动圈式电声换能器原理

动圈工作原理
耳机里传来“滴答，滴答”的声音，就是动圈工作时的声音。

动圈是一种精密的元件，它利用电感与电磁之间的关系，当电流
通过线圈时，在线圈中就会产生磁场，在磁场中有一个力，它使
铁芯产生移动，在动圈芯中就会有电感应。

动圈工作原理
动圈的结构比较简单。

它由两个互相绝缘的铁芯和一个金属
外壳构成。

两个铁芯由一根线圈连接在一起。

当电流通过线圈时，线圈产生磁场并使铁芯移动。

当电流停止时，磁通发生变化并停
止移动。

这时，在外壳内产生的感应电动势就会产生相应的电动势。

这些电动势又产生磁场来推动铁芯运动。

当线圈和外壳之间有电压时，在磁场中会产生感应电流。

而
在外壳内产生的感应电流又会引起动圈芯中的磁通发生变化并使
动圈芯发生转动，从而带动耳机中的扬声器发出声音。

动圈是一种精密元件，它利用电感与电磁之间的关系来实现
其功能。

动圈式耳机是利用线圈在磁场中产生电动势来工作的，
当电流通过线圈时，线圈就会产生电动势（也就是感应电流）。

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常见传声器的结构及工作原理传声器又称话筒，它是将声音信号转换为电信号的电声器件。

传声器的种类很多，若按换能原理分有电容式、压电式、驻极体电容式、电动动圈式、带式电动式以及碳粒式等，现在应用最广的是电动动圈式和驻极体电容式两大类。

1.动圈式传声器动圈式传声器又叫电动式传声器，它在结构上与电动式扬声器相似，也是由磁铁、音圈以及音膜等组成的，如图12-11 所示。

动圈式传声器的音圈处在磁铁的磁场中，当声波作用在音膜使其产生振动时，音膜便带动音圈相应振动，使音圈切割磁力线而产生感应电压，从而完成声一电转换。

由于音圈的阻数很少.它的阻抗很低，阻抗匹配变压器的作用就是用来改变传声器的阻抗，以便与放大器的输入阻抗相匹配。

动圈式传声器的输出阻抗分高阻和低阻两种，高阻抗的输出阻抗一般为1000 - 2000Ω，低阻抗的输出阻抗为200 - 600Ω。

动圈式传声器的频率响应一般为200 5000Hz，质量高的可达30 - 18000Hz。

动圈式传声器具有坚固耐用、工作稳定等特点，具有单向指向性，价格低廉，适用于语言、音乐扩音和录音。

2. 电容式传声器电容式传声器是一种利用电容量变化而引起声电转换作用的传声器，它的结构如图12-12所示，它是由一个振动膜片和固定电极组成的一个间距很小的可变电容器。

当膜片在声波作用下产生振动时，振动膜片与固定电极间的距离便发生变化，引起电容量的变化。

如果在电容器的两端有一个负载电阻R 及直流极化电压E. 则电容量随声波变化时，在R 的两端就会产生交变的音频电压。

电容式传声器的输出阻抗呈容性，因电容量小，但低频时容抗会很大。

为保证低频的灵敏度，应有一个输入阻抗大于或等于传声器输出阻抗的阻抗变换器与其相连，经阻抗变换后，再用传输线与放大器相连。

这个阻抗变换器一般采用场效应管。

电容式传声器灵敏度高，输出功率大，结构简单，音质较好，但要使用电源，并不太方便，因此多用于剧场及要求较高的语言及音乐播送场合。

基于动圈式传声器的音频信号增强技术研究音频信号增强技术是一种重要的技术手段，可以通过提高音频信号的清晰度和响度，改善人们对音频内容的听觉体验。

而基于动圈式传声器的音频信号增强技术，是一种常用的实现方法。

本文将对基于动圈式传声器的音频信号增强技术进行详细研究，包括其工作原理、应用场景、研究现状和未来发展趋势。

一、工作原理基于动圈式传声器的音频信号增强技术是通过改变动圈式传声器的结构和参数，来实现音频信号的增强。

动圈式传声器是一种常见的电声转换器，主要由永磁体、振动部件（振膜）和固定部件（包括固定座和线圈）组成。

其工作原理是：当音频信号作用于振膜时，振膜会发生振动，进而导致磁场发生变化，使得线圈中产生感应电流，最终将电信号转换为声音输出。

在基于动圈式传声器的音频信号增强技术中，主要通过以下几种方式来实现音频信号的增强：1. 改变传声器的结构：通过改变传声器的结构，例如改变振膜的材料、改变传声器的大小和形状等，可以增强传声器的灵敏度和频率响应，使得音频信号的细节更加清晰。

2. 优化传声器的参数：传声器的参数包括永磁体的强度、振膜的质量和刚度、线圈的匝数等。

通过优化这些参数，可以提高传声器的工作效率和功率响应，从而增强音频信号的响度。

3. 添加增强电路：在基于动圈式传声器的音频信号增强技术中，还可以通过添加增强电路来进一步提高音频信号的质量。

这些增强电路可以用于调节音频信号的均衡和增益，消除噪音和失真等。

二、应用场景基于动圈式传声器的音频信号增强技术在众多领域中都有广泛的应用。

下面将分别介绍几个常见的应用场景：1. 会议室和培训场所：在会议室和培训场所中，通常需要同时传送清晰的语音信号给多个听众。

基于动圈式传声器的音频信号增强技术可以通过提高传声器的响度和语音的清晰度，使得听众能够更加容易地理解演讲者的讲话内容。

2. 广播和传媒行业：在广播和传媒行业中，音频信号的质量对于节目的评价和观众的听觉体验都起着至关重要的作用。

浅谈耳机用动圈式电声换能器的非线性失真优化设计摘要：近年来可穿戴智能设备尤其是无线耳机的兴起，带来了传统耳机行业的变革。

在前端与换能器一体的无线耳机上，音频算法的应用不仅带来了很多新功能新场景，甚至可以修正耳机硬件上的线性失真。

在这样的背景下，作为耳机中应用最广、最成熟的动圈式电声换能器在未来发展上的突破口，应该着重于音频算法所不能解决的性能上。

伴随智能穿戴的发展，高性能的动圈式电声换能器是组成视听感知硬件的关键，而非线性失真的优化设计则是高性能动圈式电声换能器的重要突破点。

本文通过对用于耳机的动圈式电声换能器非线性失真的成因进行逐一分析，再提出结合有限元仿真和实际经验分析的解决方案，浅谈耳机用动圈式电声换能器的非线性失真优化设计。

关键词：耳机；动圈；微型扬声器；电声换能器；非线性失真；1.引言随着智能手机的兴起，耳机作为便携视听的音频回放终端而被人们普遍使用；近年来随着技术的进步，无线耳机正在逐步流行并且取代以往的有线耳机的市场地位。

由于无线耳机本质是一套由信号接收器、包含一整套数字滤波器的主控制器、音频解码器、音频放大器和电声换能器共同组成的系统，不同于传统有线耳机与音频输出设备各司其职的情况，无线耳机可以通过主控制器中的数字滤波器对于电声换能器本身的线性失真尤其是幅频响应失真进行修正，甚至可以通过加入各类算法实现诸如“空间音频”、“个性化HRTF[1]”等效果。

实际上借助音频算法配合各类传感器实现的模拟效果已经开始应用于一些无线耳机之中，并且获得了较好的反响，美国苹果公司在宣传自家Airpods MAX头戴式耳机时曾经将这种通过音频算法将模拟效果通过耳机展现的技术宣传为“计算音频”，而这也逐渐成为当前无线耳机领域备受瞩目的关键词。

[2]但“计算音频”唯独不能解决的，则是电声换能器产生的非线性失真，非线性失真通常以谐波失真为主，由于非线性失真随输出声压和频率变化并与信号叠加等复杂特性，本质作用于前端音频数字信号的“计算音频”几乎无法对其进行优化，所以非线性失真将会成为未来几年内电声换能器性能优化的关键之一。

电声换能器电声转换器就是把声能转换成电能或电能转换成声能的器件,电声工程中的传声器、扬声器与耳机就是最典型的电能、声能之间相互变换的器些器件统称为电声换能器。

目录•电声换能器分类•电声换能器系统组成•电声换能器主要性能•电声换能器分类o广义的电声应用的频率范围很宽,包括次声、可听声、超声换能器。

属于可听声频率范围内的电声换能器有传声器、扬声器、送受话器、助听器等等。

按照换能方式,它们又可以分成电动式、静电式、压电式、电磁式、碳粒式、离子式与调制气流式等。

其中后三种就是不可逆的,碳粒式只能把声能变成电能,离子式与调制气流式的只能产生声能。

而其她类型换能器则就是可逆的。

即可用作声接收器也可用作声发射器。

•电声换能器系统组成o各种电声换能器,尽管其类型、功用或工作状态不同,它们都包含两个基本组成部分,即电系统与机械振动系统。

在换能器内部,电系统与机械振动系统之间通过某种物理效应相互联系,以完成能量的转换;在其外部,换能器的电系统与信号发生器的输出回路,或前级放大器的输入回路相匹配;而换能器的机械振动系统,以其振动表面与声场相匹配。

电声换能器它包括三个互相联系的子系统。

1、以辐射或接受声波的振动板为中心的机械一声系统。

2、起电一声两种能量之间相互变换作用的能量变换系统。

3、担任电信号输入、输出的电学系统。

这三个子系统的复合系统之间的能量关系就是非常复杂的, 就是互相联系密不可分的。

这三种体系就是互相牵制的,处理得不好往往会顾此失彼。

例如,一个有效的磁系统可能会非常笨重,变成一种令人不能接受的声障碍物;或者声输入阻抗或电输出阻抗的数值,可能根本不能与周围媒质或附属设备相匹配。

由此可见,电声换能器的设计总就是在许多相互矛盾的因素中采取折衷的办法。

•电声换能器主要性能o1、换能器的工作频率换能器工作频率的设计依据涉及传声媒质对超声波能量衰减的因素、检测目标(如缺陷)对超声波的反射特性、传声媒质的本底噪声以及辐射阻抗等等。

动圈式话筒的工作原理
动圈式话筒的工作原理基于霍尔效应和法拉第电磁感应原理。

动圈式话筒是一种传统的麦克风类型，也被称为动圈麦克风或电磁式麦克风。

它由磁体、线圈和薄膜组成。

当声音通过话筒前面的薄膜时，薄膜振动会带动附近的线圈一同振动。

线圈上绕有导线，通过信号放大器后送入扩音器或录音设备。

这里涉及到霍尔效应，当线圈振动时，磁场强度也会随之变化。

线圈内的霍尔传感器会检测出这种磁场变化，并将其转化为电压信号。

此外，根据法拉第电磁感应原理，在线圈中产生的交变电流会在磁场中引起感应电动势。

最终，这些产生的电压信号和感应电动势会通过导线传输到声音放大器或录音设备，经过放大和处理后，可转换为可听的声音。

总的来说，动圈式话筒的工作原理是通过声波振动薄膜，再通过霍尔效应和法拉第电磁感应原理将机械能转化为电能，最终实现声音的转换和传输。

换能器的工作原理
换能器是一种能够将电能和磁能相互转换的装置。

其工作原理基于法拉第电磁感应定律和楞次定律。

换能器通常由两个线圈组成，一个是输入线圈，又称为初级线圈，通过输入电流产生磁场；另一个是输出线圈，也称为次级线圈，通过磁场感应产生电势。

当输入线圈通有交流电流时，它会产生一个交变的磁场。

根据法拉第电磁感应定律，在输出线圈中会感应出电势。

这是因为磁场的变化会引起次级线圈中的电子运动，从而产生电压。

换能器中的铁芯通常由具有高导磁性的材料制成，它可以集中磁场并增强感应效果。

换能器还可以实现从电能到磁能的转换。

当输入线圈通有直流电流时，根据楞次定律，磁场的变化会产生感应电流，从而将电能转化为磁场能。

这种方式常见于电动机，其中输入线圈通直流电流，产生的磁场驱动电动机转动。

需要注意的是，换能器的工作原理与变压器不同。

变压器主要用于改变交流电的电压，而换能器不仅可以改变电压，还可以实现电能和磁能之间的相互转换。

总之，换能器是一种利用电磁感应原理将电能和磁能相互转换的装置。

它通过电流在线圈中产生的磁场感应出电势，或者通过磁场在线圈中引起的电流变化将电能转化为磁场能。

这种装置在各种电子设备和电力系统中广泛应用。