声音传感器简介

在本教程中,我们将学习声音转换器。欧宝官网app苹果下载ob直播app两种常见的声音转换器是麦克风和扬声器。

介绍

声是指在绝热过程中通过压缩和减压传播的纵向声波的广义术语。声波的频率范围在1hz到数万Hz之间。在这个巨大的范围内,人类可以听到20到20 K赫兹之间的声音。

音频或声音传感器有两种类型:输入传感器或声-电转换器和输出执行器或电-声转换器。输入传感器的示例是麦克风,输出执行器的示例是扬声器。

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?

声音和振动是相互联系的,因为声音与机械振动有关。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,在具有内力的介质中传播或叠加这种传播的振荡。”声波是由振动引起的波形。

这种波形使任何受声波影响的材料产生相同的振动。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并使它们稀薄。声波不能通过真空传播。

当声音传播时,它有三个重要的波参数:速度、波长和频率。这些特性与电波形的特性相似。声音的频率和波形由声音的来源或引起声音的振动的频率和波形决定。

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、波长和频率的关系图

图像资源链接:欧宝娱乐可靠吗electronics-tutorials.ws / io / io46.gif

在给定的材料中,声速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。

声波的客观测量是利用接收面强度测量每平方米声能的瓦特数。耳朵具有非线性响应,其灵敏度随声音的频率而变化。

人耳能听到声音的频率范围在20赫兹到20千赫之间。耳朵的响应在2千赫范围内最大。

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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)

音频或声音转换成电能的换能器是麦克风或简称为mic。麦克风产生的电子模拟信号与作用在其膜片上的声波成正比。麦克风是根据它们所使用的电子换能器的类型来分类的。除了换能器,传声器还使用了声学滤波器和通道,其形状和尺寸会改变整个系统的响应。

麦克风的特性是电的和声学的。麦克风的灵敏度表示为每单位声波强度的电输出的mV。麦克风的阻抗具有相当重要的意义。高阻抗麦克风的电输出高,低阻抗麦克风的电输出低。高阻抗使麦克风容易发出嗡嗡声。

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是:碳麦克风,动铁麦克风,动线圈麦克风,带麦克风,压电麦克风和驻极体电容麦克风。

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碳素传声器

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。

碳素传声器

当颗粒被压缩时,膜片和背板之间的阻力大大下降。声波入射时膜片产生的振动可以转化为颗粒阻力的变化。麦克风不产生电压,需要外部电源供电。

碳纤维话筒的主要也是唯一的优点是,它产生的输出按话筒标准来说是巨大的。

缺点包括线性度差、结构差(导致音频范围内的多次共振)以及即使在没有声音的情况下颗粒电阻也会改变时的高噪声级。

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动铁话筒

移动铁话筒也称为可变磁阻话筒。移动铁话筒使用强大的磁铁。磁路包含一个软铁制成的电枢,电枢又连接到一个膜片上。随着电枢的移动,电路的磁阻发生变化,从而改变电路中的总磁通量。这种话筒的磁路使乐器更重。

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移动线圈话筒或动态话筒

动圈式(动态)麦克风使用恒定磁通的磁路。在这个电路中,通过移动连接在膜片上的电路中的线圈而产生电输出。整个装置是胶囊形式的,这使得它是压力操作的麦克风而不是速度操作的。

当声波撞击隔膜时,线圈会对隔膜的运动做出反应。应用法拉第电磁感应定律,线圈在磁场中的运动产生电压。最大输出发生在线圈达到最大速度之间的声波峰值,所以输出是900与声音不同步。

动态麦克风的内部视图如下所示。

动态麦克风的内部视图

由于线圈的尺寸较小,因此线圈的移动范围非常小。因此,动圈式话筒的线性度非常好。由于线圈的低阻抗,输出相当低,因此需要放大信号。

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

带状传声器的工作原理源自动圈传声器,其变化是线圈已缩减为一条导电带状。信号取自色带的两端。

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。

带式麦克风的内部视图如下所示。

带麦克风

带状话筒是一种速度控制话筒。带状话筒用于方向响应非常重要的场合。这种话筒主要应用于嘈杂环境中的语音解说。

带状话筒的线性度非常好,其结构使其不可避免地成为低输出设备。为了提高电压电平和阻抗电平,带状话筒通常配备变压器。高品质的带状话筒是昂贵的物品。这种话筒的方向特性适合立体声广播。

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压电话筒

与其他类型的话筒相比,压电话筒的优势在于它不仅限于在空气中使用,而且可以粘结在固体上,也可以浸入非导电液体中。压电换能器可用于超声频率,有些用于高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。

输出电压和阻抗较高,但线性度较差。现在,人造晶体比天然晶体更为常用。钛酸钡是一种合成晶体,用于高达数百KHz的频率。

压电麦克风的图如下所示。

压电话筒

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电容麦克风

电容式传声器由两个表面组成:一个是导电膜片,另一个是背板,两个表面之间的电荷是固定的。当声波撞击膜片时,振动引起电容的变化。

当电荷固定时,电容的变化引起电压波。产量取决于板与板之间的间距。对于给定的振幅,当表面之间的间距较小时,输出更大。

电容传声器的结构如下图所示。

电容麦克风

电容式传声器是压力操作装置。为了提供固定的电荷,需要一个电压电源。这个电压叫做极化电压。电容式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,使用驻极体。驻极体是一种带永久电荷的绝缘材料。它相当于磁铁的静电。在驻极体电容传声器中,电容的一个极板是驻极体薄片,另一个极板是膜片。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(输出声音传感器)

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。

由于所需的输出更少,耳机使用一个小的膜片。扩音器与耳机不同,它不是紧贴在耳朵上,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。

扬声器有各种大小、形状和频率范围。扬声器系统的换能器被称为“压力单元”,因为它能把复杂的电信号转换成气压。为了达到这一目的,扬声器单元包括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以使振动效果可听的隔膜。

对于每一种类型的麦克风,都有相应的扬声器。一些常见的扬声器类型是:动铁,动线圈,压电,等动力和静电。

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移动线圈扬声器或动态扬声器

移动线圈的原理在大多数扬声器和耳机中使用。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麦克风的工作原理完全相反。

它由一个叫做音圈的细线圈组成,音圈悬浮在一个非常强的磁场中。这个线圈连接到一个像纸或聚脂圆锥一样的膜片上。膜片的边缘悬挂在金属框架上。

动圈式扬声器的内部结构如下所示。

移动线圈扬声器或动态扬声器

当输入电信号通过线圈时,就会产生一个电磁场。这个磁场的强度是由流过线圈的电流决定的。驱动放大器的音量控制设置决定了流过音圈的电流。永磁体产生的磁场与电磁场产生的电磁力相反。

这导致线圈向一个或另一个方向移动,由南北两极之间的相互作用决定。膜片,附在线圈上,与线圈串联移动,这在它周围的空气中引起扰动。这些干扰产生一种声音。声音的大小是由圆锥体或隔膜运动的速度决定的。

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开扬声器

人耳能听到的频率范围在20赫兹到20千赫之间。现代扬声器、耳机、耳机和其他音频转换器都是专门为在这个频率范围内工作而设计的。

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

中程频率的单位简称为中程单位。

下面提到广义频率范围及其术语。

低音炮- 10hz到100hz

低音 - 20 Hz至3 kHz

中档 - 1 kHz至10 kHz

推特- 3千赫到30千赫

在多音箱的Hi - Fi系统中,有独立的低音扬声器,中音扬声器和高音扬声器与有源或无源交叉网络,以准确地分割和复制音频信号的所有子扬声器。

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

有三种类型的驱动程序:低音扬声器驱动程序、中频驱动程序和高音扬声器驱动程序。下面显示了一个简单的音频放大器电路。

放大器电路

根据使用的滤波电路,放大器可用于驱动低音扬声器、中频扬声器或高音扬声器。

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,高音喇叭是用压电原理制造的。膜片是由压电塑料片制成的。当电压在隔膜表面之间施加时,隔膜会根据信号收缩和扩张。通过将膜片塑造成球体表面的一部分,收缩和膨胀可以转化为移动空气的运动。

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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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