毕业设计传声器灵敏度测量.docx

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毕业设计传声器灵敏度测量

1绪论

1.1课题产生背景

传声器俗称话筒，通常也叫麦克风（Microphon），是一种将声信号转变为电信号的换能器。

传声器是一种广泛被应用于广播，录音，扩声系统等领域的电声换能器件，因此，了解一些有关传声器知识对我们尤其重要。

我国的专业传声器行业目前还没有拿的出来真正意义上的自主品牌，发展缓慢，大多数企业还是在走投市场所好的模糊战略。

在传声器发展的过程中，涌现出了一些优秀的专业扬声器厂家，比如美国的EV公司，美国的MeyerSound，芬兰GENELEC的监听扬声器，日本雅马的监听扬声器。

我们应该努力缩短与国外的差距，努力提高自身技术。

传声器的灵敏度是传声器电声性能的主要参数。

本文就传声器灵敏度测量进行了一些研究。

1.2有关传声器的基础知识

传声器的功能是把声音转化成电信号。

它是广播电视系统中的“门户”之一，因此它的质量关系到整个广播电视系统中声音的传播质量。

同时，它也是广播电视新闻工作者最常用的工具。

它的作用就像文字工作者手中的笔一样重要，因此，一定要掌握好它的使用方法。

1.2.1传声器概述

传声器是一种声电转换器材，有时也被称为“麦克风”、“话筒”、“微音器”等。

它所完成的工作称为“拾音”。

它和“录音”、“调音”、“放音”一起，构成广播系统中四个主要工作类型。

它的使用范围很广，大规模的音乐会拾音到记者的个人采访；从广播系统到电视系统，都离不开传声器。

和扬声器一样，它也是一个信号载体的转换环节，因此它的质量水平也是广播系统中的瓶颈。

为了工作的需要，满足不同的拾音条件，传声器的种类很多，具体应具场合和要求进行合理选择。

★要求工作可靠的，因选用动圈式传声器。

有的传声器抗震动能力特别差，如带式传声器。

★要求音质清脆的，应选用电容式传声器，其高频性能好，适应录制音乐类节目，但对语音频段反应不佳，这类场合不选用。

★有些传声器要求特殊电源供应（48V直流），有些传声器则接上电缆线就可使用；

★有的传声器抗噪声环境能力强（强制向），有的传声器体积小（卡片式、领夹式、纽扣式）、有的传声器可以无线传输声音等。

★传声器还有指向性、灵敏度、最大可承受声压等不同的技术指标，这要求使用者掌握原理，并进一步去认识每一种传声器的特点和使用范围，以便在具体工作时选用。

1.2.2传声器分类与工作原理

传声器有各种不同的分类方法，常见的有按换能原理分类、按指向性分类、按振动系统与输出电压的关系分类等。

一.按换能原理分类

如果按换能原理来分传声器可分为电动式、静电式、电磁式、压电式、碳粒式等。

但使用最为广泛的是电动式和静电式两种,。

其他如电磁式、压电式、碳粒式等都只是在某些专用产品中使用例如碳粒式传声器原先主要在电话机中充当送话器。

1.电动式传声器

如果把一导体置于磁场中,在声波的推动下使其振动这时在导体两端便会产生感应电动势，利用这一原理制造的传声器称为电动式传声器。

如果导体是一线圈,则称为动圈式传声器。

如果导体为一金属带箔则称为带式传声器。

动圈式传声器是一种使用最为广泛的传声器。

一般都有如图1-1所示的结构,图1-2是一种动圈式传声器的外观。

从图1-1所示的结构图中可以看到在磁空隙中按放的线圈是用铜线也有用铝线绕制成的,在磁空隙中安放的线圈使用铜线绕制（也有用铝线）的。

振膜材料绝大多数采用各种高分子材料，早期也用铝制，如聚苯乙烯、聚酯、聚碳酸酯等。

动圈式传声器的频率响度、灵敏度、指向性等性能指标与振动系统的质量、磁间隙的磁通密度和系统的结构、阻尼情况有关。

一般情况下传声器的低频响应与振动系统的谐振频率有关。

谐振频率越低，低频响应越好。

当然过低的谐振频率必然使材料的厚度不足10微米,在高频时产生谷点.。

为避免上述情况的产生，有时传声器在振膜圆顶部分和折环连接处再覆合一层材料以增加圆顶部分的刚性，避免产生高频谷点。

如美国SHURESM-58和飞乐III-12型传声器都采用这种工艺。

传声器的灵敏度与磁路气隙的磁通密度有关。

磁通密度越高，灵敏度也越高。

前几年传声器的磁体都采用铝镍钻材料。

目前绝大多数磁体都采用铰铁硼稀土材料。

由于钱铁硼磁体的磁能积大大高于铝镍钻磁体,因而磁体的几何尺寸大大减少。

另外因磁体材料性能的关系磁间隙的宽度也比原来增加降低了制造时的操作难度。

图1-1结构图

Figure1-1Thechart

图1-2外观

Figure1-2TheExterior

早期的动圈式传声器大多为压强式传声器,其指向性极坐标图案为图一“O”形，所以也称无方向传声器或全向传声器。

目前绝大多数动圈传声器都利用振膜后面的相移网络,即所谓“第二声通道”来获得心形指向特性和超心形指向特性如图1-3所示。

图1-3心形指向特性和超心形指向特性

Figure1-3ThePropertiesoftheHeart-shapedpointandsuper-cardioidpiont

带式传声器是电动式传声器的另一种形式。

它用很薄的铝箔制成一条带状代替振膜和音圈，故称为带式传声器。

带子的厚度仅为1~2微米，宽度约为2毫米，长度在20~30毫米之间。

由于带子很薄很轻，振动系统的谐振频率很低，因此低频响应非常好，音色也十分柔和。

由于带子很薄使用时要非常小心。

过去带式传声器只在电影录音和播音室使用。

目前因各种原因,已经很少使用。

带式传声器的铝带两边完全暴露在声场中,如图1-4所示。

所以带式传声器是典型的压差式传声器也称双向传声器或“二”字形指向性传声器。

后来也有用带子的一半设计成封闭形式，使之成为压强式而另一半仍为压差式最后组合成具有单一指向性的传声器。

图1-4带式传声器

Figure1-4BandMicrophone

2.静电式传声器

静电式穿传声器有电容式和驻极体电容式两种，它们的工作原理基本相同,都是通过负载电阻将振膜与金属背极间的电容量变化转换成电压变化来获得信号的。

（1）电容式传声器

电容式传声器最基本的结构如图1-5所示。

图1-5电容式传声器

Figure1-5CondenserMicrophone

从图中可见当在传声器振膜与背极之间加上直流电压后就构成了一个电容器，传声器便可进行工作了。

当声压作用于振膜时，它与金属背极间的距离，也即电容量就会发生变化。

由于电容量发生变化，回路中就会出现充放电电流,于是在输出端的负载电阻上就会产生变化的输出电压。

由于电容传声器具有频率范围宽，灵敏度高和指向性好等特点,因此在要求高质量拾音的场合都使用电容式传声器。

广播录音用的电容传声器其振膜材料绝大多数都用聚醋薄膜，并在其表面蒸镀一层纯金。

目前绝大多数高质量的电容式传声器都采用双振膜形式，利用振膜两边所加极化电压的不同,可获得从“O”形直到超心形等多种形式的指向性。

可根据使用要求任意改变指向性，非常方便。

（2）驻极体电容传声器

驻极体传声器的特点是采用带电荷的高分子材料，如聚偏氟乙烯、聚丙烯、聚醋等薄膜来制作振膜。

用特殊的工艺,使之永久带电,这就相当于电容传声器的直流偏压，就使传声器的结构大大简化，有利于制成小型化的电容式传声器。

图6就是驻极体电容式传声器的一种结构。

驻极体电容式传声器有两种结构形式即振膜式和背极式。

振膜式驻极体传声器的振膜材料绝大多数采用聚偏氟乙烯薄膜，表面蒸镀钛或铝或其他金属，用特殊工艺使之永久带电,与金属极板构成驻极体电容式传声器。

背极式驻极体传声器是在金属极板表面涂驻极体材料并使之永久带电,振膜采用声学性能比较理想的聚酯薄膜。

由于背极式驻极体制造工艺比较复杂,因此目前驻极体电容式传声器绝大多数都采用振膜式结构。

驻极体传声器原理与电容式传声器基本一样，在性能上也有频率范围宽、灵敏度高等特点，而结构却比电容式简单,且容易做到小型化,所以在收录机、声控设备、会场扩音等许多方面得到广泛应用。

驻极体电容式传声器的指向性也有无方向性和单指向性两种。

无方向性传声器振膜后面的腔体是封闭式的,而单指向性传声器振膜后面的腔体通过声孔与外界相通,构成一个相移网络,如图1-6所示。

图1-6驻极体电容式传声器

Figure1-6Electretcondensermicrophone

3.其他换能形式的传声器

除了电动式和静电式两种主要换能形式的传声器外，其他尚有电磁式传声器、压电传声器和碳粒传声器等。

这些传声器各有特点，如电磁式传声器灵敏度高、可靠性好、体积小。

压电传声器轻巧、防潮性能好，可在高潮湿条件下长期使用。

碳粒传声器灵敏度高等等。

由于上述传声器使用有限、专业性强，不是本文介绍的重点，不作详细介绍。

二．按指向性分类

（1）全向传声器

如果一个传声器的振膜只对振膜正面声压变化起作用，而振膜后面的腔体是封闭的,则该传声器称为压强式传声器。

如果该传声器振膜的几何尺寸远小于声波波长，则该传声器的极坐标图形为“O”形，这种传声器称为无指向性传声器或全指向性传声器。

实际上，在高频时,传声器振膜的几何尺寸与声波波早期的波长是可以比拟的，所以在高频时,这种传声器的指向性图案就不是规则的圆形了。

早期的动圈式传声器和现在大多数驻极体电容式传声器都是全指向性传声器。

（2）双指向性传声器

如果传声器振膜两边都与外界声场直接相通，则其产生的输出信号电压与振膜前后的声压差成正比。

这样的传声器称为压差式传声器。

它的极坐标图形为一“∞”形，所以也称为双指向性传声器或“∞”字形指向性传声器。

带式传声器即为典型的双指向性传声器。

（3）单指向性传声器

从原理上来说，一个灵敏度完全相同的无指向性传声器和一个双指向性传声器用电路组合在一起便可构成一个单指向性传声器。

早期的单指向传声器就是采用上述原理制造的。

采用这种方法生产的传声器结构非常复杂，传声器的体积也较大。

特别是两个传声器之间的距离使传声器的指向性在高频时变成了不规则的形状。

目前动圈式传声器都是利用振膜后面第二声通道组成的相移网络来获得单指向性。

而双振膜电容式传声器则是利用双振膜中一面加电压而另一面不加电压的办法来获得心形指向性，驻极体电容式传声器也和动圈式传声器一样利用振膜后面的相移网络来获得单指向性。

本文前面提到的带式传声器就是利用单指向性传声器的原理获得单指向性的典型。

（4）超指向性传声器

早期的超指向性传声器是利用多个无指向性传声器或单指向性传声器用电路网络合成的办法来获得超指向性的。

其外形象乐器中的排箫,结构非常复杂，体积也很大。

目前超指向性传声器都采用用声波干涉原理来获得超指向牲。

一般的超指向性传声器都有一根很长的声管长（约0.5m左右），在声管上间隔一定的距离打一个进声孔，有的还根据高低频率作用的不同,打不同大小和不同距离的进声孔。

在离振膜远的地方打的孔大,作为低频声波的进声孔，在离振膜近的地方打的孔小，作为高频声波的进声孔。

目前绝大多数的超指向性传声器在低频段（约200Hz以下）并未实现超指向性，只是利用振膜后面的相移网络来获得单指向性。

如果在低频段也要实现超指向性，则它的声管长度就远不止0.5m，使用就不方便了。

此外，按声学工作原理方式分类为压强式传声器、电压式传声器、压差式传声器、组合式传声器、线列式传声器和抛物线式传声器。

按输出阻抗分为低阻抗传声器和高阻抗传声器。

按用途分类为会议传声器、演唱传声器和录音传声器、测量传声器。

1.2.3传声器的技术特性

1.、传声器的灵敏度

灵敏度表示传声器的声一电转换效率,当传声器的振膜受到声压的作用时,在负载上所产生的电动势或电压的数值称为传声器的灵敏度。

视负载情况不同,分为开路（空载）灵敏度和带载灵敏度。

（1）开路灵敏度

在传声器的产品说明书上所标称的灵敏度,若无特别说明即为开路灵敏度。

开路灵敏度是指声频为1000Hz的声场中，在1μbar恒定声压下，与声源正向0度时所测量到