电声器件是指能将声音信号转换为音频电信号或者将音频电信号转换为声音信号的器件。它主要是利用电磁感应、静电感应或压电效应等来完成电声转换的,主要有扬声器、压电陶瓷片、蜂鸣器、传声器等。
一、扬声器
扬声器主要起电→力→声能量变换的作用,用来将音频放大电路送来的电信号转换成声音输出。
扬声器的种类很多,分类方法也各不相同。如果按电→声转换的原理来分,有电磁式、电动式、静电式、压电式等不同类型的单元,最常用的是电动式单元;按照单元振膜的形状来分,有锥盆单元、平板单元、球顶单元、带式单元等类型,其中锥盆单元和平板单元比较适合播放低音和中音信号,而球顶单元和带式单元比较适合播放高频信号;从所覆盖的频带来看,扬声器单元又可分为低音单元、中音单元、高音单元和全频带单元。
电动式扬声器是目前应用最为广泛的一种扬声器,本文仅以该类扬声器为例进行介绍。
最常见的电动式扬声器结构见图1。当音频信号电流流经扬声器的音圈(线圈)时,音圈中音频电流产生的交变磁场与永久磁体产生的强恒磁场相互作用使音圈发生机械振动,音圈会被拉入或推出,其幅度随电流方向及大小而改变(即将电能转换成机械能),音圈的上下振动带动与其紧密连接的纸盆运动,使周围大面积的空气出现相应振动,将机械能转换成声能。

扬声器主要有下列重要参数需要在选择时予以注意。
外形尺寸:
圆形扬声器的标准尺寸通常用扬声器盆架的最大直径表示;椭圆形扬声器的标准尺寸则用椭圆的长短轴表示。尺寸单位用厘米或毫米表示,习惯上常用英寸表示,两者之间的关系是1英寸等于25.4mm。如我们平时所说的8英寸扬声器,它的盆架外径为200mm;4×6英寸扬声器的盆架尺寸为100mm×l60mm。
额定阻抗:
额定阻抗指扬声器在某一特定工作频率(通常为1kHz)时在输入端测得的阻抗值。通常由生产厂商在产品商标铭牌上标明。一般扬声器的额定阻抗为4Ω、5Ω、8Ω、16Ω、32Ω等,国外也有采用额定阻抗为3Ω、6Ω的。扬声器的额定阻抗也可根据扬声器音圈的直流阻值估出,用万用表的R×l挡测出扬声器音圈的直流电阻,将测得的音圈直流阻值乘以1.1~1.3倍即为该扬声器的额定阻抗。在用万用表的R×l挡检测扬声器的阻值时,正常的扬声器会发出“咯咯”的响声并在表盘上显示出直流电阻值;若无“咯咯”响声且电阻值为无穷大,则表明该扬声器音圈开路损坏。
谐振频率:
在测量扬声器的阻抗特性时,阻抗曲线上扬声器单元的阻抗值第一次达到最大值时所对应的频率称为该扬声器单元的谐振频率或共振频率,简称f0。
额定功率:
额定功率是指在特定的技术条件下扬声器从功率放大器所获得的电功率,即扬声器单元所消耗的最大电功率,而不是指扬声器单元所产生的声功率。扬声器从功率放大器中所获得的大部分能量都转换成热能,只有其中很小一部分被转换成声能。扬声器单元输出的声功率与它输出这些声功率所消耗的电功率之比称为扬声器的效率。扬声器所能承受的功率大小是扬声器单元的一个重要指标。
频率响应范围:
扬声器所能重放声音的频率界限,就是频率响应范围。
灵敏度:
灵敏度是指当扬声器加上相当于在额定阻抗1W功率的粉红噪声信号电压时,在轴向1m处测得的声压级。它的单位是dB/(m·W)。
一个扬声器的灵敏度高低,对声音重放并无决定性的影响,因为人们可以通过调节放大器的输出来获得足够的音量。不过,在音箱制作中,扬声器的灵敏度却是一个值得重视的参数。因为在二分频或三分频音箱中,各扬声器单元在各自负责重放的频段内,它们的灵敏度必须基本一致,以保持整个音箱在重放时高、中、低音的平衡。
二、压电蜂鸣片
压电蜂鸣片主要应用在电话机、手机、玩具等电子产品中,它由压电陶瓷片和金属振动板粘合而成,见图4。当在两引线端施加交变电压后,会因为压电效应而生成机械变形伸展及收缩,利用此特性使金属片振动而发出声响。
为了增加声压及获得优美的声音,通常将压电蜂鸣片装入谐振腔体内,形成压电陶瓷蜂鸣器。广泛应用于日常生活用品、办公家庭自动化装置、检测仪器仪表、通信、报警等自动化系统中,如玩具、钟表、电话、传真机、微波炉、万用表、手机、烟雾器、防盗锁等。
压电蜂鸣片装入谐振腔体内的固定方式有两种方式,见图5。压电蜂鸣片在电路原理图中电路符号见图6。
利用压电蜂鸣片的压电效应,可用万用表判断其好坏: 在压电蜂鸣片的两极引出两根导线,然后把蜂鸣片平放到桌子上,把万用表拨至最小电流挡,将两根引线分别接至万用表(数字、指针式皆可)两表笔上,然后用铅笔橡皮头轻按蜂鸣片,若万用表指针明显摆动,说明蜂鸣片完好,否则,说明已损坏。
三、蜂鸣器
蜂鸣器是一个发声装置,它是将线圈置于由永久磁铁、铁心、高导磁的小铁片以及振动膜组成的磁回路中。通电时,小铁片与振动膜受磁场的吸引会向铁心靠近,线圈接收振动信号则会生成交变的磁场,继而将电能转为声能。
和扬声器不同的是蜂鸣器只能发出单一的音频。不论输入蜂鸣器的是交流电压还是直流电压,只要达到蜂鸣器的额定电压(有3V、5V、12V等多种规格),它就会发出声响。即使我们改变输入的电压或频率,蜂鸣器也只发出一个音频的声音。
在用万用表的R×l挡检测蜂鸣器的阻值时,正常的蜂鸣器会发出轻微“咯咯”声并在表盘上显示出直流电阻值(通常为16Ω左右);若无“咯咯”响声且电阻值为无穷大,则表明该蜂鸣器开路损坏。
四、传声器
传声器俗称话筒,音译作麦克风,是一种声-电换能器件,可分电动和静电两类,目前广播、电视和娱乐等方面使用的传声器,绝大多数是动圈式和电容式。静电传声器是以电场变化为原理的传声器,常见的为电容式。电动传声器是用电磁感应原理,以在磁场中运动的导体上获得输出电压的传声器,常见的为动圈式。
动圈式传声器的结构图见图9,动圈式传声器由振动膜片、可动线圈、永久磁铁和变压器等组成。振动膜片受到声波压力以后开始振动,并带动着和它装在一起的可动线圈在磁场内振动以产生感应电流。该电流随着振动膜片受到声波压力的大小而变化。声压越大,产生的电流就越大; 声压越小,产生的电流也越小(通常为数毫伏)。

驻极体传声器是利用驻极体材料制作的一种典型的电容式传声器,其内部结构见图10,它主要由声电转换系统和场效应管两部分组成。常见的驻极体传声器见图11。


驻极体传声器内部电路的接法有源极输出和漏极输出两种。源极输出有三根引出线,漏极D接电源正极,源极S经电阻接地,再经一电容作信号输出;漏极输出有两根引出线,漏极D经一电阻接至电源正极,再经一电容作信号输出,源极S直接接地。由于在场效应管的栅极与源极之间接有一只二极管,因而可利用二极管的正反向电阻特性来判别驻极体话筒的漏极D和源极S。
将万用表拨至R×1kΩ挡,黑表笔接任一极,红表笔接另一极。再对调两表笔,比较两次测量结果,阻值较小时,黑表笔接的是源极,红表笔接的是漏极。
传声器在电路原理图中的电路符号见图12。传声器的主要参数如下。
灵敏度:
灵敏度是指给传声器一定的音压时,在其输出端上能生成的输出电压值,一般以dBV/Pa表示。常规上以传声器输出之dB(分贝)和一标准电平来做比较,所有的标准电平皆超过传声器的输出电平。因此所测出的dB数据都是负值。所以传声器测出来的结果若为-55dB时,比-60dB的传声器在感度上更佳,而在比较dB值外,也可由输出电压大小来判断传声器的感度高低,输出电压越大,感度越高。
输出阻抗:
一般来说,传声器可分为低阻抗(50~1000Ω)、中阻抗(5000~15000Ω)及高阻抗(20000Ω以上)。
频率响应图:
频率响应图是将待测的传声器置于规定的音压下,记录其各频率点之输出大小,然后描点成线形成的曲线图。
信噪比:
信噪比为信号与传声器本体所生成的杂音之比。
指向性:
按指向性可将传声器分为三类:全指向性,任何一个方向来的音源能量均被拾取转为电能;单指向性,正前方(0°)声波能量被拾取的比例最大;双指向性,前后方(0°与180°)被拾取的能量最大。
文/赵理科



