声音传感器

声音泛指各种声波现象。声音传感器能够探测到频率介于每秒一赫兹与数万赫兹之间的声波信号，而人耳通常能够辨识的最高频率界限在每秒两万赫兹左右。

我们感知到的声响，主要源自音频感应装置引发的物理颤动，这些颤动负责形成声波。要让声响被人耳所察觉，必须借助某种传播载体，例如气体、液体或固体。

音频声音传感器

实际听到的声音并非总是单一频率的波，例如，它可以是单音或音符，也可能是机械作用引发的波动，或者是噪音，甚至是单个脉冲声，比如“啪”的一声。

声音感应装置由两部分构成，分别是将声波转为电波的接收单元，例如麦克风，以及将电波变回声波的播放单元，例如喇叭。

我们一般以为声响仅限于人耳能辨识的音调区间，也就是20赫兹到20千赫兹（常见的音箱音域），不过声响其实能远远超出这个界限。

声音感应设备能够探测并传递频率范围从极小值（称作次声）到极大值（称作超音）的波动以及震动现象。不过，为了让声音感应设备能够感知或发出声响，我们必须先明确声响的本质特征是什么。

什么是声音？

声波主要源于机械性震动的能量形态，例如音叉引发，其振动速率由声源决定，低音鼓发出缓震声，钹则发出急震声。

声波和电波具备相似的属性，包括波长λ、频率ƒ以及传播速率m/s。发声的源头或振动决定了声音的频率形态，而传播速度则受介质影响，比如空气或水中。波长、传播速率与频率之间存在着关联性。

声波关系

- 波长：一个完整周期的时间，单位为秒（λ）

- 频率：每秒的波长数，单位为赫兹（ƒ）

- 速度：声波在传输介质中的速度，单位为m/s

麦克风作为输入声音传感器

麦克风俗称“mic”，属于声音传感器的一种，能够将声波转化为电信号输出。这种转换基于柔性振膜受声波影响产生的变化。麦克风输出的电信号，是声波特性的电气表现形式。该信号通常以电压或电流的形式呈现，其大小与实际声波的强度相对应。

常见的麦克风种类有动圈式、电容式、铁带式和较新的压电式。麦克风作为声音感应装置，通常用于音频的采集、播放、广播，以及电话、电视、电脑录音和医疗超声波探测等场合。图示为一种基础型“动圈式”麦克风。

动态动圈麦克风声音传感器

这种麦克风构造与喇叭类似，运作方式却截然不同。它属于动圈型麦克风，依靠电磁效应把声波转变为电信号。其内部有个极细的线圈，被置于永磁体的磁场里。声波碰到可弯曲的振膜后，振膜受声压影响会向前后摆动，使得连接的线圈在磁场中随之位移。

线圈在磁力场里活动，依照法拉第电磁感应法则会形成电动势。线圈送出的电压讯号，跟施加在振膜上的声压值相当，所以声波越澎湃或越猛烈开yunapp体育官网入口下载手机版，输出讯号就越强，让这种麦克风构造对声压特别容易反应。

线圈体积极小，因此与之相连的振膜位移范围也极为有限，输出信号展现出高度线性特征，且与声波信号存在90度相位差，此外开yun体育app入口登录，线圈作为低阻抗电感元件，其输出电压信号十分微弱，为此必须借助特定方式对信号实施“前置增益处理”

这种麦克风构造与扬声器类似，所以扬声器也能充当麦克风。普通扬声器的性能不如专业录音设备，但性能较好的扬声器在频率表现上，确实优于廉价麦克风。一般扬声器的线圈电阻值介于8欧姆至16欧姆。扬声器被广泛用于制作对讲机和便携式通讯设备等麦克风。

扬声器作为输出声音传感器

声音也能充当发出警报的装置，或者作为警报器使用，扬声器、蜂鸣器、喇叭以及发声装置都属于这类声音感应设备，其中以人耳能听到的声音形式运作的输出装置里，“扬声器”最为普遍。

扩音设备属于声波发生装置，与传音器具的功能完全相悖。它的主要作用在于，把精密的电流波形，转变成极为相似的初始音讯波动。

扬声器的形态多样，体积不一，频段各异，主要种类有动圈型、静电型、等动力型和压电型。动圈型扬声器在电子线路、组装件和玩具中最为普遍，所以接下来将着重阐述这种类型的声音感应装置。

动圈扬声器的运作方式同先前提及的“动态麦克风”截然不同。一根细线圈，称作“音圈”，置于一股强磁场内，并固定在一个名为“纸盆”的纸或聚酯薄膜锥体上，该锥体边缘则固定于金属边框或基座。与麦克风作为压力感应输入装置不同，此类声音装置属于压力产生输出装置。

动圈扬声器

模拟信号经过扬声器中的音圈时，会形成一个磁场，这个磁场的强弱取决于流过“音圈”的电流大小，而电流的大小又受到驱动放大器或动圈推动器的音量调节设定的影响。这个磁场所产生的磁力会与周围的永磁体产生作用，依据南北极间的吸引或排斥关系，使音圈朝一个方向或相反方向移动。

音圈固定在锥体或振膜上，振膜会随之位移，这种位移会干扰周围空气，进而发出声响或音调。当输入的是连续正弦波时，锥体会类似活塞般往复运动，促使空气被压缩和稀疏，由此听见的是象征信号频率的持续纯音。锥体移动的幅度和快慢，决定了声音的强弱。

语音线圈本质上属于线圈类型，因而具备电感特性，表现为存在阻抗。多数扬声器的阻抗数值介于4Ω至16Ω范围，这个数值被称作扬声器的“额定阻抗”，它是在0赫兹或直流状态下测得的。

务必牢记，确保放大器与扬声器间实现最大电力传输，关键在于必须使放大器的输出电阻与扬声器的额定电阻完全一致。通常情况下，多数放大器及扬声器搭配使用的效能仅达百分之一或百分之二。

部分人持有异议，挑选优质的扬声器连接线对音响表现有显著影响，因为导线的内部电容和磁通状态会随信号频段变化，进而造成频率和相位偏差，使信号强度减弱。同时，针对大功率的音频放大设备，强大的电流流经这些连接线，长时间运用下，纤薄的导线容易发热，进一步削弱音效表现。

人的听觉范围一般介于每秒二十赫兹到每秒两万赫兹开元棋官方正版下载，多数扬声器被设定为适应这个频段，而耳机、耳塞以及各类售卖的头部佩戴设备也可充当拾音装置。

不过，在高端立体声音响设备中，音频的频谱会被分解成多个更细微的频段，以此增强音箱的效能，并全面提升声音品质，具体方式如下所示：

在装配有独立低音、高音及中音发声单元的复合音箱体内部，借助无源或有源“滤波网络”装置，实现音频讯号的有效分配，再经由各个不同的低频、高频和中频单元进行播放。

这个分频网络包括电阻、电感、电容，以及RLC型无源滤波装置或运算放大器构成的有源滤波装置，它的分频点或截止点与各个音箱的属性严密对应，下方的图示呈现了一种多音箱“高保真”方案的范例。

多扬声器（高保真）设计

本指南阐述了若干种能探测或合成声波的声音感应装置，其中麦克风和喇叭最为普遍，不过也存在其他类型的声音感应装置，例如，有利用压电元件侦测超高频的感应器，有专门用于水下探测水声的水听器，以及用于探测潜艇和船舶的声纳装置。