在本教程中，我们将了解声音传感器。两个常见的声音传感器是麦克风和扬声器。
大纲
介绍
声音是赋予声波的广义术语，该术语是一种纵向波，通过绝热过程中的压缩和减压传播。声波的频率范围在1 Hz至数万Hz之间。在这一巨大的范围内，人类可以听到20 Hz至20 K Hz的声音。
音频或声音传感器有两种类型：输入传感器或对电气传感器和输出执行器的声音，或对声音传感器进行电气。输入传感器的示例是麦克风，用于输出执行器是扬声器。
声音传感器可以检测和传输声波。如果声波的频率非常低，则称为Instra - 声音。而且，如果声波的频率很高，则它们称为Ultra -Sound。
什么是声音？
声音和振动互连，因为声音与机械振动有关。许多声音是由固体或气体振动引起的。根据ANSI的说法，声音被定义为“压力，压力等中的振荡，在具有内力或这种传播振荡的叠加的介质中传播。”声波是由振动引起的波形。
该波形导致在由声波影响的任何材料中设置相同的振动。为了传输声波，需要振动的介质。振动物体或材料会压缩周围的空气分子并稀少它们。没有通过真空传播声波。
当声音传输时，它具有三个重要的波参数：速度或速度，波长和频率。这些特性与电波形相似。声音的频率和波形由声音的起源或导致声音的振动的频率和波形形状决定。
声音的速度和波长取决于传递声波的介质。三个参数速度，波长和频率之间的关系如下所示。
频率（f）=速度（m / s） /波长（λ）
频率单位是赫兹（Hz）。
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给定材料中声音的速度取决于材料的密度和弹性。因此，在固体中，声音的速度较高，高压气体中的声音较高。
声波的客观测量可利用接收表面的强度，测量是每平方米的瓦特数量。耳朵具有非线性响应，灵敏度随声音频率而变化。
人耳可以检测到声音的频率范围在20 Hz至20 kHz之间。耳朵的反应在2 kHz的区域最大。
什么是声音传感器？
声音传感器是一种可以将声音信号转换为电信号或电信号的设备。在前一种情况下，它们被称为输入声音传感器，而麦克风就是这种情况的一个例子。
在后一种情况下，它们被称为输出声音传感器，而扬声器就是一个例子。
麦克风（输入声音传感器）
电能传感器的音频或声音是麦克风，或者简单地称为MIC。麦克风会产生与作用在其隔膜上的声波成比例的电气模拟信号。麦克风通过它们使用的电换能器的类型进行分类。除换能器外，麦克风还使用声学过滤器和段落，其形状和尺寸会改变整体系统的响应。
麦克风的特征既是电气和声学。麦克风的灵敏度表示为每单位强度的声波电输出的MV。麦克风的阻抗具有很大的重要性。具有高阻抗的麦克风具有高电输出，而低阻抗的麦克风与低输出相关。高阻抗使麦克风容易嗡嗡作响。
麦克风的方向性也是一个重要因素。如果将麦克风用于感知声波的压力，则是Omni - 方向性，即它从任何方向拾取声音。如果麦克风响应声波的速度和方向，则是定向。
声音传感器的类型不一定确定工作原理为压力或速度，但是麦克风的构造是最重要的因素。
一些最常见的麦克风类型是：碳麦克风，移动铁麦克风，移动的线圈麦克风，缎带麦克风，压电麦克风和电容电容器麦克风。
碳麦克风
碳麦克风是第一种用于在电话中使用的麦克风。现在，它们被电容器麦克风所取代。碳麦克风使用隔膜和背板之间固定的碳颗粒。
当压缩颗粒时，隔膜和背板之间的电阻大大下降。隔膜的振动是入射声波的结果，可以转化为颗粒耐药性的变化。麦克风不需要产生电压，因此需要外部电源。
碳麦克风的主要和唯一优势是，它产生的输出符合麦克风标准。
缺点包括线性差，结构差，在音频范围内引起多个共振和高噪声水平，因为颗粒的电阻即使在没有声音的情况下也会改变。
移动铁麦克风
移动的铁麦克风也称为可变的不情愿麦克风。移动的铁麦克风使用强大的磁铁。磁回路包含由软铁制成的电枢，进而连接到隔膜。随着电枢的移动，电路的磁力不连续改变，这又改变了电路中的总磁通量。这种类型的麦克风中的磁回路使仪器较重。
移动线圈麦克风或动态麦克风
移动线圈（动态）麦克风使用恒定通量磁路。在该电路中，通过在连接到隔膜的电路中移动电线线圈来产生电输出。整个布置的形式为胶囊形式，使其成为压力运行的麦克风而不是速度。
当声波撞击隔膜时，线圈会响应隔膜运动而移动。通过应用法拉第的电磁诱导定律，由于磁场中线圈的运动，线圈中诱导电压。当线圈达到声波峰之间的最大速度时，就会发生最大输出0与声音过时。
动态麦克风的内部视图如下所示。
线圈的运动范围很小，因为线圈的大小很小。因此，移动线圈型麦克风的线性性非常好。由于线圈的阻抗较低，因此输出非常低，因此需要放大信号。
线圈在移动线圈麦克风中的电感较少，因此它们不易从主电源中捡起。移动线圈麦克风的构造类似于相反的扬声器。
色带麦克风
色带麦克风的运行原理来自移动的线圈麦克风，其变化是将线圈还原为一条导电条。信号从色带的末端取。
使用强烈的磁场，以便可能会在最大可能的磁通量上切开色带的运动。这会生成一个输出，其峰值在900与声波相位。
色带麦克风的内部视图如下所示。
色带麦克风是速度运行的麦克风。色带麦克风用于定向响应很重要的情况。这种类型的麦克风的主要应用是在嘈杂的环境中语音评论中。
色带麦克风的线性性非常好，其构造不可避免地使其成为低输出设备。为了提高电压水平和阻抗水平，功能区麦克风通常配备变压器。优质的色带麦克风是昂贵的物品。该麦克风的定向质量适合立体声广播。
压电麦克风
压电麦克风比其他类型的麦克风的优点是，它不限于空气中使用，而是可以粘合到固体中，也可以浸入非导电液体中。压电传感器可在超声波频率上使用，其中一些用于高MHz区域。
压电传感器由结晶材料组成。当晶体被声波紧张时，晶体的离子不对称。最初，Rochelle盐晶体用作压电麦克风中的结晶材料，该晶体偶联与隔膜。
输出电压和阻抗很高，但线性差。现在一天，合成晶体被用于天然晶体。钛酸钡是用于数百kHz的频率的合成晶体。
压电麦克风的图如下所示。
电容器麦克风
电容器麦克风由两个表面组成：一个是导电性隔膜，另一个是背板，两个表面之间的电荷是固定的。当声波撞击隔膜时，振动会导致电容变化。
由于电荷是固定的，电容的变化会导致电压波。输出取决于板之间的间距。当表面之间的间距较小时，给定声音振幅的输出更大。
电容器麦克风的结构如下所示。
电容器麦克风是压力操作的装置。为了提供固定电荷，需要电压供应。该电压称为偏振电压。电容器麦克风在运行中提供线性性，还提供了非常好的音频信号。
为避免偏振电压，使用了一个元素。element是一种永久性电荷的绝缘材料。它是磁铁的静电等效物。在电容器麦克风中，电容器的一个板之一是element的平板，另一个是隔膜。由于element提供了固定费用，因此不需要电压供应。
扬声器（输出声音传感器）
除非有相反方向的传感器，否则麦克风的使用几乎没有。扬声器，蜂鸣器和角等传感器是输出声音执行器，可以从输入电信号中产生声音。声音执行器的功能是将电信号转换为与原始输入信号非常相似的声波，与麦克风相似。
耳机是比麦克风更早使用的简单输出声音传感器之一。耳机与电报中的摩尔斯钥匙机一起使用。麦克风开发后，输入和输出声音传感器的组合导致了包括电话在内的众多发明。耳机的任务很简单，并且由于将其放置在耳朵附近，因此电源需求也很少，通常按几毫瓦的顺序。
由于所需的输出较少，因此耳机使用少量隔膜。与耳机不同的是，扬声器不会被压在耳朵上，而是将声波发射到太空中。因此，扬声器的结构，原理和功率要求有所不同。
扬声器有各种尺寸，形状和频率范围。扬声器系统的传感器称为压力单元，因为它将复杂的电信号转换为气压。为了实现这一目标，一个扬声器单元由电动机组成，该电动机将输入电波转换为振动和隔膜，该电波可移动足够的空气以使振动效果可听见。
对于每种类型的麦克风，都有一个相应的扬声器。一些常见的扬声器类型是：移动铁，移动线圈，压电，同性动力学和静电。
移动线圈扬声器或动态扬声器
移动线圈原理用于大多数扬声器和耳机。移动的线圈扬声器也称为动态扬声器。移动线圈扬声器的操作原理与移动线圈麦克风的工作原理完全相反。
它由一个称为语音线圈的细丝线圈组成，该线圈悬挂在非常强的磁场中。该线圈连接到纸张或薄膜锥等膜片上。隔膜被悬挂在金属框架上。
下面显示了移动线圈扬声器的内部结构。
当输入电信号通过线圈时，会产生电磁场。该场的强度取决于流过线圈的电流。驱动器放大器的音量控制设置确定流过语音线圈的电流。永久磁体产生的磁场与电磁场产生的电磁力相反。
这会导致线圈向一个方向或另一个方向移动，由北极和南极之间的相互作用确定。附着在线圈上的隔膜与线圈串联移动，这会引起周围空气的干扰。这些干扰会产生声音。声音的响度取决于锥形或隔膜移动的速度。
驾驶扬声器
人耳可以听到的频率范围在20 Hz至20 kHz之间。现代扬声器，耳机，耳机和其他音频传感器是为在此频率范围内运行的。
但是，对于高保真度（HI - FI）型音频系统，声音的响应被分为较小的子频率。这提高了扬声器的整体效率和声音质量。低频单位称为低音扬声器，高频单位称为高音单元。
中间频率的单元仅称为中间范围单元。
普遍的频率范围及其术语如下。
子 - 低音扬声器 - 10 Hz至100 Hz
低音 - 20 Hz至3 kHz
中间 - 范围 - 1 kHz至10 kHz
高音扬声器 - 3 kHz至30 kHz
在多扬声器HI - FI系统中，有单独的低音扬声器，Mid -range和高音扬声器扬声器具有主动或被动的跨界网络，以准确地拆分和复制所有子扬声器的音频信号。
下面显示了一个简单的驱动扬声器的电路。
晶体管在发射机跟随器配置中。来自微控制器的PWM信号向晶体管的底部提供了交流信号。发射极跟随器配置通过放大电流将交流信号传递给扬声器。二极管充当过滤器。
多扬声器设计如下所示。
有三种类型的驱动程序：低音扬声器驱动程序，中型驱动器和高音驱动器驱动程序。一个简单的音频放大器电路如下所示。
根据所使用的过滤电路，放大器可用于驱动低音扬声器或中间范围或高音扬声器扬声器。
下面提到了其他一些类型的输出传感器。
压电扬声器
通常，高音扬声器是使用压电原理制造的。隔膜由压电塑料板制成。当隔膜面之间施加电压时，它会根据信号收缩并扩展。通过将隔膜作为球体表面的一部分塑造，可以将收缩和膨胀转换为运动，以移动空气。
静电扬声器
静电扬声器由放置在两个导电板之间的导电隔膜组成。导电板分别为正和阴性充电。连接音频信号时，隔膜在正电荷和负电荷之间切换。隔膜取决于其电荷，朝着相对带的板块绘制。这会导致其前面的空气振动。
