第2章 电声换能器

2.1 概述

电声换能器（Electroacoustic Transducer）是一种将电信号和声信号进行互相转换的器件。对于从电到声的换能器，通常是先将电信号转换成机械振动，然后再产生声波；对于从声到电的换能器，则是将声信号转换成机械振动后再转换成电信号。

电声换能器按照用途可分为：扬声器、传声器、送/受话器、超声换能器和水声换能器等。本书着重介绍可听声频率范围使用的电声换能器，主要包括传声器和扬声器。

电声换能器按照转换机理可分为：电动换能器、电磁换能器、静电换能器、压电换能器、磁致伸缩换能器等。其中电动换能器是利用在恒磁场中运动导体的电磁感应原理而制成的换能器。电磁换能器主要由固定于磁路中的导线圈和可振动的部分（如膜片）组成。交变电流通过线圈时产生交变磁通量，使磁路可振动部分受力发生变化而振动。反之，磁路可动部分振动时，使磁路的磁阻发生变化，于是通过线圈的磁通也相应变化而在线圈内感生电动势。静电换能器的结构基本上与电容器相同，固定的金属极板与可振动的导电膜片组成电容器的两个极板，当在两极板间加恒定的极化电压时可使电容器带电。当膜片振动时电容量发生变化，两极板间的电压也随之改变；反之，当两极板间的电压发生变化时，极板间的静电力发生变化，从而使膜片振动。压电换能器是利用具有压电效应的材料制成的。压电换能器广泛使用钛酸钡和锆钛酸铅等压电陶瓷材料。高分子压电材料（如聚偏氟乙烯）是制作压电换能器的一种新型材料。磁致伸缩换能器是利用具有磁致伸缩特性的铁磁材料制成的，在磁场中铁磁材料由于振动产生形变而使磁通量改变，从而使绕在其上的线圈产生电动势，它的逆过程是磁通量发生变化使铁磁材料形变而产生应力的变化，这种换能器常用作共振换能器，以提高效率。常用的磁致伸缩材料有镍及其合金或镍铁氧体。

以上所述电声换能器的能量转换是可逆的，还有一类换能器是不可逆的，如老式电话中的碳粒送话器就属于不可逆的变阻换能器。在半导体PN结附近施加的局部压力变化，会引起流过PN结电流的变化，利用这种原理做成的换能器称为压电结式换能器。通常，压力通过细针加在PN结上，以获得高灵敏度的换能作用，但因结构复杂的压电结式换能器只用于应变计。除此之外还有气动式、光学式等不可逆型的电声换能器。电声换能器的分类如表2.1.1所示。

表2.1.1 电声换能器的分类