入门：声音传感器的工作原理和主要类型

声音传感器是可以将声信号转换为电信号或将电信号转换为音频信号的设备。在前一种情况下，它们被称为输入声传感器，麦克风就是这样的例子。在后一种情况下，它们称为输出声音传感器，扬声器就是一个例子。

它如何工作

当今使用的大多数声音传感器都具有声音敏感的电容式麦克风，分为两个部分：声音电动转换部分和阻抗。声音转换的关键要素是element振动膜。声波在麦克风中振动了element膜，导致电容的变化，并产生与之相对应的微小电压。然后将其转换为0-5V的电压，并被数据收集器通过A/D转换接受，最后传输到计算机。

应当指出的是，由于element隔膜和金属板之间的电容相对较小，因此其输出阻抗值非常高，大约是Megohms或更多。这样的高阻抗不能与音频放大器直接匹配。匹配。因此，将连接场效应晶体管连接到麦克风以执行阻抗转换。

实际上，声音传感器的功能等效于麦克风（麦克风）。它用于接收声波并显示声音的振动图像，但无法测量噪声的强度。

麦克风（输入声传感器）

音频或声音到电源转换器被简单地称为麦克风，该麦克风产生的电气模拟信号与作用在其隔膜上的声波成比例。麦克风按使用的电子传感器的类型进行分类。除了传感器外，麦克风还使用声学过滤器和通道，其形状和大小将改变整个系统的响应。

麦克风的特性包括电气和声学特性，其灵敏度表示为每单位声波强度的电输出MV。麦克风的阻抗具有重要意义，因为具有较高阻抗的麦克风具有高电输出量，而低阻抗的麦克风的输出较低。高阻抗使麦克风容易受到嗡嗡声的影响。

麦克风的方向性也是一个重要因素。如果使用麦克风来感知声波的压力，则它是全能的，即从任何方向接收声音。如果麦克风在一个或多个特定方向上响应声波的速度和方向，则将其定向。

声音传感器的类型不一定取决于压力或速度，但是麦克风的结构无疑是影响它的最重要因素。一些最常见的麦克风类型是碳麦克风，动态铁麦克风，动态线圈麦克风，缎带麦克风，压电麦克风和epitret capcacivative麦克风。

1。碳麦克风

碳麦克风是为电话开发的第一个麦克风，现在基本上被电容器麦克风取代。碳麦克风使用夹在隔膜和后板之间的碳颗粒。

当压缩颗粒时，隔膜和后板之间的电阻会显着下降。隔膜的振动是入射声波到隔膜上的结果，可以转化为颗粒电阻的变化。麦克风需要外部电源，因为它不会产生电压。

碳麦克风的主要和唯一优势是，它产生的输出是麦克风标准巨大的。但是，缺点是线性差和结构差，这会导致音频范围内多个共振，即使在没有声音的情况下，颗粒的电阻也会改变，因此噪声水平非常高。

2。动态铁麦克风

动态铁麦克风，也称为可变的不情愿麦克风，使用强大的磁铁。磁回路包含由软铁制成的电枢，然后将其连接到隔膜。随着电枢的移动，电路的磁电阻变化，进而改变电路中的总磁通量。该麦克风中的磁路使仪器较重。

3。动态麦克风

动态麦克风使用恒定通量磁回路。在此电路中，通过将线圈连接到隔膜的电路来产生电输出。整个设备采用胶囊形式，这使其成为压力式麦克风，而不是速度式麦克风。

当声波撞击膜片时，线圈会响应隔膜的运动而移动。通过应用《法拉第》电磁诱导定律，由于线圈在磁场中的运动而导致线圈中的电压。当线圈达到声波峰之间的最大速度时，最大输出发生时，输出与声音相位为90°，并且其内部视图如下图所示：

由于线圈大小很小，因此线圈的运动范围很小。因此，动态麦克风的线性非常好。由于线圈的阻抗较低，输出非常低，因此信号需要放大。

此外，动态麦克风中的线圈电感较小，因此它们不太容易受到电源的嗡嗡声。实际上，动态麦克风的结构类似于说话者的反向结构。

4。铝带麦克风

铝皮带麦克风的工作原理来自动态线圈麦克风kaiyun.ccm，其变化是将线圈简化为导电胶带，并从色带的末端获取信号。使用强磁场的使用使得将切条将切条移到最大磁通量上是可能的。这会产生与声波峰值为90°的输出，其内部视图如下：

铝带麦克风是速度操作的麦克风，主要用于方向响应很重要的情况，并且也适用于嘈杂的环境中的语音评论。这种定向麦克风适合立体声广播。

铝胶带麦克风的线性性非常好，其结构不可避免地使其成为低输出设备。为了提高电压和阻抗水平，铝制胶带麦克风通常配备变压器。优质的铝制胶带麦克风相对昂贵。

5。压电麦克风

压电麦克风比其他类型的麦克风的优点是，它不仅可以在空气中使用，而且还可以与固体结合使用，还可以浸入非导电液中。压电传感器可用于超声波频率，其中一些用于高MHz区域。

压电传感器由晶体材料组成。当晶体通过声波拧紧晶体时，晶体中的离子将以不对称的方式移动。最初，在压电麦克风中将罗谢尔盐晶体用作晶体材料，该麦克风与隔膜耦合。

但是，罗谢尔盐晶体的输出电压和阻抗高且线性差。如今，使用合成晶体代替天然晶体，例如钛酸钡，这些晶体用于具有数百kHz的频率的合成晶体。压电麦克风的图如下图所示：

6。电容麦克风

一个电容麦克风由两个表面组成：一个是导电膜片，另一个是后板，两个表面之间的电荷是固定的。当声波撞击隔膜时，振动将导致电容发生变化。由于电荷是固定的，因此电容的变化将产生电压波。输出取决于板之间的间距。当表面之间的间距很小时，对于给定的声音振幅，输出较大。电容器麦克风的结构如下图所示：

电容麦克风是压力运行装置，需要电压源来提供固定电荷，这称为极化电压。电容性麦克风在运行中提供线性性，还提供了非常好的音频信号。

为了避免极化电压，使用了元素。 element是一种永久性电荷的绝缘材料。它是磁铁的静电等效物。在电容器麦克风中，一个电容器板是一个电容器，另一个电容器是隔膜。由于element提供固定费用，因此无需电压供应。

扬声器（输出声音传感器）

众所周知，扬声器，蜂鸣器和扬声器等传感器是输出传感器，可以从输入电信号中产生声音。声音传感器的功能是将电信号转换为与麦克风原始输入信号非常相似的声波。

耳机是更简单的输出声音传感器之一，该传感器比麦克风更早使用。耳机与电报中的Morse钥匙机一起使用。麦克风开发后，输入和输出声音传感器的组合导致了包括电话在内的许多发明。耳机的任务非常简单，因为它位于耳朵附近，因此功率要求也很低，通常在几毫米左右。

由于所需的输出较小，耳机使用了小的隔膜。与耳机不同，扬声器不是按耳朵上的耳朵，而是将声波散发到太空中。因此，说话者的结构，原理和功率要求略有不同。

扬声器有各种尺寸，形状和频率范围。扬声器系统的传感器称为压力单元，因为它将复杂的电信号转换为气压。为此，扬声器单元由一个电机单元组成，该电动机将输入无线电波转换为振动和一个振动膜，该振动膜可移动足够的空气以使振动效果听到。

对于每种类型的麦克风开元棋官方正版下载，都有一个相应的扬声器。一些常见的扬声器包括动态铁，动态线圈，压电，驱动器和静态类型。

1。动态扬声器

大多数扬声器和耳机都使用动态线圈原理，这与动态线圈麦克风完全相反，由悬浮在非常强的磁场中的薄线圈组成。线圈连接到像纸或聚酯薄膜一样的膜片上开yun体育app官网网页登录入口，该膜在金属框架上挂在其边缘上，并且内部结构如下图所示。

当输入电信号通过线圈时，会产生电磁场，并且磁场的强度取决于流过线圈的电流。驱动器放大器的音量控制设置确定流过语音线圈的电流。永久磁体产生的磁场与电磁场产生的电磁力相反。

这会导致线圈向一个方向或另一个方向移动，这是由北极和南极之间的相互作用决定的。连接到线圈的膜片与线圈移动，这会导致周围空气的干扰。这些干扰会产生声音，声音的响度取决于锥形或隔膜移动的速度。

2。驾驶扬声器

人耳可以听到的频率范围在20Hz和20kHz之间。今天制造的扬声器，耳机，耳塞和其他音频传感器是在此频率范围内量身定制的。

但是，对于高保真（HI - FI）型音频系统，声音的响应分为较小的子频率，从而提高了扬声器的整体效率和声音质量。低频单元称为低音单元，高频单元称为高音单元，中间频率单元简单地称为中间频率单元。

广义频率范围及其术语如下：

超低频率-10 Hz至100 Hz

低频-20Hz至3kHz

中间频率-1KHz至10kHz

高频-3kHz至30kHz

在多扬声器的高保真系统中，有独立的低音扬声器，中型和高音扬声器，具有主动或被动的跨界网络，可准确划分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：

晶体管采用发射机跟随器配置，其中微控制器的PWM信号向晶体管的底部提供了交替的电流信号，并且发射极跟随器配置通过放大电流来为扬声器提供交替的信号。二极管充当过滤器。电路图如下图所示：

目前，驾驶员主要分为三种类型：低音驱动程序，中端驱动程序和三倍驱动程序。一个简单的音频放大器电路看起来像这样：

根据所使用的过滤电路，放大器可用于驱动警子或中端或高音扬声器。

3。压电扬声器

通常，高音扬声器是使用压电原理制造的。隔膜是由压电塑料板制成的，该塑料板在隔膜表面之间施加电压时根据信号收缩和扩展。通过将隔膜塑造成球体表面的一部分，可以将收缩和膨胀转化为移动空气的运动。

4。静电扬声器

静电扬声器由放置在两个导电板之间的导电隔膜组成，它们分别充电并带负电荷。连接音频信号时，隔膜在正电荷和负电荷之间切换。根据电荷的不同，将隔膜用相反的电荷拉向板，这会导致其前面的空气振动。

总结

声音传感器是一种可以检测，测量和显示声波形的传感器。它们被广泛用于日常生活，军事，医疗，工业，领域，航空航天等，并已成为现代社会发展中必不可少的一部分。根据功能和目的，日常生活中最常见的声音传感器是麦克风和扬声器。

来源|电子听觉网络

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