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1、第9章 电声换能器件的识别与检测,电声换能器件是指能将声音信号转换为音频信号，或者能将音频信号转换为声音信号的器件。电声换能器件是利用电磁感应、静电感应或压电效应等来完成电声转换的，主要有扬声器、蜂鸣器、压电陶瓷片以及传声器等。,9.1 扬声器,扬声器俗称喇叭，是一种能够将电信号转换为声音的电声器件，是音响系统中的重要器材。 9.1.1 扬声器的分类 扬声器的种类很多，按其换能原理可分为电动式（即动圈式）、静电式（即电容式）、电磁式（即舌簧式）、压电式（即晶体式）等几种，后两种多用于农村有线广播网中；按频率范围可分为低频扬声器、中频扬声器、高频扬声器，这些常在音箱中作为组合扬声器使用。 按振膜
2、形状分，主要有锥形、平板形、球顶形、带状形、薄片形等；按放声频率分，可分为低音扬声器、中音扬声器、高音扬声器、全频带扬声器等。,1.电动式扬声器 电动式扬声器应用最广泛，它又分为纸盆式、号筒式和球顶形三种。 （1）纸盆式扬声器 纸盆式扬声器又称为动圈式扬声器。,（2）号筒式扬声器 号筒式扬声器的结构，它由振动系统（高音头）和号筒两部分构成。振动系统与纸盆扬声器相似，不同的是它的振膜不是纸盆，而是一球顶形膜片。,（3）球顶形扬声器 球顶形扬声器是目前音箱中使用最广泛的电动式扬声器之一，它最大优点是中高频响应优异和指向性较宽。此外，它还具有瞬态特性好、失真小和音质较好等优点。,2.电磁式扬声器 电
3、磁式扬声器又称舌簧式扬声器，声源信号电流通过音圈后会把用软铁材料制成的舌簧磁化，磁化了的可振动舌簧与磁体相互吸引或排拆，产生驱动力，使振膜振动而发音。,3.静电式扬声器 静电式扬声器是极薄的振膜在静电力的作用下作前后移动的，它和依靠电磁力来使振膜作前后移动的电动式扬声器是不相同的。 静电扬声器的振膜质量极轻，因而解析力极佳，能捕捉音乐信号中极为细微的变化，充分表现音乐的神韵。,4.压电式扬声器 压电扬声器是利用压电材料受到电场作用发生形变的原理，将压电元件置于音频电流信号形成的电场中，使其发生位移，从而产生逆电压效应，最后驱动振膜发声。,扬声器在电路原理图中常用文字符号“B”或“BL”表示，它
4、的电路符号如图 所示。 9.1.2 扬声器的主要性能指标和特征 扬声器的主要性能指标有：额定功率、额定阻抗、频率响应、灵敏度、指向性以及失真度等参数。,1.额定功率 扬声器的功率有标称功率和最大功率之分。标称功率是指额定功率、不失真功率，它是扬声器在额定不失真范围内容许的最大输入功率，在扬声器的商标、技术说明书上标注的功率即为标称功率值。最大功率是指扬声器在某一瞬间所能承受的峰值功率。 2.额定阻抗 扬声器的阻抗一般和频率有关。额定阻抗是指音频为400Hz时，从扬声器输入端测得的阻抗。额定阻抗一般是音圈直流电阻的1.21.5倍。一般动圈式扬声器常见的额定阻抗有4、8、16、32等。,3.频率响
5、应 给一只扬声器加上相同电压而不同频率的音频信号时，其产生的声压将会产生变化。 4.失真 扬声器不能把原来的声音逼真地重放出来的现象叫失真。失真有两种：频率失真和非线性失真。 5.指向特性 用来表征扬声器在空间各方向辐射的声压分布特性，频率越高指向性越狭，纸盆越大指向性越强。,6. 灵敏度 灵敏度是衡量扬声器重放音频信号的细节指标。扬声器的灵敏度通常是指输入功率为1W的噪声电压时，在扬声器轴向正面1m处所测得的声压大小，故灵敏度又称声压级。 9.1.3扬声器的命名法 国产扬声器的命名由三部分组成 。,9.1.4 扬声器的检测 1. 扬声器的常见故障现象 开路故障：两根引脚之间的电阻为无穷大，在
6、电路中表现为无声，扬声器中没有任何响声。 纸盆破裂故障：直接检查可以发现这一故障，这种故障的扬声器要更换。 音质差故障：这是扬声器的软故障，通常不能发现什么明显的故障特征，只是声音不悦耳，这种故障的扬声器要更换处理。,2.扬声器的检测 业余条件下对扬声器的检测只能采用试听检查法和万用表检测法。 测量直流电阻：用R1挡测量扬声器两引脚之间的直流电阻，正常时应比铭牌扬声器阻抗略小。设扬声器直流电阻为R0,则其阻抗为1.25 R0。例如8的扬声器测量的电阻正常为7左右。测量阻值为无穷大，或远大于它的标称阻抗值，说明扬声器已经损坏。,听喀喇喀喇响声：测量直流电阻时，将一只表笔固定，另一只表笔断续接触引
7、脚，应该能听到扬声器发出喀喇喀喇响声，响声越大越好，无此响声说明扬声器音圈被卡死或音圈损坏。,9.1.5 扬声器极性、相位的判断 扬声器相位是指扬声器在串联、并联使用时的正极、负极的接法:当使用两只以上的扬声器时，要设法保证流过扬声器的音频电流方向的一致性，这样才能使扬声器的纸盆振动方向保持一致，不至于使空气振动的能量被抵消，不至于降低放音效果。为能做到这一要求，就要求串联使用时一只扬声器的正极接另一只扬声器的负极依次地连接起来;并联使用时，各只扬声器的正极与正极相连，负极与负极相连，这就是说达到了同相位的要求。,确定扬声器的正负极性，其方法如下。 （1）直接法 一些扬声器背面的接线支架上已经
8、用“+”“-”符号标出两根引线的正负极性，可以直接识别出来。 （2）视听法 扬声器的引脚极性可以采用视听判别法，两只扬声器两根引脚任意并联起来，接在功率放大器输出端，给两只扬声器馈入电信号，两只扬声器同时发出声音。然后将两只扬声器口对口接近，如果声音越来越小，说明两只扬声器反极性并联，即一只扬声器的正极与另一只扬声器的负极相并联。 上述识别方法的原理是：两只扬声器反极并联时，一只扬声器的纸盆向里运动，另一只扬声器的纸盆向外运动，这时两只扬声器口与口之间的声压减小，所以声音低。因此当两只扬声器相互接近后，两只扬声器口与口之间的声压更小，所以声音更小。,9.2 耳机 耳机也是将电信号转换为声音的电
9、声器件，主要应用于收音机、放音机、CD机、MP3/MP4、手机等电子设备中，用来代替扬声器作放声用。 9.2.1 耳机的分类 耳机根据其换能方式分类，主要有动圈式、静电式和等磁式；从结构上分，主要有开放式、半开放式和封闭式；从佩带形式上分，则有耳塞式、挂耳式和头戴式等。,1.动圈式 动圈式耳机是最普通、最常见的耳机，它的驱动单元基本上就是一只小型的动圈扬声器，由处于永磁场中的音圈驱动与之相连的振膜振动。,2.等磁式 等磁式耳机的驱动器类似于缩小的平面扬声器，它将平面的音圈嵌入轻薄的振膜里，象印刷电路板一样，可以使驱动力平均分布。,3.静电式 静电式耳机有轻而薄的振膜，由高直流电压极化，极化所需
10、的电能由交流电转化，也有电池供电的。振膜悬挂在由两块固定的金属板(定子)形成的静电场中，当音频信号加载到定子上时，静电场发生变化，驱动振膜振动。,耳机和扬声器一样都是把电信号转换成声音的换能元件。在电路原理图中耳机的文字符号是“B”或“ BE”，电路符号如图所示。,9.2.2 耳机的命名法和参数 1. 耳机的命名法 国产耳机的命名由三部分组成 。,耳机的主要参数有阻抗、灵敏度、失真、频率响应、扩散场均衡等。 1.额定阻抗 耳机的额定阻抗是其交流阻抗的简称，它的大小是线圈直流电阻与线圈的感抗之和。 常见耳机的额定阻抗有4、5、6、8、16、20、25、32、35、37、40、50、55、125、
11、150、200、250、300、600、640、1K、1.5K、2K等多种规格。,2.灵敏度 平时所说的耳机灵敏度实际上是耳机的灵敏度级，它是施加于耳机上1mW的电功率时，耳机所产生的耦合于仿真耳(假人头)中的声压级，1mW的功率是以频率1000Hz时耳机的标准阻抗为依据计算的。灵敏度的单位是dB/mW，另一个不常用的单位是dB/Vrms，即1Vrms电压施于耳机时所产生的声压级。 3.失真 耳机的失真一般很小，在最大承受功率时其总谐波失真(THD)小于等于1%，基本是不可闻的，较扬声器的失真小的多。,4.频率响应 灵敏度在不同的频率有不同的数值，这就是频率响应，将灵敏度对频率的依赖关系用曲线
12、表示出来，便称为频率响应曲线。人的听觉范围是20Hz-20000Hz，超出这个范围的声音绝大多数人是听不到的，耳机能够重放的频带是相当宽的，优秀的耳机已经可以达到5Hz-40000Hz。 5.扩散场均衡 耳机的均衡方式有两种：自由场均衡和扩散场均衡，自由场均衡假设环境是没有反射的，如旷野；扩散场均衡则模拟一个有反射的房间，它的听感比自由场均衡要自然。,9.2.3 耳机的检测 1. 单声道耳机的检测 对于单声道耳机，检测时将万用表转换开关置于R10挡或R100挡，两支表笔分别断续接耳机引线插头的地线和芯线，此时，应能听到耳机发出“喀喀”声，表明耳机良好。如果表笔断续触碰耳机输出端引线时，听不到“
13、喀喀”声，表明耳机不能使用。,2.双声道耳机的检测 双声道耳机检测时，将万用表转换开关置于R1挡，测量耳机音圈的直流电阻。将万用表的一支表笔接触插头的公共端(地线)，另一支表笔分别接触耳机插头的两个芯线，其阻值均应小于32，因为立体声耳机的交流阻抗为32，而直流电阻总比交流阻抗低，一般双声道耳机的直流阻值为2030。若测得的阻值过小或超过32很多，说明耳机有故障。在测量的同时，应能听到左、右声道耳机发出的“喀喀”声，表明耳机良好；否则，表明左声道或右声道或左右两声道有故障。,9.3 压电蜂鸣片、蜂鸣器 9.3.1 压电蜂鸣片、蜂鸣器的分类 1. 压电蜂鸣片的外形结构 压电蜂鸣片由压电陶瓷片和金
14、属振动片黏合而成，因此又被称为 “压电陶瓷片”，主要应用在电话机、手机、定时器及玩具等电子产品中作为发声器件。,2. 蜂鸣器的分类、结构及外形 蜂鸣器是一种一体化结构的电子讯响器，采用直流电压供电，它是将线圈置于由永久磁铁、铁芯、高导磁的小铁片及振动膜组成的磁回路中。 蜂鸣器主要分为压电式蜂鸣器和电磁式蜂鸣器两种类型；按驱动方式不同，可分为自激式（DC）和他激式（AC）两种。,（1）压电式蜂鸣器 压电式蜂鸣器主要由多谐振荡器、压电蜂鸣片、阻抗匹配器及共鸣箱、外壳等组成。有的压电式蜂鸣器外壳上还装有发光二极管。 多谐振荡器由晶体管或集成电路构成。当接通电源后（1.515V直流工作电压）,多谐振荡
15、器起振,输出1.52.5kHZ的音频信号，阻抗匹配器推动压电蜂鸣片发声。 压电蜂鸣片由锆钛酸铅或铌镁酸铅压电陶瓷材料制成。在陶瓷片的两面镀上银电极，经极化和老化处理后，再与黄铜片或不锈钢片粘在一起。 （2）电磁式蜂鸣器 电磁式蜂鸣器由振荡器、电磁线圈、磁铁、振动膜片及外壳等组成。接通电源后，振荡器产生的音频信号电流通过电磁线圈，使电磁线圈产生磁场。振动膜片在电磁线圈和磁铁的相互作用下，周期性地振动发声。,蜂鸣器在电路中用字母“H”或“HA”（旧标准用“FM”、“LB”、“JD”等）表示。蜂鸣器在电路原理图中的电路符号如图所示。,9.3.2 压电蜂鸣片、蜂鸣器的检测 1. 压电蜂鸣片的检测 将压
16、电蜂鸣片平放在桌子上，在压电蜂鸣片的两极引出两根引线，两根引线分别与万用表（数字式、指针式皆可）的两表笔相接，将万用表置于最小电流档，然后用铅笔橡皮头轻按压电蜂鸣片，若万用表指针明显摆动（数字表有显示），说明压电蜂鸣片完好；否则，说明已损坏。 2. 蜂鸣器的检测 用万用表的R1挡检测蜂鸣器的阻值时，正常的蜂鸣器就会发出轻微“咯咯”的声音，并在表头上显示出直流电阻值（通常为16左右）；若无“咯咯”响声且电阻值为无穷大，则表明蜂鸣器开路损坏。自激式（DC）的蜂鸣器可以加直流电来判断其看好坏，加直流电后若蜂鸣，表明蜂鸣器是好的，否则为损坏；他激式（AC）的可以加方波信号进行判断好坏。,9.4 话筒 话筒学名叫传声器，又叫麦克、微音器，是一种能够将声音信号转换为电信号的声电转换器件。在电路原理图中，话筒常用字母“B”或“BM”表示，电路符号如图所示。,9.4.1话筒的分类、特点及外形 话筒的种类很多，按换能原理可分为动圈式（电动式）、电容式、压电式（晶体式、陶瓷式）、铝带式、碳粒式和半导体式
