電子入門-聲音的傳播依靠這幾大元件

科技發展到今天，還沒有找到一種方法，能直接將聲音傳播到很遠的地方，因為聲音在介質中傳播時會隨著距離的增加而迅速衰退。

如果將聲音轉換成電信號再傳輸，情況就大不相同了。電信號可以通過導線或以電磁波的形式傳輸，一旦出現衰減可以利用放大器對信號進行放大。這樣，代表聲音的電信號理論上可以傳播到宇宙的任何角落，當電信號到達接收端時再還原成聲音即可。

1.話筒(麥克風)

傳聲器又稱話筒(microphone,電路符號

)是一種將聲音信號轉換為電信號的傳感器。

話筒廣泛存在于我們身邊,手機、電話機、錄音筆等都利用話筒實現聲一電轉換的。根據話筒的換能原理可以分為動圈式話筒(moving-coilmicrophone)、電容式話筒(capacitormicrophone)、駐極體話筒(electretmicrophone)、炭粒式話筒-(carbonmicrophone)等,按輸出的阻抗可分為低阻型(R<2kΩ)和高阻型(R>2kΩ),如圖2-6所示是一些常見的話筒及典型參數。

圖2-6(c)所示的駐極體話筒是電子制作中較為常用的話筒種類,各種聲控玩具、樓道里的聲控延時燈中都使用駐極體話筒檢測聲音。圖2-7所示是一個聲控延時燈,當聲控開關“聽”到腳步聲或拍手聲時閉合,燈獲得電壓而發光。這里,駐極體話筒釆集環境中的聲音,通過驅動電路實現對AC220V的通斷控制。

駐極體話筒直徑與小拇指差不多,其一面有黑色棉網,為受音面(如圖2-6(c)所示),另一面為話筒的接線端,有正極(+)、負極(-)兩個焊點,其中負極一般與器件的外殼短路,這點可用于判斷駐極體話筒的極性。一般可用萬用表的電阻擋檢測駐極體話筒:表筆與其正極、負極相連,對著駐極體話筒的受音面說話,會發現電阻發生變化。

光纖話筒

光纖話筒(fiberopticmicrophone)與傳統的話筒結構不同,如圖2-8所示,激光通過光纖傳導到麥克風的聲音反射膜上,聲音反射膜隨著聲波振動的同時調制了反射激光。反射激光被光電檢測器接收后形成與聲音相關的電信號,從而實現了聲一光一電的轉換。由于光纖話筒是一個純光學結構,不受電場、磁場、溫度、濕度的影響,所以在一些強電磁場和惡劣條件下能正常采集聲音信號,比如在磁共振(MRI)掃描時,可利用它來轉換聲音信號。

2.揚聲器(喇叭)

揚聲器(speakerdriver,電路符號

)是一種將電信號轉換為聲,音信號的換能器。

揚聲器是一種非常常見的器件,它在電視、多媒體音箱、收音機等需要還原聲音信號的場合負責把電信號轉換成聲音。大多數揚聲器都是動圈型的(moving-coilloudspeaker)。圖2-9所示為一些常見的揚聲器外觀,根據揚聲器所還原聲音的頻率范圍不同,可分為低1頻揚聲器、中頻揚聲器、高頻揚聲器等幾種。

揚聲器有功率(幾瓦到幾百瓦)、阻抗(4Ω、8Ω、16Ω)、頻響范圍、靈敏度、尺寸等參數供設計時參考。這些參數通常都會印在揚聲器的背面,如圖2-9中所示某中低頻揚聲器的功率為100W、阻抗為8Ω等。

無論哪種揚聲器,其工作原理都相同,就是當聲音信號經過揚聲器的線圈后,線圈在磁場作用下產生運動,從而帶動揚聲器的紙盆(或膠盆)發聲。圖2-9所示的低、中、高頻揚聲器一般用在專業的揚聲器系統(音箱)中,而一般的電子產品,如玩具、收音機等可使用一般用途的全頻揚聲器。

超重低奇單元

超重低音單元(woofer)專門用于40Hz至幾kHz信號的放大。通過分頻器將低頻信號送入超重低音單元(如圖2-10所示),信號經過低頻信號放大器后,驅動低頻揚聲器發聲。由于要還原低頻信號,低頻揚聲器一般比較厚重,其紙盆(或膠盆)在低頻信號的驅動下能做較大幅度的徑向運動(就像活塞一樣)。超重低音單元的最大特點就是還原聲音震撼的一面,所以它已成為家庭影院中不可或缺的組成部分。

3.耳機

耳機(earphones、headphones,電路符號

)是一種微型的揚聲器,將電信號還原成聲音信號。

根據使用MP3播放機的經驗可知,耳機一般有耳塞式和頭戴式兩種,如圖2-11所示。耳機都有一個立體聲插頭,該插頭有3個芯:L端、R端、共地端。這3個芯與左、右聲道耳機的連接示意如圖2-11所示。可見,左、右聲道的耳機共用共地端,與另兩端(R、L)形成立體聲插頭的3個芯。對應的立體聲插座也有3個接觸片(從圖2-11立體聲插座的電路符號可以看出)與插頭一一對應連接。

4.壓電陶瓷片

壓電陶瓷片(piezoelement,電路符號

)是一種利用壓電效應(piezoelectriceffect)原理制成的電能一機械能轉換器。

壓電陶瓷片結構簡單、電聲轉換效率高、沒有線圈和磁鐵,如圖2-12(在《電容器》一文中)所示。當對壓電陶瓷片施加的交變信號頻率接近其共振頻率時壓電陶瓷片發出鳴響。壓電陶瓷片的直徑一般有φ20mm,φ027rnrn,…,φ055mm等多種供選擇,是一種價格低廉的電聲器件,其特點為功耗低、音質較差,比較適合應用在電子表、小鬧鐘等電子產品的聲音提示中。