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电容式传声器和矢量传声器的区别

电容式传声器和矢量传声器的区别


一、声音的产生

我们知道,声音是由物体振动产生的一种压力波,物体通过振动引起周围空气介质振动,从而导致空气的压强会发生波动变化,人们将这种由于声波存在引起的压强变化量定义为声压(p),我们一般使用电容式传声器测量而得到数据,它也是我们描述声音最常用的物理量。同时媒质中某一尺度甚小于波长而甚大于分子尺度的质点,因声波通过而引起的相对于其平衡位置的振动速度我们简称为质点振速(u),我们使用热线式矢量传声器测量而得到数据。

 

二、电容传声器的工作原理

当声波作用于金属膜片时,膜片发生相应的振动,于是就改变了它与固定极板之间的距离,从而使电容量发生变化。而电容量的变化可以转化成电路中电信号的变化。因此,通过这样一个物理过程就可以把声波的振动转变为电路中相应的电信号,并由负载电阻输出,感知的物理量为声压。

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1 电容式传声器

主要特点:

1. 声音讯号直接转换为电能信号

  电容式麦克风具备麦克风的基本功能,当它处于工作状态时,它能够迅速的捕捉声音信号,并将声音信号转变为相对应的电信号。

  2. 原音重现

  电容式麦克风在进行录音时,对使用者的声音具有极高的还原性,录制出的声音和原来的声音无论从音质、音量还是音色等方面都是很不错的。

  3. 宽广的频率响应

  振动膜是组成麦克风的重要原件,它的主要功能就是感应声音讯号,而在电容式麦克风中,振动膜可以使用那些极薄或超薄的材料制成,因此,电容式麦克风对于声音的相应频率非常宽广,能够识别极大音域的声音。

  4. 超高灵敏度

  在电容式麦克风内部,振动膜没有加入音圈,因此它少了音圈对自己的束缚,而构成振动膜的材料又是极薄或超薄的轻便材料,这就使得振动膜的灵敏性得到了大幅度的提高,所以,电容式麦克风能够识别响度很小的声音。

三、矢量传声器

工作原理

两根超细的铂金电阻丝被加热到一定温度当声波传播经过两根铂金丝的时候,发生了热量交换。两根铂金丝温度分别降低,但是由于空气质点首先扰动第一根铂金丝,所以第二根丝的温度变化没有第一根多,进而产生了电阻差。这个电阻差在听力范围的频率内和质点振速成正比。从而捕获电信号进行信号处理后,得到质点振速的参数。

 

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2 质点振速工作示意图

 

 

矢量传声器三个特性

² 指向性


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                 图 3a 标量传声器全指向性                                                          图3b 矢量传声器的“8”字指向性

特有的“8”字指向性的物理特性,可以有效降低环境噪音对声音采集的影响,最高可抑制环境噪声影响达31dB,适合在没有消声环境下进行声学测量。

 

 

 

² 声场的高度还原

 

  

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4a近场声源高振速                                            图 4b 反射声源高声压

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4c近场声全息的还原度对比

 

² 声源定位中的中低频优势

传统定位方式

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5 阵列波束形成

 

   一定数目的声学传感器按波束形成算法的规则组成阵列,用来对声场的空间特性进行采样并处理的系统。

优点

技术成熟,应用广泛;

远距离捕捉精度高;           

痛点

波长影响,分析频带受限;

体积较大,移动不便;

近场分辨低,反射声干扰大。


矢量传感器由3个MEMS质点振速传感器相互正交以及一个全向声压传感器组成。通过3个轴向的质点振速结合声压量即可以完全测量声波的入射方向。

矢量传声器定位特性与波长无关,全频段覆盖,频响范围:10Hz - 10KHz;

体积小、便于集成。

优点

² 矢量传声器定位特性与波长无关,全频段覆盖,频响范围:10Hz - 10KHz;

² 体积小、便于集成;

综上所述,电容式传声器和矢量传声器各有优劣,可以根据场景使用的不同,发挥各自类型传声器的优势,来解决现实问题。

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