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(jī)械振動(dòng)，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(jī)械振動(dòng)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(shí)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(jī)械振動(dòng)，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(fēng)，輸出執(zhí)行器，將電信號轉(zhuǎn)換回聲音，如揚(yáng)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(yáng)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(dòng)，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(jī)械振動(dòng)（例如音叉）產(chǎn)生，其具有由聲音的原點(diǎn)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(diǎn)或振動(dòng)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(gè)完整周期的時(shí)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(fēng)輸入傳感器

麥克風(fēng)，也稱為“麥克風(fēng)”，是一種可被歸類為“聲音傳感器”的聲音傳感器。這是因?yàn)樗a(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(fēng)的輸出信號是模擬信號，其形式為電壓或電流，與實(shí)際聲波成比例。

可用作聲音傳感器的最常見類型的麥克風(fēng)是動(dòng)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(fēng)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(jì)算機(jī)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(gè)簡單的“動(dòng)態(tài)”麥克風(fēng)示例。

動(dòng)態(tài)動(dòng)圈式麥克風(fēng)聲音傳感器

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

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(qiáng)，輸出信號就越大，這使得這種類型的麥克風(fēng)設(shè)計(jì)對壓力敏感。

由于線圈通常非常小，線圈和連接膜片的移動(dòng)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(jìn)行某種形式的“預(yù)放大”。

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

顯然，揚(yáng)聲器的平均質(zhì)量不如演播室型錄音麥克風(fēng)那么好，但頻率響應(yīng)也是如此。一個(gè)合理的說話者實(shí)際上比一個(gè)廉價(jià)的“免費(fèi)贈(zèng)品”麥克風(fēng)更好。此外，典型揚(yáng)聲器的線圈阻抗在8到16Ω之間不同。揚(yáng)聲器通常用作麥克風(fēng)的常見應(yīng)用是對講機(jī)和步話機(jī)。

揚(yáng)聲器輸出傳感器

聲音也可用作輸出設(shè)備產(chǎn)生警報(bào)噪音或充當(dāng)警報(bào)，揚(yáng)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(yáng)聲器”。

揚(yáng)聲器傳感器

揚(yáng)聲器是音頻聲音傳感器，被歸類為“聲音執(zhí)行器”，與麥克風(fēng)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(yáng)聲器有各種形狀，大小和頻率范圍，更常見的類型是動(dòng)圈，靜電，等動(dòng)力和壓電。動(dòng)圈式揚(yáng)聲器是迄今為止電子電路，套件和玩具中最常用的揚(yáng)聲器，因此我們將在下面討論這種類型的聲音傳感器。

移動(dòng)線圈揚(yáng)聲器的操作原理與我們在上面看到的“動(dòng)態(tài)麥克風(fēng)”完全相反。稱為“語音或音圈”的細(xì)線圈懸掛在非常強(qiáng)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(fēng)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(dòng)圈式揚(yáng)聲器

當(dāng)模擬信號通過揚(yáng)聲器的音圈時(shí)，產(chǎn)生一個(gè)電磁場，其強(qiáng)度由流過“聲音”的電流決定線圈，又由驅(qū)動(dòng)放大器或動(dòng)圈驅(qū)動(dòng)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(gè)方向或另一個(gè)方向推動(dòng)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(huì)串聯(lián)移動(dòng)，其運(yùn)動(dòng)會(huì)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(jìn)出作用，就像活塞在移動(dòng)時(shí)推動(dòng)和拉動(dòng)空氣一樣，將聽到表示信號頻率的連續(xù)單音。錐體移動(dòng)和推動(dòng)周圍空氣的強(qiáng)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(gè)線圈，它就像一個(gè)電感器一樣阻抗值。大多數(shù)揚(yáng)聲器的此值介于4和16Ω之間，稱為揚(yáng)聲器的“標(biāo)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(yáng)聲器的標(biāo)稱阻抗一起獲得放大器和揚(yáng)聲器之間的最大功率傳輸。大多數(shù)放大器 - 揚(yáng)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(yáng)聲器電纜也是揚(yáng)聲器效率的重要因素，因?yàn)閮?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(xì)喇叭線型電纜在長時(shí)間使用時(shí)會(huì)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(yáng)聲器（稱為通用揚(yáng)聲器）的頻率響應(yīng)專為在此頻率范圍內(nèi)工作而設(shè)計(jì)，以及用作聲音傳感器的耳機(jī)，耳機(jī)和其他類型的商用耳機(jī)。

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(yáng)聲器效率和整體音質(zhì)如下：

廣義頻率范圍

In多揚(yáng)聲器外殼，單獨(dú)的低音揚(yáng)聲器，高音揚(yáng)聲器和中音揚(yáng)聲器安裝在一個(gè)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(yáng)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(yùn)算放大器有源濾波器的交叉或截止頻率點(diǎn)可以精確調(diào)整到各個(gè)揚(yáng)聲器的特性，下面給出了多揚(yáng)聲器“Hi-fi”型設(shè)計(jì)的一個(gè)例子。

多揚(yáng)聲器（Hi-Fi）設(shè)計(jì)

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(fēng)和揚(yáng)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(jì)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。