6 传声器

传声器的原理与应用声波→传声器→放大器→（其它设备）→功率放大器→扬声器（耳机）→声波（换能器）（换能器）两头：换能器传声器：声能→机械能→电能扬声器：电能→机械能→声能音响系统1.传声器的分类传声器可按不同的特点进行分类按用途分:测量用传声器(标准传声器、探管传声器、高声压传声器)、通讯用传声器、专业用(录音或称广播、扩声)传声器、民用传声器按换能原理分：静电式传声器(电容式和驻极体式)、压电式传声器(陶瓷式、晶体式、高聚合物式)、电动式传声器(动圈式、铝带式)、半导体式传声器、电磁式传声器、碳粒式传声器按声学类型分：压强式传声器、压差式传声器、压强压差复合式传声器按能源类型分：有源传声器、无源传声器按指向性分：全指向性传声器(圆型方向性)、单指向性传声器(心型传声器、超指向性传声器、强指向性传声器、宽角度传声器)、双指向性传声器(8字型指向性)、可变指向性传声器从使用特性角度：无线传声器、立体声传声器、近讲传声器、高清晰度传声器、佩带式传声器、颈挂式传声器等2.传声器的性能指标传声器的性能，可以用一系列客观参数进行描述，主要的有灵敏度、频率响应、等效噪声级、指向性、动态范围、最高声压级和输出阻抗等。1）灵敏度是表征传声器声电转换能力的一个指标定义是在单位声压作用下的输出电压或电功率，传声器输出端的输出电压和输入端的声压之比E＝U/p常见的有:空载（开路）灵敏度与有载灵敏度声压灵敏度与声场灵敏度一般音响调音中使用的是声场有载灵敏度，不特别指出时，就是这个灵敏度灵敏度E的表达公式为：E＝U/pmV/pa即单位为毫伏/帕也有取mV/μbar即单位为毫伏/微巴动圈式传声器的灵敏度为2～3mV／Pa电容式传声器灵敏度约为15～30mV／Pa灵敏度更多的是以灵敏度级，即将灵敏度与基准量相比取对数表示：LE＝20lgE/E0dBE0为参考灵敏度，E0＝1V/pa动圈式传声器灵敏度级为-70～60dB电容式传声器灵敏度级约-50～40dB很多传声器的灵敏度指标用额定输出电平来表示，它是与灵敏度级对应的，以1KHz为测试条件2）频率响应在一个确定的方向上，传声器的灵敏度与频率有关，不同的频率，其灵敏度不一定相同。传声器正向灵敏度随频率变化的特性曲线即频率响应曲线。指向性0º～180º间频率响应之差频率响应曲线在自由场中测试为自由场频率响应，在扩散场中测试为扩散场频率响应，音响调音范围内用的传声器，一般都是指自由场频率响应，在说明中不特别指明的即是自由场下测量的指标。动圈式传声器的频率响应在80Hz～13kHz范围内就是比较好的了。一般在100Hz～10kHz范围是普及型，用于卡拉OK舞厅、广播、教学等处。电容式传声器的频率就可以做得较宽，一般为40Hz～16kHz，较优秀的产品能做到30Hz一18kHz。实际的频率响应指标中还有一个允差的概念，即：80Hz～13kHz，±2.5dB±2.5dB即为允差对不同频段，有不同的允差，中频允差要求小使用场合不同，对传声器频响的要求也不同，语言的声音频率范围比音乐的窄，大型乐队演奏比独唱、独奏等的宽。传声器频率响应曲线在高频段有“上翘”时，声音明亮；在低频段有“上翘”时，重放声会有“浑厚”的感觉。这可以由调音师根据节目内容的特殊需要来补偿。此外，有时也用一定频率范围内的灵敏度不均匀度表示，称为传声器频率特性的不均匀度。3）指向特性传声器的指向特性是指传声器的灵敏度随声波入射的方向而变化的特性。一般用指向性图案来表示亦有用0°～180°间的频率响应之差来表示。0°、180°之间的频率响应相差越大，说明传声器单指向性越好。现有的传声器有三大类指向性，即：全向（无向）→圆形→1双向→8字形→cosθ单向→心形→1+cosθ还有强指向型、超强型、宽角度型等，不同指向性的传声器是为不同场合使用而设计。通用的表达式为：a+b×cosθ无向指向性8字形指向性无向与8字形叠加心形指向性4）输出阻抗输出阻抗是指从传声器的输出端测得的交流阻抗。分高阻和低阻高阻：10kΩ、20kΩ、30kΩ、50kΩ低阻：50Ω、100Ω、150Ω、200Ω、250Ω、600Ω一般传声器均为低阻:传输距离远根据国家标准“传声器通用技术条件”中的规定，阻抗优选值为200Ω、600Ω、高阻20kΩ。传声器的输出阻抗与负载阻抗，这是就传声器与后面的输入级（调音台）的配接而言，输入级的阻抗称输入阻抗，也就是传声器的负载阻抗匹配→跨接（负载阻抗≥5倍输出阻抗）5）等效噪声级传声器固有噪声：在理想条件下，作用于传声器的声压为零时，传声器输出端的电压为零，如仍有电压，即是噪声电压，这是由于传声器内部的电噪声引起的。动圈式传声器中一般不标注，因为动圈式传声器只有在晶闸管灯光等电磁环境中屏蔽不好，才会出现噪声。而电容传声器由于电子元器件的热噪声影响，再精心设计和精心制作，也会出现噪声，只不过能够做得越小越好。噪声电压通常没有突出的频率，而是一个较宽的噪声频带，它决定着传声器所能接收的最低声级的拾声能力。为便于对传声器的固有噪声有一个直观的表示，采用等效噪声级指标，即指声波的声压作用在传声器（假定无固有噪声的理想传声器）上所产生的输出电压与实际传声器在没有声压作用下固有噪声产生的输出电压相等，该声波的声压就等于传声器的等效噪声级。优质传声器的等效噪声级在20dB左右，等效噪声级比固有噪声更加确切，因为单独标出传声器的固有噪声还不能反映传声器真正的噪声水平。噪声和灵敏度直接相关，灵敏度越高，噪声相对就大。等效噪声级反映了传声器拾音对应的声压级的下限。6）最大声压级当传声器的谐波失真大到一定允许值时的声压级，即为传声器的最大声压级。最大声压级反映了传声器工作的上限。最大声压级为126dB，谐波失真在0．5％以内的电容传声器，就是较专业用的传声器。7）传声器动态范围传声器动态范围＝最大声压级－等效噪声级一般为100—110dB它反映传声器所能接收声音的范围，上限受谐波失真限制，下限受固有噪声限制。8）谐波失真也叫非线性失真，是指传声器产生了原先没有的谐波频率分量。以谐波分量的大小值与原信号大小值相比的百分比表示。这一指标与传声器的最大声压级相关，谐波失真小则最大声压级相对就较高，所以有时这两个指标仅给出一个。3.各类传声器1）动圈式传声器动圈式传声器的结构、工作原理及工作特点如右图示：动圈式传声器的换能部分(也就是声+电转换部分)是由磁路系统(磁靴、磁碗)和振动系统(振膜、音圈)构成的。处在磁场中的振膜由于受到声压P的作用发生振动，导体线圈在磁场中作切割磁力线运动，导体两端就产生感应电动势，感应电动势的方向用右手定则来确定。感应电动势的大小由磁感应定律来确定。其表达式为：E＝BLvE为感生电动势（电压），B磁感应强度，L导线长度，v导线运动速度所以动圈传声器是速度型传声器。动圈传声器自身结构和技术特性决定了其工作特点：性能稳定可靠，价格便宜，适用面广，使用方便，不需供电。另外，能耐高声压级。但灵敏度低，频响不够宽。2）电容式传声器有不同特定的种类：电容传声器在音响调音使用最多的是广播录音用的大电容传声器，其次是驻极体传声器的制成品。测量电容传声器又称标准电容传声器，是一种做测量使用的精密器件。电容传声器的结构、工作原理：声波作用于振膜，引起振膜位移，产生电容量的变化，进而得到电压的变化，电压的变化对应声波信号的信息。电容传声器的结构除了关键的换能部件—换能极头外，和动圈式传声器不同处，还需有一个阻抗变换器把高容抗阻值变为低阻值，即200Ω，这个阻抗变换器由阻容器件和电子管或半导体管组成，所以必然带来了谐波失真和噪声。电容传声器需要极化电压，一般为12V～48V，此外也要阻抗变换器供电电压，这一电源由外部（调音台）供给，称幻相电源，专业话筒的幻相电源为48V。电容传声器灵敏度高，频率响应好，音色优美，性能优良。但价格较贵，需要幻相电源，由于结构所致，它比动圈式传声器娇贵，防潮防尘维护比动圈式传声器更加严格。3）带式传声器带式传声器实质上是动圈传声器的一种变形。这种传声器以铝合金带或镀金塑料带代替动圈传声器的振膜与线圈。它的工作原理与动圈传声器相同。带式传声器与动圈传声器相比，频率范围广，频响曲线平坦，特别是由于振带很轻，因此可获得理想的瞬态响应。老式的带式传声器因振带太脆，经受不住气流的冲击，甚至在靠近传声器处用嘴吹击或咳嗽，都可能将振带损坏，因此不宜在室外使用。新式的带式传声器装有风过滤器，并对振带做了改进(如减小长度)，性能得到很大改善。不但可以手持传声器，在几乎碰到嘴唇的情况下使用，而且不会产生“噗噗”声、“咝咝”声或喘息声，是一种为满足流行音乐歌手的需要而设计的性能良好的带式传声器。4）驻极体传声器是一种采用驻极体材料制成的传声器。驻极体电容传声器的工作原理与电容传声器相同。这种传声器除了具有普通电容传声器的优点外，突出的特点是不需要极化电压。驻极体传声器的核心是驻极体。所谓驻极体是一种在强电场中极化后不因电场的消失而消失的电介质。这就是说，这种电介质的极化电荷可“永久”地存在于它的表面。故不需要极化电压装置。永久电荷这种传声器结构简单，而且体积小、重量轻，尤其是价格低廉。由于稳定性差，因此，一般用于非专业范围，例如广泛应用于盒式录音机中。近年来，这种传声器发展很快，已进入专业领域。当然，这种传声的阻抗变换器仍需电源，但一般只要一节小电池即可。5）无线传声器无线传声器由装有微型传声器、小型发射机、接收机等几部分组成：其中的传声器有的用电容式传声器，有的用动圈传声器，用得最多的是驻极体电容传声器。传声器和发射机可以分开成两部分，把驻极体传声器佩戴在衣服上或其他隐蔽处，使其不挡画面。也可以将传声器和发射机装入同一壳体内，做成手持式无线传声器。近年来，无线传声器发展很快，中档次、高档次的种类繁多，广泛用于舞台扩声、影视录音、新闻采访、卡拉OK歌舞厅、课堂教学等场合。无线传声器有调频和调幅两种，因为调频式比调幅式抗干扰性强，因此无线传声器一般采用调频式。发射的信号一般为无线电波，也有用红外信号，后者抗干扰（保密性）强。6）近讲传声器近讲效应：因为传声器近距离拾声时，其低频灵敏度增加，使传声器频率响应的低频段有明显提升，低频灵敏度增加，使声音浑浊，也会产生一种“喷口”的现象，降低了拾声的清晰度。在设计传声器时，可以利用声路或电路参量控制频响的低频段衰减3—6dB(一般在300～800Hz)，这样的传声器即为近讲传声器。7）压差式传声器4．传声器与调音台的配接1）阻抗与电动势物理量单位优选值备注输出阻抗Ω2006002000对传声器输入阻抗kΩ≥1≥3≥10对放大器额定源电压mV（dB）0.2（-73）0.35（-69）0.6（-64）对传声器最小源电压mV（dB）0.08（-82）0.14（-77）0.24（-72）对放大器2）平衡与不平衡平衡输入方式，外界干扰在信号线上产生感应电流，两端大小相等方向相反，正好在负载上抵消，所以抗干扰较强；非平衡方式，信号电力与感应电力均流过负载，抗干扰较差。连接插头：5．传声器维护与保养：1、防潮2、防震3、防风与防尘