声电转换与电声转换

声电转换与电声转换本章要点传声器的主要技术指标传声器的使用及故障维修扬声器的类型与选用分频网络的电路形式音箱的作用与分类5.1传声器传声器又叫话筒、拾音器或MIC，是接收声波并将其转变成对应电信号的声电转换器件。传声器首先把声能变换成机械能，然后再把机械能变换成电能，这种能量变换特性，可以用传声器的灵敏度、频率响应、指向性、信噪比及失真度等指标来衡量其性能的优劣。5.1.1传声器的分类及其结构1.传声器的分类传声器拾取声音信号的最前端，声音表现如何，很大程度上取决于传声器。传声器是现代音响技术中重要的设备之一，其质量的好坏、使用是否得当对整个系统的技术指标有直接影响。传声器的种类繁多，可按声电换能原理、声作用方式、指向特性及输出阻抗等进行分类。2.传声器的结构与工作原理(1)动圈式传声器目前通用的电动式传声器绝大多数是动圈式传声器。动圈式传声器采用了最基本的电磁换能原理。动圈式传声器是历史最悠久的传声器，直到今天仍有很强的生命力。这种传声器由于结构简单，稳定可靠，使用方便，固有噪声低，因此广泛应用于语言广播和扩声中。动圈式传声器的不足之处是灵敏度较低，容易产生磁感应噪声，频响较窄等。动圈式传声器如图5-1。结构实物（2）电容式传声器电容式传声器是音响系统中常用的传声器，优点频率响应好，固有噪声电平低，失真小，是一种性能优良的传声器。它被广泛应用在广播电台、电视台、电影制片厂及厅堂扩声等各种场合。电容式传声器结构及实物外型如图5-2所示。电容式传声器主要由振膜、后极板、极化电源、前置放大器组成。电容传声器的极头，实际上是一只平板电容器，只不过两个电极中一个是固定电极板，一个是可动电极板，可动电极就是极薄的振膜（约25～30μm）,一般为金属化的塑料膜或金属膜。电容式传声器结构及实物外型实物结构（3）驻极体式传声器驻极体式传声器又叫自极化电容传声器或预极化电容传声器。这类传声器的构造与一般的电容式传声器很相似。有所不同的是它所使用的振动膜片和固定极板的材料中存在着永久性电荷。这样可省去一般的电容传声器所必需的极化电压，使传声器的体积和重量明显减少。驻极体传声器的结构和实物外观如图5-6所示。驻极体式传声器实物结构（4）铝带式传声器铝带式传声器是压差式传声器的主要品种。铝带式传声器的工作原理是：振动膜片为一条金属铝箔带，此铝箔带两端拉紧置于永久磁铁的两极之间。声波激励铝箔带时，到达铝带两个表面的声波在任何瞬间均存在着声压差，使铝箔带向着低声压的一面移动，处于磁场中的铝箔带移动可产生感应电动势，此感应信号可通过一个升压变压器输出。2.无线传声器无线传声器又称无线话筒，它是利用无线电波在近距离内传递声音信号的传声器。它由无线话筒部分和接收机两部分组成。无线话筒部分相当于一台小型超高频(或特高频)发射机，将声音信号以无线电载波形式发射出去。接收机通常设置在调音台附近，它将信号接收下来然后进行解调，还原成声音信号，最后送入调音台进行录音或扩声。（1）无线传声器的分类①按振荡回路方式分为：调谐振荡回路式(其电路简单，频率稳定度较差，是普及型产品)；石英晶体控制电路式(频率准确稳定，但频道固定)；锁相环频率合成式(频率精确稳定，且为可变换频率的多频道型)。②按载波频率分为：FM型(工作在调频波段88～108MHz)；VHF型(又分低频段VHF型，工作在30～50MHz；高频段VHF型，工作在150～250MHz)；UHF型(又分低频段UHF型，工作在300～600MHz；高频段UHF型，工作在700～1000MHz)。③按接收方式可分为：单接收机单频道接收机；单接收机多频道接收机；双接收机单频道接收型；双接收机多频道接收型。无线传声器及接收机（2）无线传声器信号接收方式无线传声器系统相当于一个小型移动电台，它以开路形式工作，电波在传播过程中容易受到各种以噪声形式出现的干扰。与一般移动无线电通信设备相比，无线传声器系统因传输的信号弱，传播条件更为不利。同时在传输过程中，由于电波多次反射在接收处产生干涉效应引起信号的衰落，因而导致接收声音的中断或信噪比急剧下降，即出现通常所说的“死点”。（3）无线传声器的使用要点①舞台上使用的无线传声器载频都选在甚高频或超高频频段。因为超短波都是以视频方式传播的，所以接收机的天线尽量要与发射机近一些。②无线传声器与接收机之间最好没有障碍物，尤其要避开金属结构、通风管道等金属框架，否则信号会被吸收掉或引起超短波的反射，使接收机上的天线感应场强下降，噪声增大。③发射机天线一定要顺着人体垂直于地面。④所有发射机天线不能与外壳相碰，否则会产生“喀喀”声。⑤避开盲点区：无线传声器在舞台上有时会听到“沙沙”声，拾音消失。这就要求在演出前调试时找出盲点区，并做记录，让演员在舞台上避开盲点区，还可以调整天线角度来消除“盲点区”。⑥双接收式无线传声器：为了提高无线传声器的质量，目前各厂家都选用石英晶体振荡器，这样频率在较大的温度变化环境下，仍能取得比较稳定的工作状态。为了更好保证接收稳定性，采用了双接收机，即一部无线传声器接收机用两根天线同时接收一个频率的信号，进入两个高放电路中，然后进行比较，将其中信号大的一路送到下一级；将另一路电路关闭，电子开关速度很快，人耳辨别不出来，从而减少了在舞台上出现盲点的现象。⑦同时使用无线传声器(指发射机部分)不要过多：一般不超过4只。使用过多的无线传声器(指发射机部分)，由于其频率接近，会产生互相干扰，影响整体的接收效果。⑧音响师不仅要自己会使用无线传声器，而且要指导演员，如佩戴传声器时如何操作，包括位置、距离、角度等。⑨传声器拾取声音的大小与传声器和声源之间的距离平方成反比，所以演员在演唱时，嘴部和传声器之间要保持一定的距离，以保证语言、歌声动听而又不模糊。⑩常见问题的处理。如果传声器和声源之间的距离不合适，会产生以下缺陷：距离太远：传声器输出信号电压过低，噪声相对增大。声音轻微，其音色细节难以表现，缺乏亲切感。11更换电池。在正常使用无线传声器时，因电池不足引起音频信号失真或频率干扰是时有发生的事。为了防止发生这种现象，操作人员可在正常使用无线传声器时，适时地使用调音台FPL预听功能，用耳机监听无线传声器的信号，若发现声音清晰度稍有降低或噪声稍有增大，就应马上更换电池，尽可能避免由于电池能量不足给操作者带来的心理压力。为保证无线话筒正常使用时不至出现信号失真和频率干扰，应使用能量充足的电池，最好选用碱性9V电池。3．近讲传声器人们常常可以看到歌唱演员在舞台上演唱流行歌曲时，手持一只小话筒放在嘴边，边唱边舞。从扩声设备传出的歌声温柔、甜美，具有亲切、深切之感。这种话筒就是近些年来发展起来的唱歌专用传声器，叫做近讲传声器。5.1.2传声器的技术指标传声器的主要技术指标有灵敏度、频率响应、指向性、输出阻抗、等效噪声级和动态范围等。1．灵敏度灵敏度表示传声器的声一电转换效率。它规定为在自由声场中传声器在频率为1000Hz的恒定声压下所测得的开路输出电压。习惯上取在1μbar(微巴)的声压下测得的输出电压作为传声器灵敏度。2．频率响应频率响应是传声器输出与频率的关系，它是指传声器在一恒定声压下，不同频率时所测得的输出电压变化值。作为高保真传声器的频响最低性能要求为50～12500Hz。通常卡拉OK演唱用的传声器频率范围在80Hz～13kHz，扩声用时一般在70Hz～15kHz就不错了，此外有时传声器并不一定取平坦频响曲线，而是在高频段(主要在3000～8000Hz)有所提升，这样可增加拾音的明亮度和清晰度，因此在选用传声器时不能单纯看频响曲线，而主观试听十分重要。3．指向性传声器的指向性是指传声器的灵敏度随声波入射方向而变化的特性。它分为全向性、单向性和双向性三种。全向性传声器对来自四周的声波都有基本相同的灵敏度。单向性传声器的正面灵敏度比背面高。单向性传声器根据指向性特性曲线又分为心形、超心形和超指向三种。双向性传声的前、后两面灵敏度较高，左、右两侧的灵敏度偏低一些。4．输出阻抗输出阻抗即为传声器的交流内阻，通常在频率为1000Hz、声压约为1Pa时测得。一般在1Kω以下为低阻抗，大于1kΩ的为高阻抗；常用的传声器输出阻抗大致有200Ω(低阻抗)，20kΩ(高阻抗)和约1.5kΩ(驻极体传声器)等。5．等效噪声级假定有一声波作用在传声器上，它所产生的输出电压的有效值和该传声器的输出端的固有噪声电压相等，则该声波的声压级就等于传声器的等效噪声级。通常在A计权网络下测量，以dB表示，即等效噪声级=20lg(V/MP0)(dB)式中V为传声器的固有噪声电压，M为传声器灵敏度，P0为参考声压(为2×10-5pa)。6．动态范围传声器拾取的声音大小，其上限受到非线性失真的限制，而下限受其固有噪声的限制。因此，动态范围是指传声器在谐波失真为某一规定值(一般规定≤0.5%)时所承受的最大声压级，与传声器的等效噪声级之差值(dB)。动态范围小会引起传输声音失真，音质变坏，因此要求传声器有足够大的动态范围：高保真传声器的最大声压级在谐波失真≤0.5%时，要求≥120dB。因此，若等效噪声级为22dB，则其动态范围为98dB。当然，动态范围越大越好。5.1.3传声器的使用选择传声器，应根据使用的场合和对声音质量的要求，结合各种传声器的特点，综合考虑选用。例如:高质量的录音和播音，主要要求音质好，应选用电容式传声器、铝带传声器或高级动圈式传声器；作一般扩音时，选用普通动圈式即可；当讲话人位置不时移动或讲话时与扩音机距离较远时，宜选用无线传声器；当环境噪声较大，如卡拉OK演唱，应选用单方向性、灵敏度较低的传声器，以减小杂音干扰等。在使用中应注意：5.1.4传声器的故障及维修传声器的元器件损坏时，修复是比较困难的。因此，大多数情况下必须用新的元器件更换损坏元件。1.电缆、插头、开关故障及维修电缆和插头是传声器与功率放大器联接的媒体。它们之间那一个损坏也不能正常工作。(1)插头的损坏。插头一般是铜与硬塑注成一体的器件。但是，使用不慎时也会损坏。主要是在使用过程中拽屏蔽线使其脱落或掉在地上被踩碎。第一种情况可重新接线，第二种情况应更换新的插头。(2)屏蔽线折断。传声器用的联线均为屏蔽线，如长期在地上被踩踏或来回折的话都容易造成芯线折断或屏蔽层断线。断线故障可用万用表电阻挡直接检测是否断线，但此时应把拾音头卸下后再测，千万不可在插头端直接测量，这样容易使大电流通过音圈而损坏。如折断点离插头或拾音头较近（大部分故障点在两头）就可剪一段重新接线，但在中间就不宜重新连接使用，因此时可能造成屏蔽层被损坏，使用时产生噪声干扰。(3)开关损坏。一般传声器用开关是微型开关，如使用时用力过大或开关次数过多，就会产生破损或疲劳而损坏。此时，应更换大小、尺寸一样的开关，并把线头对应焊牢。2.音圈故障传声器的音圈是最容易损坏的换能元件。在检修时，决不能用普通万用表的低电阻挡直接测直流电阻的方法来检验好坏。此时，电阻挡的大电流会直接通过音圈，易使音圈烧坏或振坏振膜。这里介绍两种检验传声器音圈的方法。第一种，把传声器的输出端接在毫伏表或示波器上，用1000Hz、74dB声压级的声音对传声器进行电压测量。对大多数传声器来说，输出电压约为8mV。第二种，是用两个同型号的传声器进行异相连接，传声器输出端左、右焊接点用导线并联连接后用一根屏蔽线输出到功放上。把两个传声器并排放在离声源一样距离处，由于两传声器异相连接，所以它们产生的电信号大小相等方向相反，将会互相抵消。5.2扬声器扬声器是整个音响系统的终端换能器。扬声器又叫喇叭，是一种将有一定功率的音频信号转换成对应的机械运动再将其变成声音的电声换能器。这种能量变换特性，可以用扬声器的标称功率、额定阻抗、频率范围、指向性、灵敏度及失真度等指标来衡量其性能的优劣。5.2.1扬声器的分类1.按工作原理分类(1)电动式扬声器。这种扬声器采用通电导体作音圈，当音圈中输入一个音频电流信号时，音圈相当