電容式傳聲器和矢量傳聲器的區(qū)別

一、聲音的產(chǎn)生

我們知道，聲音是由物體振動(dòng)產(chǎn)生的一種壓力波，物體通過(guò)振動(dòng)引起周圍空氣介質(zhì)振動(dòng)，從而導(dǎo)致空氣的壓強(qiáng)會(huì)發(fā)生波動(dòng)變化，人們將這種由于聲波存在引起的壓強(qiáng)變化量定義為聲壓(p)，我們一般使用電容式傳聲器測(cè)量而得到數(shù)據(jù)，它也是我們描述聲音最常用的物理量。同時(shí)媒質(zhì)中某一尺度甚小于波長(zhǎng)而甚大于分子尺度的質(zhì)點(diǎn)，因聲波通過(guò)而引起的相對(duì)于其平衡位置的振動(dòng)速度我們簡(jiǎn)稱為質(zhì)點(diǎn)振速（u），我們使用熱線式矢量傳聲器測(cè)量而得到數(shù)據(jù)。

二、電容傳聲器的工作原理

當(dāng)聲波作用于金屬膜片時(shí)，膜片發(fā)生相應(yīng)的振動(dòng)，于是就改變了它與固定極板之間的距離，從而使電容量發(fā)生變化。而電容量的變化可以轉(zhuǎn)化成電路中電信號(hào)的變化。因此，通過(guò)這樣一個(gè)物理過(guò)程就可以把聲波的振動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娐分邢鄳?yīng)的電信號(hào)，并由負(fù)載電阻輸出，感知的物理量為聲壓。

圖1 電容式傳聲器

主要特點(diǎn)：

1. 聲音訊號(hào)直接轉(zhuǎn)換為電能信號(hào)

　　電容式麥克風(fēng)具備麥克風(fēng)的基本功能，當(dāng)它處于工作狀態(tài)時(shí)，它能夠迅速的捕捉聲音信號(hào)，并將聲音信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄬?duì)應(yīng)的電信號(hào)。

　　2. 原音重現(xiàn)

　　電容式麥克風(fēng)在進(jìn)行錄音時(shí)，對(duì)使用者的聲音具有極高的還原性，錄制出的聲音和原來(lái)的聲音無(wú)論從音質(zhì)、音量還是音色等方面都是很不錯(cuò)的。

　　3. 寬廣的頻率響應(yīng)

　　振動(dòng)膜是組成麥克風(fēng)的重要原件，它的主要功能就是感應(yīng)聲音訊號(hào)，而在電容式麥克風(fēng)中，振動(dòng)膜可以使用那些極薄或超薄的材料制成，因此，電容式麥克風(fēng)對(duì)于聲音的相應(yīng)頻率非常寬廣，能夠識(shí)別極大音域的聲音。

　　4. 超高靈敏度

　　在電容式麥克風(fēng)內(nèi)部，振動(dòng)膜沒有加入音圈，因此它少了音圈對(duì)自己的束縛，而構(gòu)成振動(dòng)膜的材料又是極薄或超薄的輕便材料，這就使得振動(dòng)膜的靈敏性得到了大幅度的提高，所以，電容式麥克風(fēng)能夠識(shí)別響度很小的聲音。

三、矢量傳聲器

n 工作原理

兩根超細(xì)的鉑金電阻絲被加熱到一定溫度，當(dāng)聲波傳播經(jīng)過(guò)兩根鉑金絲的時(shí)候，發(fā)生了熱量交換。兩根鉑金絲溫度分別降低，但是由于空氣質(zhì)點(diǎn)首先擾動(dòng)第一根鉑金絲，所以第二根絲的溫度變化沒有第一根多，進(jìn)而產(chǎn)生了電阻差。這個(gè)電阻差在聽力范圍的頻率內(nèi)和質(zhì)點(diǎn)振速成正比。從而捕獲電信號(hào)進(jìn)行信號(hào)處理后，得到質(zhì)點(diǎn)振速的參數(shù)。

圖 2 質(zhì)點(diǎn)振速工作示意圖

n 矢量傳聲器三個(gè)特性

² 指向性

                 圖 3a 標(biāo)量傳聲器全指向性                                                          圖3b 矢量傳聲器的“8”字指向性

特有的“8”字指向性的物理特性，可以有效降低環(huán)境噪音對(duì)聲音采集的影響，最高可抑制環(huán)境噪聲影響達(dá)31dB，適合在沒有消聲環(huán)境下進(jìn)行聲學(xué)測(cè)量。

² 聲場(chǎng)的高度還原

圖 4a近場(chǎng)聲源高振速                                            圖 4b 反射聲源高聲壓

圖 4c近場(chǎng)聲全息的還原度對(duì)比

² 聲源定位中的中低頻優(yōu)勢(shì)

傳統(tǒng)定位方式

圖 5 陣列波束形成

   一定數(shù)目的聲學(xué)傳感器按波束形成算法的規(guī)則組成陣列，用來(lái)對(duì)聲場(chǎng)的空間特性進(jìn)行采樣并處理的系統(tǒng)。

矢量傳感器由3個(gè)MEMS質(zhì)點(diǎn)振速傳感器相互正交以及一個(gè)全向聲壓傳感器組成。通過(guò)3個(gè)軸向的質(zhì)點(diǎn)振速結(jié)合聲壓量即可以完全測(cè)量聲波的入射方向。

矢量傳聲器定位特性與波長(zhǎng)無(wú)關(guān)，全頻段覆蓋，頻響范圍：10Hz - 10KHz；

體積小、便于集成。

綜上所述，電容式傳聲器和矢量傳聲器各有優(yōu)劣，可以根據(jù)場(chǎng)景使用的不同，發(fā)揮各自類型傳聲器的優(yōu)勢(shì)，來(lái)解決現(xiàn)實(shí)問(wèn)題。