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音频电子学简介:声音、麦克风、扬声器和放大器雷竞技最新app

2017年5月3日,经过尼克。戴维斯

学习音频电子学的基础知识，将声音信号转换成电信号，处理这些电信号雷竞技最新app，然后再将它们转换成声音。

支持信息

声音的基础

在讨论音频相关电路和电子设备的特定组件之前，让我们首先在声音的基本概念上取决于崩溃课程。雷竞技最新app

声音只是一种通过介质(如空气或水)振动的能量类型;在特定的频率范围内，这种能量被人的耳朵解释为声音。

声音由三个基本元素组成:

频率:振动发生的速度有多快
强度:声音有多响亮
音色:声音的质量

人耳可以检测到声音频率从20到20,000 Hz的范围。然而，人耳对（即，能够以最低强度辨别）频率比2,000到5,000 Hz（即）更敏感（即，见听力范围-维基百科)。回想一下，赫兹(Hz)是定义为周期/秒的单位。

一个声音强度对应于与声音相关的能量。这分贝(dB)用来测量声音的能量，这与人类如何感知声音的响度有关。

在音频的上下文中，分贝定义如下：

DB = 10日志_10.（I / I_0.）

在哪里

我=测得的强度（w / m²）
一世_0.= 10^-12年W / M.²，代表人类耳朵可探测到的最低声音强度

下图显示了各种声音及其DB强度测量。

声音的例子及其强度(分贝)。图片由ODYO听力保健。

音色是当泛音(也称为谐波)和基频同时出现时出现的复杂波形。例如，音叉被设计用来产生一个特定的频率，称为基频。假设我们有一个音叉可以发出中间的C音(261.62 Hz)点击这里收听中C音叉。因为音叉只产生一个频率，没有其他频率(泛音)存在。

然而，如果你听到小提琴演奏中C——点击这里收听小提琴的中C音，你会听到基频(261.62赫兹)和其他各种各样的频率，尽管不那么强烈(泛音)。每个泛音的特定强度在很大程度上决定了乐器(或一个人的声音)独特的音色(也称为音质)。

麦克风：动态，冷凝器和驻极体

麦克风负责将声压的变化转换为电流的变化。这强度声压的变化与交流电压的变化相对应振幅由麦克风产生。同样,频率的变化对应于频率交流电压的。显然，如果有任何泛音存在，它们也存在于由麦克风产生的电信号中。

常见的麦克风有以下三种:

动态的
冷凝器
驻防

动态麦克风

这动态的麦克风由塑料膜片、音圈和永磁体组成。请参阅下面的图。

一个动态麦克风截面。图像改编自MediaCollege.com.

当不同的声压作用于膜片时，音圈就会通过磁铁的磁场来回移动，从而在音圈的引线上产生电压。因此，声压被转换为电压信号。

动态麦克风被认为是非常坚固的，能够在宽温度范围内操作，提供平稳和扩展的频率响应，并不需要外部电源。它们广泛应用于公共广播和高质量录音等应用。

冷凝器麦克风

这冷凝器麦克风(见下图)使用一对带电板，可以通过空气压力(即声音)的变化拉近或拉近。在这样做的过程中，带电板的作用就像一个声敏电容器。这种类型的麦克风与低噪声，高阻抗放大器一起工作。

电容器麦克风是众所周知的提供脆，低噪音的声音，并用于生产高质量的录音。

冷凝器麦克风的基本组件。图像改编自ProSoundWeb

驻极体麦克风

一个驻防麦克风实际上是单个包装中的麦克风和JFET。JFET的栅极提供非常高的阻抗，从而确保驻极体元件上的电荷保持固定。电荷必须保持固定，以确保电容的变化（由声波引起）导致电压变化。JFET还将变化（栅极）电压转换为不同的（漏极源）电流。虽然驻极体元件本身不需要电源（因为其永久充电），但是整个驻极体麦克风装置需要电源，因为集成的JFET需要偏置电流。

旧的驻极体麦克风被认为性能差，但现代设备可以与电容麦克风竞争。

驻极体麦克风，图像改编自西北大学。

类型的人

麦克风将声音信号转换为电气信号。扬声器确切的相反：它们将电信号转换为可听（声音）信号。

动态扬声器与动态麦克风的工作原理相同，是目前最常用的扬声器。当一个变化的电信号(电流)通过一个被磁铁包围的可移动线圈(音圈)时，线圈来回移动。连接在移动线圈上的锥(通常是纸做的)会产生不同的气压(即声波)，与通过扬声器线圈驱动的电信号相对应。

一个动态扬声器的部件。图片由虚拟应用科学研究所

每个扬声器都具有标称电阻 - 或更准确地，阻抗 - 表示扬声器引线之间的平均电阻。因此，当串联和并联时，扬声器的行为与电阻类似。请参阅下图。

并行的扬声器与平行的电阻相同。

频率响应是扬声器的一个重要特性，它表示扬声器能成功传播声波的频率范围。

扬声器可以根据其设计的频率范围进行分类:

低音扬声器：专为低频(低于200hz)设计的扬声器
中端:扬声器旨在容纳500 Hz到3000 Hz的频率
高速扬声器：一种专门设计用来处理高于中音音箱频率的专用音箱
全程的演讲者:能够处理从100赫兹到15,000赫兹的频率

与由低音扬声器、中音扬声器和高音扬声器组成的音响系统相比，全音程扬声器的音质较差。这种三向扬声器系统如下图所示。

一种典型的三向扬声器系统，由高音、中音扬声器和低音扬声器组成。图像改编自乔治亚州立大学

放大器101

音频放大器有三种分类:

前置放大器
低功率放大器
功率放大器

一个音频前置放大器（通常缩短到“Pre-AMP”）是一种电子设备，其作为示例，从麦克风从麦克风放大非常弱的信号，以足够强以操纵。Pre-AMPS通常是简单的固定增益放大器，专为低噪声性能而设计。

一种低功率放大器通常用于操纵包括作为体积和频率均衡等方面的信号。这种类型的放大器通常侧重于以所需方式改变信号的特征，同时引入尽可能少的不需要的失真，并且可以提供很少的不实际功率放大。

一个音频功率放大器（“Power AMP”）用于增加信号功率，以驱动负载，例如输出扬声器。类似于预放大器，功率放大器通常是固定的增益（在信号幅度方面），使得设计人员可以专注于通常导致的高功率增益和功率处理挑战。在高功率和高保真度不是关键因素的简单音频系统中，单个放大器电路可以执行所有这些功能，实际上，特殊设计的操作放大器（例如LM-386低压音频功率放大器）经常用这种方式。D类音频放大器是开关或PWM放大器，其中开关完全打开或完全关闭，从而显着降低了功率损耗。D类放大器采用许多不同的形式，包括有些具有数字输入的不同形式，而另一些具有模拟输入。

结论

音频电子产品雷竞技最新app可以概括为将声音转化为电信号，处理电信号，再将处理后的信号转化为声音。这是一个简单的目标;然而，这一电气工程的特殊学科涵盖了电子电气世界的许多领域。事实上，许多实践工程师的整个职业生涯都在研究、开发和设计音频电子设备和相关设备。雷竞技最新app