聲音傳感器輸入/輸出設(shè)備

聲音傳感器使用電能產(chǎn)生機械振動，以干擾周圍空氣產(chǎn)生的聲音，無論是聽得見的還是聽不到的聲音

聲音是“聲波”的通用名稱。這些聲波的頻率范圍從1Hz到數(shù)萬赫茲，人類聽覺的上限在20kHz（20,000Hz）范圍內(nèi)。

我們聽到的聲音基本上是由用于產(chǎn)生聲波的音頻聲音傳感器產(chǎn)生的機械振動組成，并且為了“聽到”聲音，它需要通過空氣，液體或固體傳輸?shù)慕橘|(zhì)。

聲音傳感器

此外，實際聲音不一定是連續(xù)頻率的聲波，如單音或音符，但可能是由機械振動，噪音甚至單一聲音脈沖制成的聲波，如“爆炸”。

音頻聲音傳感器包括輸入傳感器，將聲音轉(zhuǎn)換為電信號，如麥克風，輸出執(zhí)行器，將電信號轉(zhuǎn)換回聲音，如揚聲器。

我們傾向于將聲音視為開啟存在于人耳可檢測的頻率范圍內(nèi)，從20Hz到20kHz（典型的揚聲器頻率響應(yīng)），但聲音也可以超出這些范圍。

聲音傳感器也可以檢測到從稱為 infra-sound 的非常低的頻率傳輸聲波和振動，直到稱為超聲波的非常高的頻率。但是為了讓聲音傳感器檢測或產(chǎn)生“聲音”，我們首先需要了解聲音是什么。

什么是聲音？

聲音基本上是一種能量波形通過某種形式的機械振動（例如音叉）產(chǎn)生，其具有由聲音的原點確定的“頻率”，例如，低音鼓具有低頻聲音而鈸具有較高頻率的聲音。 / p>

聲波形具有與波長（λ），頻率（?）和Velocity（ m / s ）。聲音頻率和波形都由最初產(chǎn)生聲音的原點或振動確定，但速度取決于攜帶聲波的傳輸介質(zhì)（空氣，水等）。波長，速度和頻率之間的關(guān)系如下：

聲波關(guān)系

>>

其中：

波長 - 是一個完整周期的時間段，以秒為單位，（λ）

頻率 - 是以赫茲為單位的每秒波長數(shù)，（?）

速度 - 通過傳輸介質(zhì)的聲速是m / s -1

麥克風輸入傳感器

麥克風，也稱為“麥克風”，是一種可被歸類為“聲音傳感器”的聲音傳感器。這是因為它產(chǎn)生電模擬輸出信號，該信號與作用在其柔性膜片上的“聲學(xué)”聲波成比例。該信號是表示聲波形特征的“電圖像”。通常，來自麥克風的輸出信號是模擬信號，其形式為電壓或電流，與實際聲波成比例。

可用作聲音傳感器的最常見類型的麥克風是動態(tài)，駐極體電容器，功能區(qū)和更新的壓電晶體類型。麥克風作為聲換能器的典型應(yīng)用包括音頻記錄，再現(xiàn)，廣播以及電話，電視，數(shù)字計算機記錄和身體掃描儀，其中超聲波用于醫(yī)療應(yīng)用。下面顯示了一個簡單的“動態(tài)”麥克風示例。

動態(tài)動圈式麥克風聲音傳感器

動態(tài)麥克風的構(gòu)造類似于揚聲器，但相反。它是一種動圈式麥克風，它利用電磁感應(yīng)將聲波轉(zhuǎn)換成電信號。它有一個非常小的細線圈懸掛在永久磁鐵的磁場中。當聲波撞擊柔性膜片時，膜片響應(yīng)于作用在其上的聲壓來回移動，使得所連接的線圈在磁體的磁場內(nèi)移動。

如法拉第電磁感應(yīng)定律所定義的，磁場內(nèi)的線圈導(dǎo)致在線圈中感應(yīng)出電壓。來自線圈的合成輸出電壓信號與作用在振膜上的聲波壓力成正比，因此聲波越大或越強，輸出信號就越大，這使得這種類型的麥克風設(shè)計對壓力敏感。

由于線圈通常非常小，線圈和連接膜片的移動范圍也非常小，產(chǎn)生非常線性的輸出信號，與聲音信號的相位相差90° o 。此外，由于線圈是低阻抗電感，輸出電壓信號也非常低，因此需要對信號進行某種形式的“預(yù)放大”。

由于此類麥克風的構(gòu)造類似在揚聲器的情況下，也可以使用實際的揚聲器作為麥克風。

顯然，揚聲器的平均質(zhì)量不如演播室型錄音麥克風那么好，但頻率響應(yīng)也是如此。一個合理的說話者實際上比一個廉價的“免費贈品”麥克風更好。此外，典型揚聲器的線圈阻抗在8到16Ω之間不同。揚聲器通常用作麥克風的常見應(yīng)用是對講機和步話機。

揚聲器輸出傳感器

聲音也可用作輸出設(shè)備產(chǎn)生警報噪音或充當警報，揚聲器，蜂鳴器，喇叭和發(fā)聲器都是可用于此目的的所有類型的聲音傳感器，最常用的聲音型輸出聲音執(zhí)行器是“揚聲器”。

揚聲器傳感器

揚聲器是音頻聲音傳感器，被歸類為“聲音執(zhí)行器”，與麥克風完全相反。他們的工作是將復(fù)雜的電氣模擬信號轉(zhuǎn)換為盡可能接近原始輸入信號的聲波。

揚聲器有各種形狀，大小和頻率范圍，更常見的類型是動圈，靜電，等動力和壓電。動圈式揚聲器是迄今為止電子電路，套件和玩具中最常用的揚聲器，因此我們將在下面討論這種類型的聲音傳感器。

移動線圈揚聲器的操作原理與我們在上面看到的“動態(tài)麥克風”完全相反。稱為“語音或音圈”的細線圈懸掛在非常強的磁場中，并附著在紙張或Mylar錐體上，稱為“膜片”，其本身在其邊緣懸掛在金屬框架上或底盤。然后，與壓敏輸入設(shè)備的麥克風不同，這種類型的聲音傳感器可以歸類為壓力產(chǎn)生輸出設(shè)備。

動圈式揚聲器

當模擬信號通過揚聲器的音圈時，產(chǎn)生一個電磁場，其強度由流過“聲音”的電流決定線圈，又由驅(qū)動放大器或動圈驅(qū)動器的音量控制設(shè)置決定。該磁場產(chǎn)生的電磁力與其周圍的主永磁場相對，并試圖沿一個方向或另一個方向推動線圈，這取決于北極和南極之間的相互作用。

作為聲音線圈永久地連接在錐形/隔膜上，它也會串聯(lián)移動，其運動會對周圍的空氣造成干擾，從而產(chǎn)生聲音或音符。如果輸入信號是連續(xù)的正弦波，那么錐體將進出作用，就像活塞在移動時推動和拉動空氣一樣，將聽到表示信號頻率的連續(xù)單音。錐體移動和推動周圍空氣的強度和速度產(chǎn)生聲音的響度。

由于語音或音圈基本上是一個線圈，它就像一個電感器一樣阻抗值。大多數(shù)揚聲器的此值介于4和16Ω之間，稱為揚聲器的“標稱阻抗”值，以0Hz或DC測量。

請記住，始終匹配放大器的輸出阻抗非常重要與揚聲器的標稱阻抗一起獲得放大器和揚聲器之間的最大功率傳輸。大多數(shù)放大器 - 揚聲器組合的效率等級低至1％或2％。

雖然有些人有爭議但選擇好的揚聲器電纜也是揚聲器效率的重要因素，因為內(nèi)部電纜的電容和磁通量特性隨信號頻率而變化，從而引起頻率和相位失真。這具有衰減信號的效果。此外，對于高功率放大器，大電流流過這些電纜，因此小的細喇叭線型電纜在長時間使用時會過熱，再次降低效率。

人耳通常可以聽到20Hz到20Hz之間的聲音。 20kHz，現(xiàn)代揚聲器（稱為通用揚聲器）的頻率響應(yīng)專為在此頻率范圍內(nèi)工作而設(shè)計，以及用作聲音傳感器的耳機，耳機和其他類型的商用耳機。

然而，高性能 Hi gh Fi delity（ Hi-Fi ）型音頻系統(tǒng)，聲音的頻率響應(yīng)被分成不同的較小子頻率從而提高揚聲器效率和整體音質(zhì)如下：

廣義頻率范圍

In多揚聲器外殼，單獨的低音揚聲器，高音揚聲器和中音揚聲器安裝在一個外殼內(nèi)，無源或有源“交叉”網(wǎng)絡(luò)用于確保音頻信號被所有不同的子揚聲器精確分割和再現(xiàn)。

此交叉網(wǎng)絡(luò)由電阻，電感，電容， RLC 類型無源組成濾波器或運算放大器有源濾波器的交叉或截止頻率點可以精確調(diào)整到各個揚聲器的特性，下面給出了多揚聲器“Hi-fi”型設(shè)計的一個例子。

多揚聲器（Hi-Fi）設(shè)計

在本教程中，我們研究了可用于檢測和生成聲波的不同聲音傳感器。麥克風和揚聲器是最常用的聲音傳感器，但其他許多其他類型的聲音傳感器可用于使用壓電設(shè)備來檢測非常高的頻率，水聽器設(shè)計用于水下用于檢測水下聲音和聲納傳感器，它們都可以發(fā)送和接收聲音用于探測潛艇和船只的波浪。