话筒的技术原理研究

yinpin

   传声器俗称话筒，麦克风，是声频技术系统中第一个环节传声器其实是个声电换能器，它将声音信号转换成相应的电信号，它以声波形式出现的电信号被传声器接受后，使换能机构产生机械振动，有换能机构输出电信号，传声器的拾音质量决定于结构设计等内部因素和声学环境、拾音位置等外部因素。
1.传声器的设计原理
       根据换能方式的不同，分为电动式(振动式)和电容式(位移式)两大类
1.1电动式传声器
       电动式传声器应用电磁感应原理完成声电转换，分为动圈传声器和铝带传声器
/ p: Z% P, f$ }! B( A1.1.1动圈传声器
       动圈传声器的音圈阻抗较低，般在30—50Ω之间，可以使用很长的传声线而不会由于线间电容的存在产生高频分流效应。还装有一变压器，使音圈与放大器的输入阻抗相匹配，同时也起到使信号电压升高的作用，其构造特点使其具有较强的抗机械冲击能力，非常牢固。
. v$ j2 f: V# Y2 ^1.1.2铝箔传声器
$ n! |( Z6 ?! J3 T      使用极薄的铝箔做振膜。沿其长度方向做成均匀波纹状，挂在强磁场中。当声波作用于其前后两面时，形成声压差，铝带随声波相应振动，切割磁力线，在铝带上下两端间产生感应电动势，从而产生与声波的振幅和频率成比例的电流，铝带即是声波接收器优势换能器。铝箔的阻抗很低，必须用个升压变压器以使输出阻抗达到可接受的150—600欧姆的范围内。
  s! M/ c/ K& C/ C- Y/ n# c' O1.2电容式传声器
       电容式传声器工作在静电原理上而不是像电动式传声器那样工作在电磁感应原理上。话筒头子有两块金属板组成，一可动一固定，两块板形成电容，声压变化引起的电容量变化，使输出电压发生改变，从而得到特定大小和方向的电流。
由于电容传声器的输出电压与振动幅度成正比，因此又叫位移传声器。根据给极板加极化电压的方式不同，可分为直流方式电容传声器和驻极体传声器。
8 I" s6 |- k3 O- w7 G1.2.1电容传声器
       大多数电容传声器都使用FET(场效应晶体管)来减少阻抗，但也有使用电子管放大器的设计方式，以获得种特殊的电子管音色电容传声器所需的极化电压通常是40—200V的直流电压，现在使用FET放大器的电容传声器，大多使用48V直流电压，该电压可以由传声器内部电池供给，也可以从外部电源如幻象供电得到电源除了供给极化电压外，也为前置放大器提供必要的电压。由电池驱动的电容传声器，通常使用1.5—9V的低压电池电源。为了减小在高声压输入时所产生的失真，必须使用高的极化电压，因此在传声器内部有个DC/DC变换器将电池的低电压转换成高的极化电压，也有使用40V左右的高电压电池的传声器。
1.2.2驻极体传声器
      将高分子绝缘物如聚四氟乙烯做成薄膜后夹在两个电极之间，在高温条件下，对其施加很高的极化电压进行电晕放电或用电子轰击，于是薄膜的分子在正电级一端出现负电子，在负电子一端出现正电荷。这种电荷在薄膜内部均匀分布，称为极化层高分子材料被极化后，即使外加电压降为零，薄膜中的电场仍会继续保持不变，这种材料称为驻极体。将该物质用于传声器的振膜或固定极板时，因其表面电位的存在，而不需要再加给极化电压，因而可以简化电路，使传声器小型化，降低造价。与一般电容传声器相同，也需在极头后紧接阻抗变换放大器，因此仍需通过电池或外接电源给放大器供电。
7 F+ z  d+ j, }5 n  B! m2.传声器的特性
$ j6 M6 q" g% c) S/ r3 G5 V   2.1指向性
% t& y+ U9 K; o3 ?       指向性是指传声器的灵敏度与声波入射角的关系，入射角是声波入射方向与传声器主轴(前方)的夹角。指向性特性决定着传声器接受声波的多少，实际中非常重要的地位。传声器接收声波的方式通常可分为压力式、压差式和复合式三种，山此得到的指向性是个指向性，双指向性和单指向性。
& i1 \7 b- X6 y2.2近讲效应
     近讲效应是近距离拾音低频提升在实际录音中，近讲效应所引起的低频提升会使得声音的清晰度降低.尤其是在语言录音中，为了避免低音过重，有些传声器上有低频滚降滤波器开关，衰减由近讲效应产生的低频声。
! A$ Q( N2 W  \% h1 n- X' ?, E2.3幻象供电
   电容传声器工作时，需要给极板加直流极化电压。幻象供电是指使用传输声频信号的电缆来传输直流极化电压，其在同一根电缆里既包括有声频信号电压，又有直流电源电压。
+ ?9 W4 s; J" H  h, M) J+ r) h3.传声器的主要技术指标
, r+ ?: p1 s5 y  S9 ]& E) ]      包括传声器的输出阻抗，灵敏度，频率响应，瞬态响应，动态范围等。
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3.1输出阻抗
  i, f' K3 o6 ^* c      输出阻抗又叫源阻抗，用来表明一个信号源对下级负载(输入阻抗)呈现的信号提供能力。通常用1KHz信号测得，是传声器对1KHz信号的交流内阻，单位是欧姆。源阻抗在150—600欧姆之间传声器是低阻抗型，在1 K—5  K欧姆之间的是中阻抗型的，在25K—150K欧姆之间的是高阻抗型的。
极低阻抗((50Ω)传声器的优点是它的连接线对于拾取静电噪声不敏感，但是，它对于拾取交流电源线产生的电磁场所感应的噪声又是颇为敏感的.这种交流声的拾取可通过使用双扭绞线对来消除，因为扭绞线对于电磁感应产生的电流方向相反，在调音台的传声器平衡输入端上互相抵消。3.2灵敏度灵敏度表示传声器的声电转换效率在自由声场中，向传声器施加一个声压为0.1Pa的声信号时，传声器的开路输出电压。从灵敏度可看出将传声器拾取的信号电平提升到线路电平(—10dBV或+4dBV)所需的放大量。这个值也使录音师容易判断两个传声器输出电平的差异，相同声压级的激励下，具有较高灵敏度的传声器比较低灵敏度的传声器产生的输出电压大。
8 _9 P1 l) X* x3 p* `6 ~% M2 `2 O3.3频率响应
     频率响应指传声器灵敏度随频率变化的特征，即对于恒定的不同频率输入信号传声器输出电压的大小。频率响应的范围是指传声器正常工作的频带宽度，又叫带宽。一只传声器的频率响应可以设计成平直的，也可以根据需要对高、中、低频有适当的提升或衰减。传送声音信号的必要带宽随目的的不同而不同，高保真信号的频率可达15KHz，18KHz甚至20KHz，对于音乐录音，频率响应最低也应达到40Hz—15KHz，但如果仅传送语言信号，100Hz—8KHz的带宽就足够了。
3.4瞬态响应
     瞬态响应是指传声器的输出电压跟随输入声压级急剧变化的能力，是传声器振膜对声波波形反应快慢的量度，该响应能体现出不同的音色。电容式传声器的振动系统质量小，对声波的机械阻抗小，瞬态响应好，音色清晰明亮;电动式传声器的振膜很大，再加上线圈和芯体，质量较大，对声波的响应就慢，因而得到的声音较粗实;相比之下铝带传声器的振膜就轻很多，因而得到的声音比动圈传声器清晰。
- G2 B& A( @8 f# k3.5动态范围
$ I1 N) m* W- z* v! Z     传声器的动态范围，上限由拾音系统(传声器与前置放大器)的失真容许值决定，下限由拾音系统的噪声电平决定。传声器的噪声包括传声器的内部噪声，前置放大器前级电路与传声器电
/ n8 q7 X! y" C信号输出部分相接处产生的噪声，以及当传声器置于磁场中或气流中使用时，因感应或振动所产生的外部噪声。
4.传声器行业发展展望
      传声器行业在强大市场需求的支持下，不断的发展兴旺。虽然由于竞争激烈，传声器的销售价格在下降，但总的来说，随着技术的小断进步和产品需求量的不断扩大。该行业具有广阔的发展前景。