电声元件知识详解

 科技发展到今天，还没有找到一种方法，能直接将声音传播到很远的地方，因为声音在介质中传播时会随着距离的增加而迅速衰退。

    如果将声音转换成电信号再传输，情况就大不相同了。电信号可以通过导线或以电磁波的形式传输，一旦出现衰减可以利用放大器对信号进行放大。这样，代表声音的电信号理论上可以传播到宇宙的任何角落，当电信号到达接收端时再还原成声音即可。

1.话筒(麦克风)                             

传声器又称话筒 (microphone, 电路符号) 是一种将声音信号转换为电信号的传感器。                                         

话筒广泛存在于我们身边, 手机、 电话机、 录音笔等都利用话筒实现声一电转换的 。 根据话筒的换能原理可以分为动圈式话筒 (moving-coilmicrophone) 、 电容式话筒 (capacitor microphone)、驻极体话筒(electretmicrophone)、炭粒式话筒- (carbonmicrophone)等, 按输出的阻抗可分为低阻型(R<2kΩ)和高阻型(R>2kΩ) ,如图2-6所示是一些常见的话筒及典型参数。 

图2-6 (c)所示的驻极体话筒是电子制作中较为常用的话筒种类,各种声控玩具、楼道里的声控延时灯中都使用驻极体话筒检测声音。 图2-7所示是一个声控延时灯, 当声控开关 “听” 到脚步声或拍手声时闭合, 灯获得电压而发光 。 这里, 驻极体话筒釆集环境中的声音,通过驱动电路实现对 AC220V的通断控制。

驻极体话筒直径与小拇指差不多, 其一面有黑色棉网, 为受音面(如图2-6 (c)所示) , 另一面为话筒的接线端,有正极(+)、负极(-)两个焊点,其中负极一般与器件的外壳短路, 这点可用于判断驻极体话筒的极性 。 一般可用万用表的电阻挡检测驻极体话筒: 表笔与其正极、负极相连,对着驻极体话筒的受音面说话,会发现电阻发生变化。

光纤话筒                       

光纤话筒( fiber optic microphone)与传统的话筒结构不同,如图2-8所示,激光通过光纤传导到麦克风的声音反射膜上, 声音反射膜随着声波振动的同时调制了反射激光。 反射激光被光电检测器接收后形成与声音相关的电信号, 从而实现了声一光一电的转换。 由于光纤话筒是一个纯光学结构, 不受电场、 磁场、 温度、 湿度的影响, 所以在一些强电磁场 和恶劣条件下能正常采集声音信号, 比如在磁共振( MRI )扫描时, 可利用它来转换声音信号。   

     2.扬声器（喇叭）                                                     

     扬声器 (speaker driver, 电路符号) 是一种将电信号转换为声,音信号的换能器。

    扬声器是一种非常常见的器件, 它在电视、 多媒体音箱、 收音机等需要还原声音信号的场合负责把电信号转换成声音 。 大多数扬声器都是动圈型的 (moving-coil loudspeaker) 。 图2-9所示为一些常见的扬声器外观, 根据扬声器所还原声音的频率范围不同, 可分为低1 频扬声器、中频扬声器、高频扬声器等几种。

扬声器有功率(几瓦到几百瓦)、阻抗(4Ω、8Ω、16Ω) 、频响范围、灵敏度、尺寸等参数供设计时参考 。 这些参数通常都会印在扬声器的背面, 如图 2-9 中所示某中低频扬声器的功率为100W、阻抗为8Ω等。

无论哪种扬声器, 其工作原理都相同, 就是当声音信号经过扬声器的线圈后, 线圈在磁场作用下产生运动,从而带动扬声器的纸盆(或胶盆)发声。图2-9所示的低、中、高频扬声器一般用在专业的扬声器系统(音箱)中,而一般的电子产品,如玩具、收音机等可使用一般用途的全频扬声器。
超重低奇单元                              

    超重低音单元(woofer)专门用于40Hz 至几kHz 信号的放大。通过分频器将低频信号送入超重低音单元(如图2-10所示) ,信号经过低频信号放大器后,驱动低频扬声器发声。 由于要还原低频信号, 低频扬声器一般比较厚重, 其纸盆(或胶盆)在低频信号的驱动下能做较大幅度的径向运动 (就像活塞一样) 。 超重低音单元的最大特点就是还原声音震撼的一面,所以它已成为家庭影院中不可或缺的组成部分。

3.耳机

耳机(earphones、 headphones,电路符号)是一种微型的扬声器,将电信号还原成声音信号。

根据使用 MP3播放机的经验可知, 耳机一般有耳塞式和头戴式两种, 如图2-11所示。 耳机都有一个立体声插头,该插头有3个芯: L端、 R端、共地端。这3个芯与左、右声道耳机的连接示意如图2-11所示。可见,左、右声道的耳机共用共地端,与另两端(R、 L) 形成立体声插头的3个芯。对应的立体声插座也有3个接触片(从图2-11立体声插座的电路符号可以看出) 与插头一一对应连接 。

4.压电陶瓷片

压电陶瓷片(piezo element,电路符号)是一种利用压电效应(piezoelectric effect) 原理制成的电能一机械能转换器。

压电陶瓷片结构简单、电声转换效率高、没有线圈和磁铁,如图2-12（在《电容器》一文中）所示。当对压电陶瓷片施加的交变信号频率接近其共振频率时压电陶瓷片发出鸣响 。压电陶瓷片的直径一般有φ20mm,φ 027rnrn,…, φ055mm等多种供选择,是一种价格低廉的电声器件,其特点为功耗低、 音质较差, 比较适合应用在电子表、 小闹钟等电子产品的声音提示中 。