有低阻抗的传声器具有低输出。高阻抗使得麦克风对交流声的拾取很敏感。

麦克风的方向也是一个重要因素。如果麦克风用于感测声波的压力,则它是Omni - 定向I.E。它拾取从任何方向到达的声音。如果它响应声波的速度和方向,则麦克风是定向的。

声音传感器的类型不一定将工作原理确定为压力或速度,但麦克风的结构是最重要的因素。

一些最常见的麦克风类型有:碳传声器、动铁传声器、动圈传声器、带状传声器、压电传声器和驻极体电容传声器。

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碳麦克风

碳麦克风是用于在电话中使用的第一类麦克风。现在它们被驻极体麦克风所取代。碳麦克风使用隔膜和背板之间保持的碳颗粒。

碳麦克风

当颗粒被压缩时,隔膜和后板之间的阻力显著下降。振膜的振动是由声波入射到振膜上引起的,它可以转化为颗粒阻力的变化。麦克风需要一个外部电源,因为它不产生电压。

碳麦克风的主要且唯一的优点是它产生了麦克风标准巨大的输出。

缺点包括较差的线性,结构差的结构差,导致音频范围内的多个共振和高噪声水平,因为颗粒的电阻即使在没有声音的情况下也改变。

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移动铁话筒

移动铁麦克风也称为可变磁阻麦克风。移动铁麦克风使用强大的磁铁。磁路包含由软铁制成的电枢,这又连接到隔膜。当电枢移动时,电路改变的磁力不磁阻,并且反过来改变电路中的总磁通量。这种类型的麦克风中的磁路使仪器更重。

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移动线圈麦克风或动态麦克风

动圈式(动态)传声器使用一个恒定的磁通磁路。在这个电路中,电输出是通过移动电路中连接在膜片上的线圈而产生的。整个装置是胶囊形式的这使得它是一个压力操作的麦克风而不是速度操作的。

线圈移动响应运动的隔膜,因为声波击中隔膜。通过应用法拉第电磁感应定律,由于线圈在磁场中的运动,一个电压在线圈中感应。最大输出发生时,线圈达到最大速度之间的峰值声波,所以输出是900.用声音超出阶段。

动态麦克风的内部视图如下所示。

动态麦克风的内部视图

由于线圈的尺寸小,线圈的运动的范围非常小。因此,移动线圈式麦克风的线性是优异的。由于线圈的低阻抗,输出相当低,因此需要对信号进行放大。

在移动线圈麦克风中的线圈的电感较小,因此它们易于嗡嗡地从电源接收。移动线圈麦克风的构造类似于反向扬声器的型号。

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带麦克风

带状麦克风的操作原理来自移动线圈麦克风,并且变化是线圈已经减小到导电带的条带。信号从带的末端取出。

使用强烈的磁场,使得带子切割过最大可能的磁通量的功能。这会在90时生成其峰值的输出0.与声波的相位不一致。

色带麦克风的内部视图如下所示。

带麦克风

色带麦克风是一种速度操作麦克风。带状麦克风用于定向响应重要的情况。这种类型的麦克风的主要应用是嘈杂的环境中的语音评论。

色带麦克风的线性非常好,其结构使其不可避免地是低输出装置。为了提高电压电平和阻抗水平,带状麦克风通常配备有变压器。优质的色带麦克风是昂贵的物品。该麦克风的方向品质适用于立体声广播。

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压电话筒

压电麦克风在其他类型的麦克风的优点是它不仅限于空气中的用途,而且可以将其粘合到固体上并浸入非导电液体中。压电换能器可用于超声波频率,其中一些用于高MHz区域。

压电传感器由结晶材料组成。当晶振应变时,晶体的离子被移位不对称的方式。最初,Rochelle盐晶用作压电麦克风中的晶体材料,该晶体耦合到隔膜。

输出电压和阻抗很高,但线性度差。现在,一天,合成晶体用于天然晶体。钛酸钡是用于频率高达数百kHz的合成晶体。

压电麦克风的图如下所示。

压电话筒

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电容麦克风

电容式麦克风由两个表面组成:一个是导电膜片,另一个是背板,两表面之间的电荷是固定的。当声波碰到膜片时,振动会引起电容的变化。

由于电荷是固定的,电容的变化引起电压波动。输出量取决于板间的间距。当表面之间的间距较小时,给定振幅的声音输出较大。

电容器麦克风的结构如下图所示。

电容麦克风

电容式传声器是一种压力操作装置。为了提供固定的电荷,需要电压供应。这个电压叫做极化电压。电容器麦克风在工作中提供线性,也提供非常好的音频信号。

为了避免极化电压,使用了驻极体。驻极体是一种带永久性电荷的绝缘材料。它是静电磁体的等效物。在驻极体电容传声器中,电容器的一层是驻极体板,另一层是膜片。由于驻极体提供固定电荷,因此不需要电压供应。

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扬声器(输出声音转换器)

除非有相反方向的换能器,否则使用麦克风很少。像扬声器,蜂鸣器和角一样的换能器是输出声音执行器,可以从输入电信号产生声音。声音致动器的功能是将电信号转换为声波,其与原始输入信号紧密相似到麦克风。

耳机是比麦克风长期使用的更简单的输出声音传感器之一。耳机与电动电报中的摩尔斯钥匙机一起使用。在发射麦克风之后,输入和输出声音传感器的组合导致了包括电话的许多发明。耳机的任务简单,并且在耳附近放置时,电源要求也非常少,通常按少米瓦瓦的顺序。

由于需要的输出较少,耳机使用小的膜片。与耳机不同的是,扩音器不是压在耳朵上,而是将声波发射到太空中。因此,扬声器的结构、原理和功率要求略有不同。

扩音器有各种尺寸、形状和频率范围。扬声器系统的换能器被称为压力单元,因为它将复杂的电信号转换为气压。为了实现这一点,扬声器单元由一个将输入的电波转换成振动的电机单元和一个移动足够空气的膜片组成,以使振动效果可以被听到。

对于每一种类型的麦克风,都有一个相应的扬声器。一些常见的扬声器类型有:动铁式、动圈式、压电式、等动力式和静电式。

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动圈式扬声器或动态扬声器

大多数扬声器和耳机都采用动圈原理。动圈式扬声器也称为动态扬声器。动圈式扬声器的工作原理与动圈式传声器的工作原理恰恰相反。

它由一种称为音圈的细线的线圈组成,该线圈悬挂在一个非常强的磁场中。该线圈附接到纸张或薄膜锥形的隔膜。隔膜悬挂在其边缘上以金属框架。

移动线圈扬声器的内部结构如下所示。

动圈式扬声器或动态扬声器

当输入的电信号通过线圈时,就会产生一个电磁场。磁场的强度由通过线圈的电流决定。驱动放大器的音量控制设置决定了流经音圈的电流。永磁体产生的磁场与电磁场产生的电磁力相对立。

这导致线圈向一个或另一个方向移动,这是由南北两极之间的相互作用决定的。膜片,这是附到线圈,与线圈的串联移动,这在它周围的空气中引起扰动。这些干扰产生一种声音。声音的响度是由锥形或隔膜移动的速度决定的。

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开扬声器

人耳能听到的频率范围在20赫兹至20千赫之间。现代的扬声器、耳机、耳机和其他音频转换器都是在这个频率范围内工作的。

但是,对于高保真(Hi-Fi)型音频系统,声音的响应被分成较小的子频率。这提高了扬声器的整体效率和音质。低频单元称为低音扬声器,高频单元称为高音扬声器。

用于中频的单元被简单地称为中频单元。

下面提到广义频率范围及其术语。

亚低音- 10hz至100hz

低音 - 20 Hz至3 kHz

中档 - 1 kHz至10 kHz

高音- 3 kHz至30 kHz

在多扬声器高保真系统中,有独立的低音扬声器、中音扬声器和高音扬声器,通过一个主动或被动交叉网络来精确地分割和复制所有子扬声器的音频信号。

驱动扬声器的简单电路如下所示。

开扬声器

晶体管处于发射器跟随器配置。来自微控制器的PWM信号为晶体管的基部提供交流信号。发射极跟随器配置通过放大电流将AC信号提供给扬声器。二极管充当过滤器。

多扬声器设计如下所示。

多说话

有三种类型的驱动器:低音扬声器驱动器,中档驱动器和高音扬声器驱动程序。简单的音频放大器电路如下所示。

放大器电路

基于所使用的滤波器电路,放大器可用于驱动低音扬声器或中间范围或高音扬声器。

下面提到的一些其他类型的输出换能器。

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压电喇叭

一般来说,高音是用压电原理制造的。膜片由压电塑料片制成。当一个电压被施加在膜片的表面之间时,它会根据信号收缩和膨胀。通过将横膈膜塑造成球体表面的一部分,收缩和扩张可以转化为运动,将移动空气。

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静电扬声器

静电扬声器包括放置在两个导电板之间的导电隔膜。导电板分别向正和阴性。当连接音频信号时,隔膜在正极和负电荷之间切换。根据其电荷朝向相对电荷的板朝向相对的电荷。这导致它面前的空气振动。

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以前-刷和无刷直流电机

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